一種金字塔存儲算法在云計算數據庫中的應用研究

摘 要：伴隨著云計算的出現，傳統數據庫的存儲功能已不適合云端下的服務操作要求。在分析了目前的云數據庫的架構及數據庫的組成形式后，采用樹型數據庫的方式作為云計算數據庫組織方式。然后在原有的金字塔中的瓦片存儲算法的基礎上，利用探測法思想對其進行改進。通過仿真實驗證明改進后的算法在數據存儲上縮短了時間，提高了效率，為云計算下的數據庫其他操作提供了較好的訪問基礎。

關鍵詞：云計算；金字塔算法；樹型服務器

引言

伴隨著互聯網技術的不斷發展，云計算受到人們廣泛關注，應用領域也在不斷擴大，人們希望降低設備投入與管理成本，但又需要具有可伸縮的擴展性高的服務商提供服務，如何高效存儲和管理企業的龐大數據成為數據庫服務的問題。云計算服務器概念的提出滿足了這方面的需求。它是一種很好的解決方案，將數據遷入到云服務中，通過云存儲的方式可以更好的滿足數據信息存儲的要求。

文章在云服務的數據存儲方式中，采用樹型數據庫進行數據存儲，同時在金字塔模型的瓦片思想的基礎上對存儲算法進行了改進，通過實驗證明，這種改進后算法能夠在樹型數據庫中縮小數據存儲的時間，同時為數據庫中的其他操作提供基礎。

1 云計算數據庫

云計算數據庫的構架共分為三層。第一層為應用層，負責向用戶提供服務SDK和OSS機制。第二層是服務層，負責向應用層提供服務，第三層為數據存儲層，提供數據物理的存儲。

應用層中SDK主要解決對象和關系型數據的映射關系，根據應用程序的對象類，自動生成關系型結構和索引。OSS機制本質就是Web服務的組合，主要是對服務層進行封裝，為應用層提供安全服務、數據服務等。服務層主要是由分布服務層和應用服務層組成，分布服務層采用主節點和子節點的組成方式，當主節點和子節點運行程序的時候，主節點接受來自應用服務層的查詢，并將結果返回應用服務層，應用服務層主要來自應用層的OSS的請求和來自數據存儲層的檢索請求。數據存儲層是由程序和數據庫實例組成，其主要功能是存儲數據和處理數據的操作。數據存儲層可以采用物理機或者虛擬機。數據庫實例用來存儲和處理數據的要求。

云計算平臺下使用關系型數據庫來進行存儲，與原來的本地數據庫存儲方式不同，這是因為云計算下的服務器承受來自不同用戶的數據訪問要求，這些用戶所需要的數據可能具有異構性，在云計算中要滿足大量來自應用層的客戶數據存儲和訪問的要求，這些需要滿足實時性高的要求。

2 一種金字塔云數據庫算法

金字塔模型是使用在影像數據管理中的一種有效模型，其利用多分辨金字塔模型和影像分塊技術，對原始圖像進行分層，再對每層進行分塊，這樣可提高數據的存儲率。使用MapReduce思想來提高影像金字塔的構建和查詢速度。金字塔模型在云數據庫中數據存儲會消耗較長時間，不利于云服務中數據的存儲，并對數據的查詢和修改產生影響。

2.1 金字塔瓦片描述

金字塔模型采用瓦片來進行數據的存儲描述，瓦片采用坐標（level，tx，ty）來進行標識，其中level表示瓦片所在的層，tx標識瓦片所在行，ty標識瓦片所在列。文章將這個概念應用到云服務數據庫中進行數據描述。假設在第N層上有row行和col列，則一共有row*col個瓦片。對每一個瓦片采用從上到下，從左到右定義為（leveli，txi，tyi），其中leveli表示第i個瓦片所在的層數，txi表示第i個瓦片的橫坐標，tyi表示第i個瓦片的縱坐標。

2.2 改進型的瓦片層間的映射方法

根據分層分塊原則，第N層上一個瓦片對應著第N+1層上的有且僅有的4個瓦片，為了能夠顯示瓦片，提高數據存儲的最大利用率，文章采用探測式的瓦片存儲方式，步驟如下：

（1）對節點個數進行判斷，如果是奇數個節點，進行節點個數+1，否則就不變。

（2）根據瓦片編碼原則，將瓦片分布在不同的位置上。

（3）采用探測的方式，當前的數據節點進行選擇瓦片，瓦片的編號（numx+ky）%（numtotal+i）i∈（0，3）。其中，numx為瓦片編號，ky為數據點編號，numtotal為瓦片總個數。

（4）當出現一次選擇的瓦片數與前面相同時，自動將后一次選擇的瓦片數自動往后移動一個，直至空位置為止。

3 實驗分析

文章以學校為例，將局域網中分布位置不同的4臺PC機作為客戶端模擬云計算中的客戶端，設置一臺服務器在模擬云計算的服務器，采用CloudSim平臺，采用3.0GHZ的酷睿CPU和2GDDR3，Windows xp操作系統。

4 結束語

文章在研究了目前云計算服務架構的基礎上，通過引入樹型數據庫來進一步優化數據的存儲問題，通過引入金字塔模型中的瓦片思想，對其進行了改進，通過仿真實驗表明，改進后的算法能夠較好的解決數據存儲的問題，對于提高網絡使用效率，增加網絡運營都具有一定的參考價值。

參考文獻

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作者簡介：石鋒（1971，5-），男，陜西澄城，西北工業大學本科畢業，西安航空學院工作，副教授，專業方向：軟件技術。