信頼できる分散コンピューティングシステムとアプリケーションは、特にミッションクリティカルなビジネスプロセスの自動化と管理、顧客へのサービスの提供において、著名なビジネスの基礎となっています。

これらのシステムとアプリケーションの開発者およびシステム管理者として、最も効率的なシステムを確保できるあらゆる種類の情報技術（IT）ソリューションを提供することが期待されています。

これには、エンドユーザーに満足のいくサービスを提供するためのシステム/アプリケーションのパフォーマンス、信頼性、可用性、スケーラビリティのための戦略の設計、テスト、および実裝などのタスクが含まれます。

キャッシュは、あなたが頼ることができる多くの非常に基本的で効果的なアプリケーション配信技術の1つです。さらに先に進む前に、キャッシュとは何か、どこに適用されるか、その利點を簡単に見てみましょう。

キャッシュまたはコンテンツキャッシュとは何ですか？

キャッシュ（またはコンテンツキャッシュ）は、データのコピーを一時的なストレージの場所（キャッシュとも呼ばれる）に保存するための広く使用されているため、元のストレージから取得したときにデータに簡単かつ迅速にアクセスできるようにします。

キャッシュに保存されているデータには、ファイルまたはファイルのフラグメント（HTMLファイル、スクリプト、畫像、ドキュメントなど）、データベース操作またはレコード、API呼び出し、DNSレコードなど、キャッシュのタイプと目的に応じて含まれる場合があります。

キャッシュは、ハードウェアまたはソフトウェアの形式にすることができます。ソフトウェアベースのキャッシュ（この記事の焦點）は、アプリケーションスタックのさまざまなレイヤーで実裝できます。

キャッシュは、クライアント側（またはアプリケーションプレゼンテーションレイヤー）に適用できます。たとえば、ブラウザキャッシュやアプリキャッシュ（またはオフラインモード）などです。すべてではないにしても、すべての最新のブラウザがHTTPキャッシュを実裝して出荷します。

Webアプリケーションにアクセスして、ローカルに保存されているコンテンツの古いコピーをブラウザで使用する代わりに、Webサイトまたはアプリケーションで最新のデータまたはコンテンツを表示できるようにするときに、「キャッシュをクリアする」という一般的なフレーズを聞いたことがあるかもしれません。

クライアント側のキャッシュのもう1つの例は、オペレーティングシステム（OS）レベルで発生するDNSキャッシュです。これは、OSまたはWebブラウザーによる以前のDNSルックアップに関する情報の一時的なストレージです。

キャッシュは、プロキシを介してLANまたはWANのいずれかで、ネットワークレベルでも実裝できます。このタイプのキャッシュの一般的な例は、Webプロキシサーバーのグローバルに分散されたネットワークであるCDN （コンテンツ配信ネットワーク）にあります。

第三に、オリジンサーバーまたはバックエンドサーバーにキャッシュを実裝することもできます。サーバーレベルのキャッシュにはさまざまな形式があります。

• Webサーバーキャッシュ（キャッシュ畫像、ドキュメント、スクリプトなどのキャッシュ用）。
• アプリケーションのキャッシュまたは暗記（ディスクからファイルを読み取り、他のサービスやプロセスからのデータ、またはAPIからのデータのリクエストなど）。
• データベースキャッシュ（要求されたデータベース行、クエリ結果、その他の操作など、頻繁に使用されるデータへのメモリ內アクセスを提供するため）。

キャッシュデータは、データベース、ファイル、システムメモリなどを含む任意のストレージシステムに保存できるが、プライマリソースよりも高速な媒體である必要があることに注意してください。この點で、メモリ內キャッシングは、最も効果的で一般的に使用されるキャッシングの形態(tài)です。

なぜキャッシングを使用するのですか？

キャッシュは、以下を含む多くの利點を提供します：

• データベースレベルでは、キャッシュデータのマイクロ秒の読み取りパフォーマンスを改善します。また、書き込みバックキャッシュを使用して書き込みパフォーマンスを向上させることもできます。ここでは、データはメモリで書き込まれ、後で指定された間隔でディスクまたはメインストレージに書き込まれます。ただし、データの整合性の側面は、潛在的に悲慘な意味を持つ可能性があります。たとえば、データがメインストレージにコミットされる直前にシステムがクラッシュするとき。
• アプリケーションレベルでは、キャッシュはアプリケーションプロセス自體にデータを頻繁に読み取ることができ、データの検索時間を數(shù)秒からマイクロ秒、特にネットワーク上で削減できます。
• 全體的なアプリケーションとサーバーのパフォーマンスを考慮すると、キャッシュは、キャッシュされたデータがクライアントに提供されるため、サーバーの負荷、遅延、ネットワーク帯域幅を減らすのに役立ち、クライアントへの応答時間と配信速度を改善します。
• キャッシュは、特にCDNやその他の多くの利點を介して、コンテンツの可用性も可能にします。

この記事では、Linuxでサーバー側のキャッシュを実裝するためのトップオープンソース（アプリケーション/データベースキャッシングとキャッシュプロキシサーバー）ツールの一部を確認します。

1。レディス

Redis（リモートディクショナリサーバーが満杯）は、すべてのプログラミング言語ではないにしてもほとんどではないにしても、ほとんどの場合から使用できる無料でオープンソース、高速、高性能、および柔軟な分散インメモリコンピューティングシステムです。

これは、キャッシュエンジン、メモリ內の永続的なディスク上のデータベース、およびメッセージブローカーとして機能するインメモリデータ構造ストアです。 Linux（展開するための推奨プラットフォーム）とOS Xで開発およびテストされていますが、Redisは、外部依存関係なしで *BSDなどの他のPOSIXシステムでも機能します。

Redisは、文字列、ハッシュ、リスト、セット、ソートセット、ビットマップ、ストリームなどの多數(shù)のデータ構造をサポートしています。これにより、プログラマーは特定の問題を解決するために特定のデータ構造を使用できます。文字列への追加、リストへの要素のプッシュ、ハッシュの値の増加、コンピューティングセットの交差點など、データ構造の自動操作をサポートします。

その重要な機能には、Redisマスタースレーブレプリケーション（デフォルトでは非同期）、Redis Sentinelを使用して提供される高可用性と自動フェールオーバー、Redisクラスター（クラスターノードを追加することで水平方向にスケーリングできます）、およびデータパーティション（複數(shù)のRedisインスタンス間でデータの配布）が含まれます。また、トランザクション、LUAスクリプト、さまざまな永続性オプション、クライアントサーバー通信の暗號化のサポートも備えています。

インメモリであるが永続的なディスク上のデータベースであるため、Redisは、メモリ內データセットで最適に機能する場合に最適なパフォーマンスを提供します。ただし、MySQL、PostgreSQLなどのディスクオンデータベースで使用できます。たとえば、Redisで非常に重い小さなデータを取得し、データの他の塊をディスク上のデータベースに殘すことができます。

Redisは、多くの方法でセキュリティをサポートしています。1つは「保護されたモード」機能を使用して、Redisインスタンスが外部ネットワークからアクセスされるのを確保することです。また、クライアントサーバー認証（サーバーでパスワードが構成され、クライアントで提供されている場合）と、クライアント接続、レプリケーションリンク、Redisクラスターバスプロトコルなどのすべての通信チャネルでTLSをサポートします。

Redisには、データベースキャッシュ、フルページキャッシュ、ユーザーセッションデータ管理、API応答ストレージ、出版/サブスクライブメッセージングシステム、メッセージキューなどを含む非常に多くのユースケースがあります。これらは、ゲーム、ソーシャルネットワーキングアプリケーション、RSSフィード、リアルタイムデータ分析、ユーザーの推奨事項などに適用できます。

2。メモカチュ

Memcachedは、無料でオープンソースで、シンプルでありながら強力で、分散されたメモリオブジェクトキャッシングシステムです。これは、データベース呼び出しの結果、API呼び出し、ページレンダリングなどのデータの小さなチャンク用のメモリ內キー価値ストアです。 LinuxやOS Xを含むUnixのようなオペレーティングシステム、およびMicrosoft Windowsで実行されます。

開発者ツールであるため、キャッシュコンテンツ（デフォルトでは最近使用されていない（ LRU ）キャッシュ）により、ダイナミックWebアプリケーションの速度の向上に使用することを目的としています。最も人気のあるプログラミング言語のAPIを提供します。

Memcachedは、唯一のデータ型として文字列をサポートします。クライアントサーバーアーキテクチャがあり、ロジックの半分がクライアント側で発生し、殘りの半分がサーバー側にあります。重要なことに、クライアントは、アイテムに対して、どのサーバーを書くか、読み取るかを選択する方法を理解しています。また、クライアントは、サーバーに接続できない場合に何をすべきかを非常によく知っています。

これは分散キャッシュシステムであり、クラスタリングをサポートしていますが、memcachedサーバーは互いに切斷されています（つまり、お互いに気づいていません）。これは、Redisのような複製サポートがないことを意味します。彼らはまた、アイテムを保存してフェッチする方法を理解し、メモリを排除するとき、またはメモリの再利用の方法を理解しています。サーバーを追加することで、利用可能なメモリを増やすことができます。

Memcached 1.5.13の時點でTLSを介した認証と暗號化をサポートしますが、この機能はまだ実験段階にあります。

3。ApacheIgnite

Apache Igniteは、無料でオープンソースの水平方向にスケーラブルな分散化されたインメモリ內キー価値ストア、キャッシュ、およびマルチモデルデータベースシステムであり、分散データを計算するための強力な処理APIを提供します。また、メモリ內またはイグナイトネイティブの持続性で使用できるメモリ內データグリッドでもあります。 LinuxやWindowsなどのUnixのようなシステムで実行されます。

マルチ層ストレージ、完全なSQLサポート、および酸（原子性、一貫性、分離、耐久性）トランザクション（キー値APIレベルでのみサポート）、複數(shù)のクラスターノード、共同配置処理、および機械學習にわたって酸性度が備わっています。これは、 RDBMS （MySQL、PostgreSQL、Oracleデータベースなど）またはNOSQLストアを含む任意のサードパーティデータベースとの自動統(tǒng)合をサポートしています。

IgniteはSQLデータストアとして機能しますが、完全にSQLデータベースではないことに注意することが重要です。従來のデータベースと比較して、制約とインデックスを明確に処理します。プライマリインデックスとセカンダリインデックスをサポートしますが、一意のインデックスのみが一意性を実施するために使用されます。その上、外國のキーの制約をサポートしていません。

IGNITEは、サーバー上の認証を有効にし、ユーザーの資格情報をクライアントに提供できるようにすることで、セキュリティをサポートします。また、すべてのイグナイトノード間の安全な接続を提供するためのSSLソケット通信のサポートもあります。

IGNITEには、キャッシュシステム、システムワークロードアクセラレーション、リアルタイムデータ処理、分析など、多くのユースケースがあります。グラフ中心のプラットフォームとしても使用できます。

4。CouchBaseサーバー

CouchBase Serverは、データをキー価値形式のアイテムとして保存するオープンソース、分散、NOSQLドキュメント指向のエンゲージメントデータベースでもあります。 LinuxやWindowsやMac OS Xなどの他のオペレーティングシステムで動作します。N1QLと呼ばれる機能が豊富なドキュメント指向のクエリ言語を使用して、データのサブミリ秒操作をサポートする強力なクエリおよびインデックス作成サービスを提供します。

その顕著な機能は、マネージドキャッシュ、専用のインデクサー、強力なクエリエンジン、スケールアウトアーキテクチャ（マルチマイメンシャルスケーリング）、ビッグデータとSQL統(tǒng)合、フルスタックセキュリティ、および高可用性を備えた高速キー価値ストアです。

CouchBase Serverには、クラスターマネージャーツールがすべてのノードアクティビティを調整し、クライアントにクラスター全體のインターフェイスを提供するネイティブマルチインスタンスクラスターサポートが付屬しています。重要なことに、ダウンタイムなしでノードを追加、削除、または交換できることです。また、クラスターのノード間のデータレプリケーション、およびデータセンター間の選択的なデータレプリケーションもサポートします。

専用のCouchBaseサーバーポート、さまざまな認証メカニズム（資格情報または証明書を使用）、ロールベースのアクセス制御（割り當てられているシステム定義の役割を認証する各ユーザーを確認）、監(jiān)査、ログ、およびセッションを使用してTLSを介してセキュリティを実裝します。

そのユースケースには、統(tǒng)一されたプログラミングインターフェイス、フルテキスト検索、並列クエリ処理、ドキュメント管理、インデックスなど、大規(guī)模なインタラクティブWeb、モバイル、およびIoTアプリケーションの低遅延データ管理を提供するように特別に設計されています。

5。ヘーゼルキャストIMDG

Hazelcast IMDG（インメモリデータグリッド）は、オープンソース、軽量、高速、および拡張可能なインメモリデータグリッドミドルウェアで、エラスティックスケーラブルな分散インメモリコンピューティングを提供します。 Hazelcast IMDGは、Linux、Windows、Mac OS X、およびJavaがインストールされている他のプラットフォームでも実行されます。 Map、Set、List、Multimap、RingBuffer、HyperLoglogなど、さまざまな柔軟な柔軟なデータ構造をサポートしています。

Hazelcastはピアツーピアであり、シンプルなスケーラビリティ、クラスターセットアップ（統(tǒng)計を収集し、JMXプロトコルを介して監(jiān)視し、有用なユーティリティを使用してクラスターを管理するオプションをサポートします）、分散データ構造とイベント、データの相互作用、およびトランザクションをサポートします。また、複數(shù)のメンバーの各データエントリのバックアップを保持するため、冗長です。クラスターをスケーリングするには、別のインスタンスを開始するだけで、データとバックアップは自動的に均等にバランスが取れます。

最大の処理速度でクラスター內のCPUにアクセスするための有用なAPIのコレクションを提供します。また、MAP、キュー、ExecutorService、Lock、JCacheなど、Javaから多數(shù)の開発者に優(yōu)しいインターフェイスの分散実裝を提供します。

そのセキュリティ機能には、JAASベースのセキュリティ機能を介したクライアント操作のクラスターメンバーとクライアント認証およびアクセス制御チェックが含まれます。また、クライアントが実行するソケット接続とリモート操作、クラスターメンバー間のソケットレベルの通信暗號化、およびSSL/TLSソケット通信を有効にすることもできます。ただし、公式ドキュメントによると、これらのセキュリティ機能のほとんどはエンタープライズバージョンで提供されています。

その最も人気のあるユースケースは、メモリ內キャッシングとデータストレージが分散されています。ただし、Webセッションクラスタリング、NOSQLの交換、並列処理、簡単なメッセージなどに展開することもできます。

6。mcrouter

McRouterは、 Facebookが開発および維持するMemcached Deploymentsをスケーリングするための無料でオープンソースのMemcachedプロトコルルーターです。 Memcached ASCIIプロトコル、柔軟なルーティング、マルチクラスターサポート、マルチレベルのキャッシュ、接続プーリング、複數(shù)のハッシュスキーム、プレフィックスルーティング、複製されたプール、生産トラフィックシャドウイング、オンライン再構成、および目的地の健康監(jiān)視/自動フェイルオーバーを備えています。

さらに、コールドキャッシュのウォームアップ、リッチな統(tǒng)計、デバッグコマンド、信頼できる削除ストリームサービスの品質、大きな値、およびブロードキャスト操作をサポートし、IPv6およびSSLサポートが付屬しています。

FacebookとInstagramでキャッシュインフラストラクチャのコアコンポーネントとして使用されており、ピーク時に約50億件のリクエストを処理しています。

7。ワニスキャッシュ

Varnish Cacheは、WebクライアントとOrigin Serverの間に位置するオープンソースの柔軟でモダンで多目的Webアプリケーションアクセラレータです。すべての最新のLinux、FreeBSD、およびSolaris（X86のみ）プラットフォームで実行されます。これは、Nginx、ApacheなどのWebサーバーの前に展開できる優(yōu)れたキャッシュエンジンとコンテンツアクセラレータであり、デフォルトのHTTPポートでリッスンして、クライアント要求をWebサーバーに送信して転送し、Webサーバーの応答をクライアントに配信できます。

クライアントとOriginサーバーの間の中間人として機能している間、ワニスキャッシュはいくつかの利點を提供します。要素は、Webサーバーのロードを軽減し、クライアントへの配信速度を改善するためにメモリにWebコンテンツをキャッシュすることです。

クライアントからHTTPリクエストを受け取った後、バックエンドWebサーバーに転送します。 Webサーバーが応答すると、ワニスはメモリ內のコンテンツをキャッシュし、クライアントに応答します。クライアントが同じコンテンツを要求すると、ワニスはキャッシュブーストアプリケーション応答からそれを提供します。キャッシュからコンテンツを提供できない場合、リクエストはバックエンドに転送され、応答がキャッシュされ、クライアントに配信されます。

Varnishは、リクエストの処理方法などを構成するために使用されるVCL （ vranish構成言語- 柔軟なドメイン固有の言語）を特徴としています。

セキュリティごとに、ワニスキャッシュはロギング、リクエスト検査、スロットリング、認証、およびVMODSを介した認証をサポートしていますが、SSL/TLSのネイティブサポートがありません。ヒッチやnginxなどのSSL/TLSプロキシを使用して、ワニスキャッシュのHTTPSを有効にすることができます。

また、ワニスキャッシュをWebアプリケーションファイアウォール、DDOS攻撃ディフェンダー、ホットリンクプロテクター、ロードバランサー、統(tǒng)合ポイント、シングルサインオンゲートウェイ、認証、および認証ポリシーメカニズム、不安定なバックエンドの迅速な修正、HTTPリクエストルーターとして使用することもできます。

8。Squidキャッシュプロキシ

Linux用の別の無料でオープンソース、傑出した、傑出した、広く使用されているプロキシおよびキャッシュソリューションはイカです。これは、HTTP、HTTP、FTPなどの一般的なネットワークプロトコルにプロキシおよびキャッシュサービスを提供する機能豊富なWebプロキシキャッシュサーバーソフトウェアです。また、他のUNIXプラットフォームやWindowsでも実行されます。

ワニスキャッシュと同様に、クライアントからリクエストを受け取り、指定されたバックエンドサーバーに渡します。バックエンドサーバーが応答すると、コンテンツのコピーをキャッシュに保存し、クライアントに渡します。同じコンテンツの將來のリクエストがキャッシュから提供され、クライアントへのコンテンツ配信が速くなります。そのため、クライアントとサーバー間のデータフローを最適化して、パフォーマンスを改善し、ネットワークトラフィックを削減し、帯域幅を節(jié)約するために頻繁に使用されるコンテンツを改善します。

Squidには、プロキシサーバーの相互コミュニケーション階層を介して負荷を分配するなどの機能が付屬しており、Web使用パターンに関するデータの生成（例：ほとんどのサイトサイトに関する統(tǒng)計）を使用すると、プロキシ対象のメッセージを分析、キャプチャ、ブロック、交換、または変更できます。

また、リッチアクセス制御、承認、認証、SSL/TLSサポート、アクティビティロギングなどのセキュリティ機能もサポートしています。

9。NGINX

Nginx（ Engine-Xと発音）は、Webインフラストラクチャをセットアップするためのオープンソース、高性能、フル機能、非常に人気のある統(tǒng)合ソリューションです。これは、HTTPサーバー、リバースプロキシサーバー、メールプロキシサーバー、および一般的なTCP/UDPプロキシサーバーです。

Nginxは、キャッシュされたコンテンツがディスク上の永続的なキャッシュに保存される基本的なキャッシュ機能を提供します。 Nginxでのコンテンツキャッシングの魅力的な部分は、Origin Serversから新鮮なコンテンツを取得できない場合、キャッシュから古いコンテンツを配信するように構成できることです。

NGINXは、Webシステムを保護するための多數(shù)のセキュリティ機能を提供します。これらには、SSL終了、HTTP基本認証によるアクセスの制限、サブレクエスト結果に基づく認証、JWT認証、プロキシされたHTTPリソースへのアクセスの制限、地理的な場所によるアクセスの制限などが含まれます。

一般に、リバースプロキシ、ロードバランサー、SSLターミネーター/セキュリティゲートウェイ、アプリケーションアクセラレータ/コンテンツキャッシュ、およびアプリケーションスタック內のAPIゲートウェイとして展開されます。メディアのストリーミングにも使用されます。

10。Apacheトラフィックサーバー

最後になりましたが、HTTP/1.1およびHTTP/2.0のサポートを備えたオープンソース、高速、スケーラブル、および拡張可能なキャッシュプロキシサーバーであるApache Traffic Serverがあります。ネットワーク、ISP（インターネットサーバープロバイダー）、バックボーンプロバイダーなどのネットワークの端で頻繁にアクセスされるコンテンツをキャッシュすることにより、ネットワークの効率とパフォーマンスを向上させるように設計されています。

HTTP/HTTPSトラフィックの前方と逆のプロキシの両方をサポートします。また、いずれかまたは両方のモードを同時に実行するように構成される場合があります。永続的なキャッシュ、プラグインAPIを備えています。 ICP（インターネットキャッシュプロトコル）、ESI（Edge Side incluse）のサポート。 Aliveを維持します。

セキュリティの観點から、トラフィックサーバーは、プロキシキャッシュ、クライアントとそれ自體間の両方の接続のSSL終了、およびそれ自體とOrigin Serverの間のクライアントを構成できるようにすることにより、クライアントアクセスの制御をサポートします。また、プラグインを介した認証と基本的な承認、ロギング（受信するすべてのリクエストおよび検出されるすべてのエラー）、および監(jiān)視もサポートしています。

トラフィックサーバーは、Webプロキシキャッシュ、フォワードプロキシ、リバースプロキシ、透明プロキシ、ロードバランサー、またはキャッシュ階層として使用できます。

結論の発言

キャッシュは、主にウェブサイトやアプリケーションの速度を高めるために設計された最も有益で長期にわたるWebコンテンツ配信技術の1つです。キャッシュされたデータがクライアントに提供されるため、サーバーの負荷、遅延、ネットワーク帯域幅を減らすのに役立ち、アプリケーションの応答時間とクライアントへの配信速度が改善されます。

この記事では、Linuxシステムで使用するトップオープンソースキャッシュツールをレビューしました。ここにリストされていない他のオープンソースキャッシングツールを知っている場合は、以下のフィードバックフォームからそれらを共有してください。また、この記事についてのあなたの考えを私たちと共有することもできます。

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