什么是边缘缓存？定义、工作原理和用例

边缘缓存是将内存存储或缓存移近网络边缘的做法，而不是将其全部放在中心位置。

当最终用户访问这些边缘缓存中的数据时，他们能够比跨整个网络更高效地检索数据。这种效率的提高最终会降低整体网络负载和延迟，并减轻数据中心的压力。

这就是边缘缓存的作用所在。通过在边缘服务器上缓存数字资源、临时数据或文件，当用户请求该资源时，可以直接从缓存中提供服务，而不是在边缘或远程服务器上处理请求。

要理解边缘缓存，必须了解全球数字世界及其运作技术。本文将解释边缘服务器和边缘计算的原理、边缘缓存的工作原理、其优点和缺点，最后提供一些在当今网络上使用边缘缓存的示例。

什么是边缘计算？

边缘计算是一个分布式网络框架，其中数据和应用服务提供商将服务器处理尽可能靠近最终用户。

高容量远程数据中心长期以来对数字生态系统至关重要，但这些数据中心与访问它们的用户之间的距离可能会造成网络中断、带宽限制和延迟问题——尤其是在大数据和内容交付网络 (CDN) 时代。

边缘计算通过创建更靠近用户的边缘数据中心来解决这一问题，从而减少延迟并提高性能和安全性。

尽管边缘计算是几十年前与远程计算相关的网络概念，但直到新千年才意识到其价值。移动和物联网 (IoT) 设备及其功能的普及得益于网络边缘更多的存储和处理资源。

作为一个商业行业，边缘计算供应商提供构建分布式网络的解决方案，实现本地化计算能力并丰富与最终用户的连接。

什么是边缘服务器？

边缘服务器是一种位于网络边缘的物理硬件设备。它通常是小型机架式服务器，配备高性能计算资源，例如强大的 CPU 和 GPU。但它也可以部署在其他较小的设备上。

边缘服务器旨在处理和存储网络边缘生成的数据，例如来自物联网设备、摄像头和传感器的数据。为了使数据更接近用户，边缘服务器通常部署为网络节点。

边缘服务器可能比云数据中心小，但它们的用途相同：存储和处理数据。此外，虽然云数据中心以系统为中心，但边缘服务器是分布式的。顶级边缘服务器和边缘计算提供商包括 Microsoft、IBM、Amazon Web Services (AWS)、Google Cloud Platform、NVIDIA、Dell 等。

边缘服务器的类型

• 设备边缘：最终用户设备的组件或附件
• 本地边缘：物理上位于网络或设施中的节点
• 网络边缘：基站和电信数据中心等网络特定节点
• 区域优势：服务最大地理区域的传统数据中心

边缘缓存如何工作？

边缘缓存的工作原理是将经常访问的资源移近访问它们的最终用户，从而减轻推断或重复的网络流量并加快加载时间。

为了实现这一点，数据中心、边缘服务器和本地内存组件共同协作以创建内存层次结构。

尽管传统数据中心拥有最大的容量，但在边缘计算领域，其资源被网络终端用户访问的次数最少。另一方面，边缘服务器的容量较小，但存储着更常用的资源。

最后，本地存储的存储空间最小，但包含最常需要的内容和资源。

如果有效部署，边缘缓存可以增强端点性能，同时通过负载平衡减轻远程数据中心的额外压力。

缓存实际应用：Web 浏览器

对于大多数最终用户来说，Web 浏览器是缓存运行最直观的例子。Web 浏览缓存（包括边缘缓存）通常遵循以下步骤：

1. 最终用户导航到特定的网站或应用程序。
2. 网络浏览器下载内容以显示给用户。
3. 用户在稍后的时间或日期访问同一网站。
4. 浏览器从缓存内存中检索原始网站的内容，而不必再次下载所有数据。
5. 浏览器扫描网页以查找任何新内容，并根据需要更新资源。

缓存允许自适应更新新的动态内容，而不是每次用户访问时重新加载网页的静态内容。边缘缓存也应用了同样的原理。

边缘缓存的好处

从速度和效率到安全性和可靠性，边缘缓存具有许多优势。

边缘缓存可以：

• 提高性能并减少延迟。
• 为各种应用提供实时响应，从自动驾驶汽车到直播、社交媒体或电子商务。
• 减少带宽并提高安全性。
• 部署高效的算法来减少需要传输的数据量。
• 优化数据结构以提高查询性能。
• 利用并行处理和分布式计算来提高边缘计算系统的可扩展性。

边缘缓存的缺点

边缘缓存是提高网络性能和可扩展性的好方法，但它也有一些缺点。

边缘缓存最常见的挑战包括：

• 存储和配置：缓存具有存储限制和配置复杂性。管理员或用户通常需要清除空间或重新配置缓存以在发生故障后恢复功能。
• 增加成本：边缘缓存需要部署额外的硬件和软件，这会增加网络成本。
• 增加复杂性：边缘缓存会增加网络的复杂性，使其管理和维护变得更具挑战性。
• 减少控制：边缘缓存可以减少网络管理员对网络的控制，因为有关缓存的决策是在网络边缘做出的。

边缘缓存在哪里使用以及如何使用？

边缘缓存通过几种不同类型的边缘服务器（包括 CDN、无线和物联网服务器）部署到各种行业，从智能制造设施到零售接触点和医疗保健中心。

边缘缓存服务器

最常见的边缘服务器类型包括：

• CDN 边缘服务器： CDN 边缘服务器用于向最终用户提供内容，例如网页、视频和图像。它们通常位于世界各地的战略位置，这些位置是 CDN 用户较为集中的地方。
• 无线边缘服务器：无线边缘服务器用于为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等无线设备提供连接和计算资源。它们通常位于蜂窝网络的边缘。
• 物联网边缘服务器：物联网边缘服务器用于收集和处理来自物联网设备（如传感器和执行器）的数据。它们位于物联网设备附近。
• 边缘计算服务器：边缘计算服务器在网络边缘执行计算密集型任务。它们位于靠近最终用户的位置。

最适合特定应用程序的边缘服务器类型取决于多种因素，包括所传递的内容类型、最终用户的位置以及应用程序的性能要求。

使用边缘缓存的行业

使用边缘缓存的行业和新技术包括：

• 智能工厂和制造设施
• 仓库
• 人工智能和机器学习 (ML)
• 生物识别（面部和指纹识别）
• 农业科技
• 增强现实和虚拟现实（AR 和 VR）
• 智慧城市
• 机器人、物联网和工业物联网
• 零售接触点
• 活力
• 5G 和 Open RAN
• 卫生保健
• 防御

硬件与软件边缘缓存

此外，边缘缓存可以物理地创建为硬件缓存，也可以虚拟地部署为软件缓存，每种方式都有优点和缺点。

开发人员必须评估软件与硬件缓存的成本、复杂性、安全性和性能，然后才能决定最适合其用例的缓存。

软件缓存示例包括：

• 操作系统
• 域名系统 (DNS)
• 数据库
• Web 应用服务器

硬件缓存可以是：

• CPU 或 GPU
• 硬盘驱动器 (HDD)
• 固态硬盘

结论：边缘缓存使现代网络成为可能

如果没有边缘计算，我们所熟知的数字世界和数十亿人每天使用的在线服务将不复存在。数据所在的位置以及数据处理和传输的速度对于我们的社会至关重要，而边缘缓存在很大程度上负责实现这一点。

随着世界产生的数据量不断增加，边缘计算和边缘缓存对于我们高度创新的数字生态系统将变得越来越必要。边缘基础设施的扩展将继续扩展缓存功能，从而实现更快、更可靠的交付。