Page 350 - 《软件学报》2021年第9期

2974 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.9, September 2021

3.3.4 两级缓存比例的影响
本节分析了 CSTC 中 RawCache 和 HashCache 两级缓存比例对缓存性能的影响.通过大量实验我们发现:
两级缓存比例对网络性能的影响在不同条件下是不一致的,应该结合内容热度分布参数α和缓存大小综合考
虑.而内容热度分布参数α对其影响最为突出,下文以α为代表,分析其影响.
图 6(a)描述了两级缓存比例对 CSTC 命中率的影响,横坐标代表 RawCache 所占比例的变化,纵坐标表示请
求命中率.图中不同曲线反映了不同α下,两级缓存比例对请求命中率的影响.从图中可以看出:随着 RawCache
比例的提高,缓存的命中率在逐渐降低.同时我们发现:当α越小,其下降也越明显.当 RawCache 比例提高,也就是
HashCache 比例下降时,域内稳定缓存的次热度内容数量减少,即缓存内容多样性随之下降,从而导致了命中率
的降低.α越小,缓存内容热度分布越不集中,RawCache 基于本地热度感知所能稳定缓存下的热度内容减少,因
此命中率会有所下降.从图中可以发现:当 RawCache 比例提高到 100%,即退化为仅基于本地热度感知的一级缓
存策略时,命中率下降最为明显.这也说明了两级缓存的设计是缓存性能提升的优势所在.
图 6(b)与图 6(c)展示了两级缓存比例对用户请求响应平均传输跳数的影响.从图 6(b)我们发现:当α较小时,
随着 RawCache 比例的提高,平均传输跳数在逐渐升高.而图 6(c)显示:当α较大时,随着 RawCache 比例的提高,
平均传输跳数会先降低再上升.我们分析了其中的原因:当 RawCache 比例提高时,一方面,RawCache 可以通过
On-path 方式缓存更多的内容,On-path 较小的传输跳数会减小 CSTC 的平均传输跳数;另一方面,因 HashCache
比例的下降,会导致许多原本在域内就可以命中的内容,现在需要将其转发至域外,这增加了基于二级缓存的缓
存方式的平均传输跳数.所以当α较小时,On-path 缓存机制本身命中率较低,其对 CSTC 跳数的降低不足以弥补
由于 HashCache 下降所带来的跳数下降,从而展现出整体平均传输跳数的增加;而当α较大时,On-path 缓存机制
的命中率较高,当其比例提升时,会较大幅度的降低往返跳数,所以 CSTC 的平均传输跳数开始呈现出下降的趋
势.但随着 RawCache 的比例不断增大,其带来的跳数下降也越来越微弱,而 HashCache 比例的下降导致的跳数
增加开始显现,所以 CSTC 的平均传输跳数开始呈现上升趋势.

(a) 请求命中率 (b) 平均传输跳数 (c) 平均传输跳数

Fig.6 Impact of two-level cache ratio
图 6 两级缓存比例的影响
通过这一小节的分析,我们发现两级缓存比例对请求命中率与平均传输跳数的影响在不同条件下是不一
致的,它取决于 On-path 缓存方式的命中率的高低.而影响 On-path 缓存方式的命中率又受内容热度分布参数α
和缓存大小等其他因素影响,所以我们认为:在考虑两级缓存比例对网络性能的影响前,要先明确其他影响因
素,不能一概而论.
4 结 论

本文针对现有方案存在的缓存内容效用较差、缓存位置不合理的问题,提出了一种基于两级缓存的缓存机
制(CSTC).该方案通过引入两级缓存,既保证了缓存的多样性,又合理规划了热门内容的缓存位置.仿真实验表
明:CSTC 将次热门内容缓存数量提升了 2 倍;缓存内容数量的增加及缓存位置的优化,使得命中率相比原有方