云计算分布式缓存技术及其在物联网中的应用.pdf
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2022-11-19
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云计算分布式缓存技术及其在物联网中的应用
多网融合、低碳节能、物物互联及移动互联网，这些当今社会的热点需求，催生了云计
算技术的发展；随着 PC 性能提升、成本下降以及网络技术的发展，构建分布式的业务计算
环境比集中的大型机的业务环境更具有成本和技术优势，为云计算的发展提供了强大的技术
驱动力；Google，Amazon，Salesforce 等 IT 巨头更是推出了基于云计算的服务，并取得了
巨大的成功，让人们看到了云计算所带来的巨大优势和影响力；这也让世界各国政府对云计
算的发展的非常重视，中国政府在“十二五”信息规划的技术背景中特别对云计算技术做了阐
述，明确提出云计算技术是中国下一个五年信息化产业发展的重点领域之一，为云计算的发
展提供了政策驱动力[1-2]。
正是在这样的需求、技术、应用和政策的背景下，云计算成为IT 业界共同认可的主流声
音。云计算其实就是把所有的计算应用和信息资源都用网络连接起来，供个人和应用随时访
问、管理和使用。云计算服务提供资源，包括计算、存储及网络资源，需要能够实现海量的
存储、出色的安全性和可靠性；云计算提供的服务应该是动态的、可扩展的，能够根据用户
和应用的规模进行动态伸缩，并且这种伸缩所需要的时间是短暂、迅速的；云计算平台应该
能够提供开发应用程序编程接口(API)、环境和工具，供各种应用进行使用。只有这样云计
算平台才能够和应用很好地结合起来，使得传统的集中式应用方便地迁移成高性能、高可靠
且易扩展的分布式的云计算应用，为用户提供类型多样的云服务。
云计算是物联网发展的基础。互联网主要解决人与人的互联，连接了虚拟与真实的空间；
而物联网主要解决的是物与物之间的互联，连接了现实与物理世界。物联网是以互联网的发
展为前提的。随着物联网应用的发展、终端数量的增长，会产生非常庞大的数据流，这时就
需要一个非常强大的信息处理中心。传统的信息处理中心是难以满足这种计算需求的，在应
用层就需要引入云计算中心处理海量信息，进行辅助决策。云计算作为一种虚拟化、分布式
和并行计算的解决方案，可以为物联网提供高效的计算能力、海量的存储能力，为泛在链接
的物联网提供网络引擎和支撑。
1 分布式缓存的发展
在互联网应用刚起步时，各种平台大多采用的是关系型数据库。那时 PC 机昂贵、性能低
下并且网络不普及，而关系型数据库因为处理能力强、数据安全可靠、一致性好等优势，一
直处于主导地位，并发挥了重要的作用。随着互联网的发展，特别是 WEB 2.0 等交互式、
个性化应用的出现，数据量急剧增加，传统的关系型数据库已经无法满足这种快速增长的存
储需求。为此不少 IT 服务提供商都设计开发了自己的存储系统，如亚马逊在 2007 年 10 月
份开发出的 Dynamo 就是其中非常典型的一种存储系统（如图 1 所示），作为状态管理组件
和存储服务的基础被用于众多的亚马逊的系统中[3-4]。
对于 Google，Amazon，淘宝这样的互联网企业，每时每刻都有无数的用户在使用它们提
供的互联网服务，这些服务带来的是大量的数据吞吐量，在同一时间，并发的会有成千上万
的连接对数据库进行操作。在这种情况下，单台服务器或者几台服务器远远不能满足这些数
据的处理需求，单靠提升服务器性也已经改变不了该情况，所以唯一可以采用的办法就是扩
展服务器的规模。服务器规模扩展通常有两种方法：一种是仍然采用关系型数据库，然后通
过对数据库的垂直和水平切割将整个数据库部署到一个集群上，这种方法的优点在于可以采
用基于关系型数据库(RDBMS)的技术，但缺点在于它是针对特定应用，实施非常困难；另
外一种方法就是 Google 和 Amazon 所采用的方法，抛弃关系型数据库，采用 Key-Value 形
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