论文略读:QM-ARC: QoS-aware Multi-tier Adaptive Cache Replacement Strategy
2025 FGCS
- 对于视频流、物联网(IoT)和云服务等应用,用户对于服务质量的期望存在差异
- 当前大多数前沿的缓存策略仍然以性能为导向,并未对不同用户或应用的服务质量(QoS)需求加以区分
- 既有研究主要关注基于访问频率(如 LFU)、最近访问时间(如 LRU),或基于访问带来的潜在效益(如提升访问速度 或降低网络流量)等指标来区分数据,而未考虑每个用户或应用的具体 QoS 要求。
- 在丰富的缓存策略研究文献中,自适应替换缓存算法(ARC, Adaptive Replacement Cache) 被广泛认为是一种高效且通用的算法
- ARC 维护两个 LRU 列表:一个记录仅被访问过一次的对象(Recency List),另一个记录被访问至少两次的对象(Frequency List),并可根据工作负载的变化动态调整两个列表的大小。
- 然而,ARC 并未考虑 QoS 要素。
- ——>本文提出了一种面向 QoS 的多层 ARC 策略(QM-ARC, QoS-aware Multi-tier ARC)。QM-ARC 在两个方面对 ARC 进行了增强:
多层缓存支持:QM-ARC 能够适配多个缓存层,并通过局部与全局的尺寸调整及插入/提升策略选择,实现灵活的数据管理;
基于 QoS 的缓存管理:QM-ARC 引入了服务管理中的“惩罚”概念,根据不同数据应用或客户的 QoS 优先级,在缓存中以灵活、可扩展的方式保留关键数据。
为了进一步提升缓存策略性能,本文还引入了强化学习(RL)机制,辅助动态调整 ARC 中两个列表的大小。