云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊靜

摘要：目前，云計(jì)算無(wú)論是在科研領(lǐng)域還是在商業(yè)發(fā)展中，都開(kāi)始展現(xiàn)出其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為了當(dāng)下應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)信息技術(shù)。云計(jì)算的核心技術(shù)就是數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)中心的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展和優(yōu)化一直是服務(wù)供應(yīng)商和用戶關(guān)心的焦點(diǎn)。如今，云計(jì)算的數(shù)據(jù)容量經(jīng)升級(jí)后已超過(guò)了EB級(jí)，隨之而來(lái)的難題便是如何保障大量數(shù)據(jù)的安全性。本文主要對(duì)云計(jì)算環(huán)境下分布存儲(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)探討，希望能夠?yàn)樵朴?jì)算的發(fā)展提供一定的支持和參考。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；分布存儲(chǔ)；體系結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0037-02

在國(guó)內(nèi)信息技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，云計(jì)算作為一項(xiàng)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)居民的日常生活和工作都產(chǎn)生著較為重要的影響。但正是由于云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和處理量都比較大，因此在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、泄露、損毀等等問(wèn)題，這在一定程度上阻礙了云計(jì)算技術(shù)的推廣和使用。數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)對(duì)于提升云計(jì)算數(shù)據(jù)的安全性、節(jié)能性方面有著極為重要作用，所以說(shuō)我們對(duì)其展開(kāi)探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值。

1 云計(jì)算環(huán)境下分布儲(chǔ)存的概述

云計(jì)算是現(xiàn)階段通信技術(shù)飛速發(fā)展而所產(chǎn)生的一種可以共享平臺(tái)內(nèi)基本資源的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，其能夠滿足當(dāng)前大量數(shù)據(jù)信息需要存儲(chǔ)與計(jì)算的要求，可以說(shuō)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。云計(jì)算以互聯(lián)網(wǎng)為依托，摒棄了最初以計(jì)算機(jī)中心的傳統(tǒng)方式，建立起了以大量個(gè)人計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連為基礎(chǔ)的非常龐大的數(shù)據(jù)中心，這一數(shù)據(jù)中心用來(lái)存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)為用戶提供軟件服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等，大大提升了網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算和應(yīng)用的便利性、及時(shí)性[1]。然而，如何對(duì)存儲(chǔ)在云計(jì)算系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行組織、管理和存儲(chǔ)，是這個(gè)龐大數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)樯弦粚佑脩籼峁┛煽?、安全、有效以及可拓展等等?shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)的根源所在，這就需要用到分布存儲(chǔ)技術(shù)，當(dāng)然這項(xiàng)技術(shù)還需要一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和健全的硬件設(shè)施來(lái)共同支撐。

2 云計(jì)算環(huán)境下分布存儲(chǔ)技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)分析

數(shù)據(jù)中心是保障云計(jì)算正常運(yùn)行的核心基礎(chǔ)，其主要包括硬件和軟件兩大部分。云計(jì)算環(huán)境下，硬件具體是指那些支撐數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施，而軟件則是指為數(shù)據(jù)中心運(yùn)行和提供服務(wù)所安裝的程序。從結(jié)構(gòu)層面上來(lái)看，無(wú)論是云計(jì)算想要可靠的數(shù)據(jù)，還是想要有高效、安全的存儲(chǔ)能力，都是和數(shù)據(jù)中心的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊密相連的。因此，根據(jù)數(shù)據(jù)中心路由轉(zhuǎn)發(fā)功能相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)類型不同，大體上可以將云計(jì)算環(huán)境下分布存儲(chǔ)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)分為以下三類[2]：

2.1 以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)

這一結(jié)構(gòu)的工作原理是利用網(wǎng)線，將服務(wù)器中設(shè)置的多個(gè)網(wǎng)卡進(jìn)行互聯(lián)，并且這種連接方式不能夠影響交換機(jī)、路由器的正常運(yùn)行，僅可通過(guò)服務(wù)器便能完成數(shù)據(jù)任務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。在這種結(jié)構(gòu)內(nèi)，服務(wù)器不僅需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，同時(shí)還要完全負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)功能。這種服務(wù)器結(jié)構(gòu)最為明顯的優(yōu)勢(shì)就是，結(jié)構(gòu)組成及線路連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不需要交換機(jī)這類硬件設(shè)備，更有利于使服務(wù)器與底層網(wǎng)絡(luò)更好地進(jìn)行交互，開(kāi)發(fā)高效實(shí)用的路由算法相對(duì)要便利的多。但這一結(jié)構(gòu)也存在很大的弊端，比如說(shuō)鏈路較為冗余，服務(wù)器所占用的計(jì)算資源比較大，從而大大降低了服務(wù)器的整體運(yùn)算效率，如此便會(huì)大幅度上揚(yáng)運(yùn)營(yíng)成本和性能損失。

2.2 以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)

在云計(jì)算技術(shù)尚未普及之前，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均是通過(guò)交換機(jī)來(lái)完成的，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用戶也均采用交換機(jī)當(dāng)做彼此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的中心，簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，交換機(jī)是用戶網(wǎng)絡(luò)體系與數(shù)據(jù)中心相互連接的紐帶，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理均要通過(guò)交換機(jī)最終完成。據(jù)分析，這種以交換機(jī)為中心結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，通常采用的是樹(shù)形結(jié)構(gòu)，具體包括聚合層、邊緣層以及核心層三大部分。這一結(jié)構(gòu)最明顯的優(yōu)勢(shì)便是操作簡(jiǎn)單、連接更為容易且擴(kuò)展性比較強(qiáng)；但其也存在不少明顯的弊端，那就是存儲(chǔ)技術(shù)較為落后、存儲(chǔ)容量低，難以滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的需求。但是我們可以對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，提升其操作的靈活性以及存儲(chǔ)的高效性，那么這種結(jié)構(gòu)的適用性將會(huì)得到大幅度提升。

2.3 服務(wù)器與交換機(jī)混合結(jié)構(gòu)

這種混合結(jié)構(gòu)就是將服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)與交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)組合起來(lái)，通過(guò)在交換機(jī)到服務(wù)器上搭建相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)在服務(wù)器中設(shè)置部分網(wǎng)卡，那么數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)便可以在服務(wù)器和交換機(jī)中被聯(lián)合完成。這種服務(wù)器與交換機(jī)的混合結(jié)構(gòu)有助于將兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，并彌補(bǔ)各自的不足和劣勢(shì)，很好地完成互補(bǔ)，其具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）同時(shí)采用服務(wù)器和交換機(jī)共同提供數(shù)據(jù)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，這樣的網(wǎng)絡(luò)組合結(jié)構(gòu)更加靈活與自由。（2）由于這種混合結(jié)構(gòu)同時(shí)結(jié)合了服務(wù)器結(jié)構(gòu)和交換機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，因此在提供相同性能的服務(wù)上更具有成本優(yōu)勢(shì)，大大降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理的成本。（3）這種混合結(jié)構(gòu)能夠有效實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)包的超大量轉(zhuǎn)發(fā)，大大提升了數(shù)據(jù)處理能力。

3 云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)

隨著云計(jì)算技術(shù)使用頻率和范圍的越來(lái)越大，人們對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的安全性愈發(fā)重視，而作為保障云計(jì)算安全的分布存儲(chǔ)技術(shù)自然也受到了足夠多的重視。數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)主要是指在云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，即便發(fā)生錯(cuò)誤激活現(xiàn)象依然能夠保證用戶數(shù)據(jù)正確提供的一項(xiàng)技術(shù)措施。對(duì)數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)能夠有效提升系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，同時(shí)也可以提升其自身的應(yīng)用性能，對(duì)于保障數(shù)據(jù)的訪問(wèn)率具有重要的意義[3]。

數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)的核心是增加數(shù)據(jù)冗余，以此實(shí)現(xiàn)確保數(shù)據(jù)丟失或損毀后能被查得到，但也正因?yàn)槿绱?，?huì)給系統(tǒng)帶來(lái)太多的數(shù)據(jù)冗余，從而增加存儲(chǔ)資源的消耗，為了既保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性能同時(shí)又節(jié)省存儲(chǔ)資源、降低運(yùn)營(yíng)成本，目前多選擇糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)和復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行處理。endprint

（1）糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是基于信道傳輸編碼技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，其主要是針對(duì)多數(shù)據(jù)對(duì)象所完成的一種編碼，然后通過(guò)刪除數(shù)據(jù)的形式，查找新的對(duì)象，并且能夠通過(guò)新對(duì)象完成完全復(fù)制，以此來(lái)降低存儲(chǔ)量。（2）復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)，其具體指的是對(duì)某一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象建造出多個(gè)相通的模塊，并將這些模塊分布在不同的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，即便某個(gè)存儲(chǔ)模塊被損毀、破壞，用戶還可以通過(guò)其它尚且保存完整的數(shù)據(jù)模塊來(lái)得到全部的數(shù)據(jù)信息。復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)包括兩大方面，即數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和復(fù)制策略。這項(xiàng)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于容易實(shí)現(xiàn)、簡(jiǎn)單有效、讀取效率較高，目前深受廣大云計(jì)算用戶的青睞，應(yīng)用也頗為廣泛。但由于對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)都要建立一定數(shù)量的數(shù)據(jù)模塊，因此其對(duì)存儲(chǔ)空間的要求比較高。

3.2 節(jié)能技術(shù)

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，云計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能耗約占總能耗的45%以上。因此，為了降低系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本，走綠色、可持續(xù)化的信息技術(shù)發(fā)展道路，我們必須對(duì)其中的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行深入研究和探討。其節(jié)能技術(shù)主要有以下兩大方面[4]：

（1）硬件節(jié)能技術(shù)，硬件節(jié)能主要還應(yīng)從硬件的組織結(jié)構(gòu)及硬件自身來(lái)進(jìn)行挖掘，具體可以分為數(shù)據(jù)中心方面技術(shù)、計(jì)算機(jī)整體技術(shù)這兩個(gè)方面，前者是通過(guò)替換低性能、高能耗的設(shè)備設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，后者則是通過(guò)優(yōu)化或革新設(shè)備體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。（2）軟件節(jié)能技術(shù)，該節(jié)能技術(shù)主要針對(duì)的數(shù)據(jù)管理和節(jié)點(diǎn)管理兩個(gè)方面，前者的管理主要包括對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理以及緩存預(yù)取數(shù)據(jù)的管理等，旨在通過(guò)細(xì)分化的管理來(lái)降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)的能耗，提高數(shù)據(jù)管理效能；而節(jié)點(diǎn)管理則是通過(guò)分析與評(píng)估云計(jì)算系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)分布，根據(jù)具體情況自動(dòng)進(jìn)入低能耗或關(guān)閉的狀態(tài)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.3 可拓展性

如今，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)上升到EB級(jí)，而與之相對(duì)的，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心在存儲(chǔ)量和規(guī)模上也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行升級(jí)，以滿足當(dāng)前信息技術(shù)使用與發(fā)展的需求。針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)日新月異的發(fā)展大環(huán)境，我們通過(guò)技術(shù)升級(jí)來(lái)滿足數(shù)據(jù)中心日益增長(zhǎng)的存儲(chǔ)需求，這也在很大程度上有利于云計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向完整性方向上的擴(kuò)展，目前最有效的方式就是我們對(duì)系統(tǒng)中硬件的擴(kuò)展性應(yīng)用性能進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以滿足當(dāng)前日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理需求。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，云計(jì)算環(huán)境下，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的優(yōu)化與改進(jìn)還需要建立在分布存儲(chǔ)技術(shù)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，我們對(duì)容錯(cuò)性技術(shù)、節(jié)能技術(shù)及擴(kuò)展性展開(kāi)探討，闡明對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)對(duì)于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重要意義，這對(duì)于促進(jìn)云計(jì)算未來(lái)的優(yōu)化與發(fā)展是非常有用的。在此也希望，有更多的專業(yè)人士積極投身到分布存儲(chǔ)技術(shù)的研討和革新中來(lái)，為促進(jìn)信息技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展而不懈努力。

參考文獻(xiàn)

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