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

宋國平 邱 陽

(吉林廣播電視大學(xué)，吉林 長春 130022；吉林省計(jì)算中心，吉林 長春 130000)

前言：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到了較快的發(fā)展，也在一定程度上促進(jìn)了其它行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)各行業(yè)的發(fā)展也給了計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶來了一定的動(dòng)力。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一種新型的計(jì)算模式，它的穩(wěn)定性、可靠性、安全性促進(jìn)了它的廣泛應(yīng)用。本文從云計(jì)算分布存儲(chǔ)技術(shù)的產(chǎn)生背景、結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，希望為促進(jìn)計(jì)算機(jī)云計(jì)算的發(fā)展提供一定的參考價(jià)值。

一、云計(jì)算的概述和產(chǎn)生背景

1、云計(jì)算的概述

云計(jì)算指的是可以提供大量數(shù)據(jù)以及信息的計(jì)算與存儲(chǔ)的服務(wù)，也是隨著科技的發(fā)展形成的一種新型的計(jì)算模式，它可以為用戶提供方便、安全、可靠的存儲(chǔ)以及計(jì)算等服務(wù)。云計(jì)算可以結(jié)合數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并且建立一個(gè)或者多個(gè)大型的數(shù)據(jù)中心，這樣就可以為用戶提供基本的服務(wù)，并且可以滿足用戶的要求。云計(jì)算是將大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心的不同節(jié)點(diǎn)上，也有的被存儲(chǔ)在不同中心的不同節(jié)點(diǎn)上。并且數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)位置對于使用用戶提供的服務(wù)是共享和透明的，用戶在使用云計(jì)算時(shí)只需要提供訪問接口，就可以讀取數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)信息。云計(jì)算存儲(chǔ)可以為用戶提供安全可靠的服務(wù)，也為用戶提供了更多的方便，也在一定程度上減少了用戶的成本費(fèi)用，用戶可以根據(jù)自身的需求進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。由于云計(jì)算所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息大，給存儲(chǔ)技術(shù)以及成本費(fèi)用都具有一定的難度。

2、云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)的產(chǎn)生背景

隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)也廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中，同時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也逐漸增加。但是隨著數(shù)據(jù)的增加，原有的計(jì)算機(jī)中的計(jì)算模式已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需求，云計(jì)算的產(chǎn)生正是計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢，也解決了數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)等方面的需求。云計(jì)算對于數(shù)據(jù)的分布與存儲(chǔ)技術(shù)是根據(jù)用戶自身的需求對計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后用戶根據(jù)自身的需求進(jìn)行購買互聯(lián)網(wǎng)上的存儲(chǔ)空間。云計(jì)算的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，然后數(shù)據(jù)中心對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編排，并通過專門的端口將數(shù)據(jù)傳達(dá)給用戶。并且使用云計(jì)算最大的特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)資源共享，更加方便了用戶的使用。

二、云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)技術(shù)的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心是云計(jì)算的重要部分，也是保證計(jì)算機(jī)云計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心基礎(chǔ)，主要包括兩個(gè)方面分別是硬件和軟件。硬件是數(shù)據(jù)中心的基本設(shè)施，主要包括支撐系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備，而軟件指的是為數(shù)據(jù)中心提供的服務(wù)以及安裝程序。數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)中心的可靠性和效率有著密切的關(guān)聯(lián)，這樣可以有效的與數(shù)據(jù)中心的設(shè)備和服務(wù)器進(jìn)行連接，這樣就可以為服務(wù)器提供有效的接口，根據(jù)數(shù)據(jù)中心中節(jié)點(diǎn)類型的不同，可以將數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)模式分為以下三種。

1、以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)

云計(jì)算計(jì)算模式出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)大都使用交換機(jī)作為數(shù)據(jù)中心，也就是將交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)體系和數(shù)據(jù)中心的連接紐帶，將交換機(jī)和服務(wù)器的連接可以使數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)發(fā)，并且這其中服務(wù)器也相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)中心對信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取。而交換機(jī)主要采取樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，主要包括聚合層、邊緣層以及核心層等三個(gè)部分，這樣的結(jié)構(gòu)具有操作簡單、連接以及擴(kuò)展等特點(diǎn)。但是存儲(chǔ)容量不大，難以滿足計(jì)算機(jī)用戶的需求，因此在操作過程中的存儲(chǔ)效率以及操作性都有很大的提升空間，交換機(jī)的中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 典型的分層樹形數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2、以服務(wù)器的核心結(jié)構(gòu)

與服務(wù)器為核心結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的分層樹形數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，用戶可以將計(jì)算機(jī)服務(wù)器連接到互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上。服務(wù)器的主要任務(wù)就是將互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)發(fā)，這種方式的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)具有簡單操作的特點(diǎn)，但是這種方式對于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間具有一定的要求，增加了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的困難，且占用的服務(wù)器的資源較大，也增加了服務(wù)器的負(fù)載壓力，也因此降低了服務(wù)器的計(jì)算效率，以服務(wù)器為中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 以服務(wù)器為中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3、混合結(jié)構(gòu)

混合結(jié)構(gòu)指的是以交換機(jī)為中心和以服務(wù)器為中心的兩種結(jié)構(gòu)的混合，這種混合結(jié)構(gòu)主要利用了服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)，并且利用服務(wù)器安裝了多個(gè)網(wǎng)卡，從而保證服務(wù)器可以參與到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能中，這種混合結(jié)構(gòu)能夠更加自由靈活，也更適用于特定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣也降低了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的成本。

三、云計(jì)算計(jì)算下的分布存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)

1、數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)

云計(jì)算環(huán)境中分布存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)之一便是數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)，數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)指的是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)仍能繼續(xù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，利用數(shù)據(jù)的容錯(cuò)技術(shù)可以提升系統(tǒng)的應(yīng)用和可靠性，并且也增加了數(shù)據(jù)的訪問次數(shù)。目前常用的數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)主要包括兩種容錯(cuò)技術(shù)，分別是糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)和復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)。

（1）糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)

編碼容錯(cuò)技術(shù)指的是將多個(gè)數(shù)據(jù)對象進(jìn)行編碼，形成編碼數(shù)據(jù)對象，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間的降低。而糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)是一類編碼技術(shù)，主要用于信道傳輸，并且可以允許數(shù)據(jù)塊的丟失，同時(shí)也在存儲(chǔ)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，從而使糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)成為最常用的容錯(cuò)技術(shù)。糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)塊信息進(jìn)行信息冗余，這樣可以有效的減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，但是這項(xiàng)技術(shù)也存在一定的缺點(diǎn)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面大于失效數(shù)據(jù)的大小，這樣就增加了一定的成本。

（2）復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)

復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)指的在一個(gè)數(shù)據(jù)對象中創(chuàng)建多個(gè)模塊，并將信息分布到多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)對象失效后，可以利用其它數(shù)據(jù)塊獲得同樣的數(shù)據(jù)，這樣保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，對于復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，分別是數(shù)據(jù)復(fù)制策略和數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)具有簡單直觀的特點(diǎn)，增加了數(shù)據(jù)的讀取速度，這也推動(dòng)了云計(jì)算在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。但是這樣的復(fù)制容錯(cuò)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間的要求較高，增加了存儲(chǔ)的困難。

2、節(jié)能技術(shù)

在云計(jì)算中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是計(jì)算機(jī)中重要的組成部分，也是計(jì)算機(jī)的提供計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)。但是存儲(chǔ)系統(tǒng)的消耗占到數(shù)據(jù)中心的40%以上，因此對于存儲(chǔ)技術(shù)的節(jié)能技術(shù)的研究具有重要意義。對于節(jié)能技術(shù)可以分為硬件節(jié)能和軟件節(jié)能兩類，本文將對這兩類節(jié)能技術(shù)機(jī)型進(jìn)行簡單概述。

（1）硬件節(jié)能技術(shù)

硬件節(jié)能技術(shù)主要包括兩種主要技術(shù)，一種是利用低性能和低能耗的設(shè)備代替高性能和高能耗的硬件設(shè)備，這主要是從數(shù)據(jù)中心這一方面考慮的；另一種是從計(jì)算機(jī)的整體部件方面考慮，采用一種新型的體系結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能耗的降低。

（2）軟件節(jié)能技術(shù)

軟件節(jié)能技術(shù)是要在不降低系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，降低存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心的消耗。節(jié)點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)管理是軟件節(jié)能技術(shù)的兩個(gè)重點(diǎn)方面。節(jié)點(diǎn)管理是指利用存儲(chǔ)中心的節(jié)點(diǎn)和磁盤進(jìn)行選擇性應(yīng)用，進(jìn)而關(guān)閉剩余節(jié)點(diǎn)和磁盤，減少存儲(chǔ)空間的消耗；數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要包括動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理、靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理以及緩存預(yù)取等管理技術(shù)。

四、總結(jié)

云計(jì)算環(huán)境下的計(jì)算模式是一種新型的計(jì)算模式，更能滿足當(dāng)今用戶的要求，云計(jì)算將數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行了有效的結(jié)合，建立了龐大的數(shù)據(jù)中心，為用戶提供方便、快捷、安全、可靠的服務(wù)，這些特點(diǎn)也促進(jìn)了云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用。本文從云計(jì)算產(chǎn)生的背景、云計(jì)算分布存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行概述，以期為云計(jì)算的發(fā)展提供參考性價(jià)值。

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