2.2分布式缓存安全验证策略的设计法

　　Memcached是一种分布式的缓存系统，MemcachedServer之间没有通信机制，所以应用分区缓存模式时进行数据验证时，最重要的是选择一种高效的分布式算法。所以，需要制定分布式算法将数据散列到不同的缓存服务器上，从而实现数据在不同缓存服务器中分布存储。

　　一致性哈希分散算法可以保证在节点发生变化时，能够保持比较高的缓存命中率。该算法首先求出缓存服务器结点的哈希值，并将其配置到0～232的圆上。然后用同样的方法求出存储数据的键的哈希值，并映射到圆上。然后从数据映射到的位置开始顺时针查找，将数据保存到找到的第一个服务器上，如图2所示。

　　图2一致性哈希算法

　　该算法首先求出Memcached服务器（节点）的哈希值，并将其配置到0～232的圆上。接着用同样的方法求出存储数据的键的哈希值，并映射到圆上。然后从数据映射到的位置开始顺时针查找，将数据保存到找到的第一个服务器上。如果超过232仍然找不到服务器，就会保存到第一台Memcached服务器上。

　　这样一来对于节点的分布计算是循环的，当某个节点增加或者移出的时候，只是部分的数据需要重新缓存（如图2中增加node5的情况），如果哈希算法比较合理，理论上缓存命中率的将变化为：

　　其中n为当前服务器节点数，m为变化的服务器数量。

　　余数分散算法由于保存键的服务器会发生巨大变化而影响缓存的命中率，但一致性哈希算法中，只有在圆上增加服务器的地点逆时针方向的第一台服务器上的键会受到影响。因此，一致性哈希算法最大限度地抑制了键的重新分布。当然，如果缓存服务器的数量频繁地发生变化，对于缓存系统的效率也是有一定影响的。

　　本课题采用一致性哈希分散算法。下述为给定key查找缓存服务器节点算法的Java实现代码：

　　代码用数据结构TreeMap模拟一致性哈希分散算法中的圆，该结构中的键值是所有节点的hash值，值为节点的名字将给定的key通过hash算法算出其hash值，然后在圆中查找第一个大于该值的键，如果找到则命中，找不到返回第一个节点的名字。该算法是本课题中缓存系统的核心算法，通过查找给定key对应的缓存服务器，调用Memcached提供的API，可以实现对象的存取操作。

　　2.3性能分析

　　缓存系统的加速比是衡量缓存系统性能好坏的一个重要指标，即引入缓存技术前后检索数据的平均响应时间之比。

　　如果没有采用缓存技术，假设每个客户端每天平均有次执行查询请求且都能查询成功，每次服务器同时接受个来自各客户端的请求，则某一个客户机次检索后的检索数据的平均响应时间如公式3所示：

　　式中：假定请求在服务器中的平均排队次序为k，a是每条信息的网络传输延迟，ts是除传回时间之外的其余处理时间，如向服务器发出的请求时间，执行请求的时间，更新提示的时间。

　　如果采用缓存技术，假设中间缓存、数据库命中数据的概率分别为p1和p2。再假设n次执行信息都能查询成功，则某一个客户机n次检索后的检索数据的平均响应时间Tn如公式4所示：

　　式中，tc为中间层处理时间，m1为中间层同时处理的请求个数，m2为数据库服务器同时处理的请求个数。

　　引入本缓存系统前后平均数据检索时间之比，即加速比Sp

　　以下是本课题测试的软硬件环境：

　　（1）软件环境：操作系统：LinuxAS4U8；Java环境：JDK1.5；Memcached1.2.1。

　　（2）硬件环境：CPU：Intel（R）Core（TM）21.86GHz；内存：4GB*2DDR；硬盘：320GB；局域网：最大带宽100Mbps。

　　在数据交换客户端的局域网内，应用四台服务器，分别为：一台数据Switch服务器，三台缓存服务器和一台数据库服务器。模拟实际业务过程进行测试。测试数据参见表1。

　　将上述参数带入公式中进行计算，其中m1=m2=1，由于数据库服务器、缓存服务器和应用服务器同处于一个带宽为100M的局域网内，所以a可以忽略不计，请求是顺序到达，平均排队次序为1，缓存的平均访问时间是3秒，可得Sp=2.27，即对数据在存取验证中组件应用了缓存优化策略后，一次数据交换的加速比约为：2.27，即为原先的2.27倍。

　　3.结论

　　根据本文提出并设计的基于哈希算法的缓存安全策略可以很好地解决电网分布式系统中由于数据增长造成的数据处理瓶颈问题，尤其数据验证的问题，大大提高了电网系统的安全性。实验结果表明，在提高业务系统业务处理能力的同时，能够高效的完成数据验证和校验工作，能够保证数据的真实性、一致性、可靠性和安全性。

　　【参考文献】

　　[1]顾荣庆，杨开杰，徐汀荣.分布式数据缓存技术研究.计算机应用与软件，2011.

　　[2]廖爽爽.分布式对象缓存框架设计研究[J].信息技术，2006，（12）：54-59.

　　[3]姜大光，奚加鹏.分布式存储系统（OceanStore）的复制策略.计算机工程与科学，2008，30（8）：144-149.

　　[4]Memcached.http：//memcached.org/.

　　[5]JurePetrovie.UsingMemcachedforDataDistributioninIndustrialEnvironment.ThirdIntemationalConfereneeonSystems（icons2008），2008：368-372.

　　[6]谢骋超，陈华钧，张宇.DartCache：一个基于哈希表的分布式Cache系统[J].计算机科学，2006，33（8）：155-161.

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