问答题 论大规模分布式系统缓存设计策略 大规模分布式系统通常需要利用缓存技术减轻服务器负载、降低网络拥塞、增强系统可扩展性。缓存技术的基本思想是将客户最近经常访问的内容在缓存服务器中存放一个副本,当该内容下次被访问时,不必建立新的数据请求,而是直接由缓存提供。良好的缓存设计,是一个大规模分布式系统能够正常、高效运行的必要前提。在进行大规模分布式系统开发时,必须从一开始就针对应用需求和场景对系统的缓存机制进行全面考虑,设计一个可伸缩的系统缓存架构。 请围绕“大规模分布式系统缓存设计策略”论题,依次从以下三个方面进行论述。 (1)概要叙述你参与实施的大规模分布式系统开发项目以及你所担任的主要工作。 (2)从不同的用途和应用场景考虑,请详细阐述至少两种常见的缓存工作模式,并说明每种工作模式的适应场景。 (3)阐述你在设计大规模分布式系统的缓存机制时遇到了哪些问题,如何解决。
【正确答案】(1)简要介绍你参与实施的大规模分布式系统开发项目,尤其着重介绍项目的总体需求(特别是应用需求中对缓存机制的要求)、系统的逻辑与物理架构、采用的技术等内容。简要说明自己在该项目中的角色、所承担的具有一定份量的主要任务以及所开展的主要工作。
(2)论文的第2部分是体现你所掌握的信息系统缓存设计技术理论知识的精华所在。从不同的用途和应用场景来考虑,缓存大体上可分为单实例缓存模式、复制模式和分区模式3种工作模式。每种工作模式都有其适用的场景和优缺点,详见下表。
{{B}}常见的缓存工作模式{{/B}}
模式 说明 优缺点 适用场景
单实例缓
存模式
是一种较为简单的缓存模式,多
个应用服务器共享一个中央的
缓存服务器。通过共享缓存的数
据,能够极大地提高系统的性能
该模式的主要限制在于缓存服务器的
内存大小和节点增加之后服务器的处
理能力和网络带宽
对缓存的要求比较简单;系统
的吞吐量和数据量不大:性能
要求不高
复制模式 将缓存的数据复制到多台机器
上,对于单一缓存服务器性能出
现问题的情况下,可以通过缓存
复制的方式将压力分解到多个
缓存服务器
缓存客户端可以访问自己的缓存服务
器,多个缓存服务器之间的数据是彼
此同步的,对于性能要求更高的场景,
该部署架构能够获得更高的吞吐能力
数据量不是特别大;需要极高
的性能;数据改动的频率不是
特别大
分区模式 当需要缓存的数据已经超过一
台服务器的内存上限时,可以考
虑采用分区模式对数据进行线
性缩放,也就是通过增加缓存服
务器来解决数据增长和压力增
加的情况
其架构是无分享架构(SNA),每个
节点之间的数据彼此独立,一个节点
出现故障后不会影响到其他节点。在
出现某个节点宕机或者其他故障的情
况下,致使这部分的分区缓存无法使
用,并不妨碍其他数据节点数据的正
常工作
总体数据量较大,已经超出了
单个缓存服务器的内存上限;
系统缓存要求具有很大的可
伸缩性;客户端数量庞大,单
个客户端对缓存数据的数据
量要求不大
(3)进行大规模分布式系统缓存机制设计时可能遇到的问题包括(但不限于):①如何缓存服务器的工作模式选择;②高可用性的设计考虑;③缓存一致性与分布式算法;④对象状态同步的考虑;⑤缓存钝化、激活、过期和初始化。结合项目实践经验,说明你参与实施的项目中,遇到了哪些具体的缓存机制设计问题,采用了哪些相关的解决策略、技术、方法和步骤,以及它们对该项目后期的工作产生了哪些积极(或消极)的影响(效果和存在的问题)。论文最后可以进一步讨论你在该工程项目中获得的相关体会,以及在今后的工作过程中,如果碰到类似的项目你将如何应用这些经验或教训。
【答案解析】