云計算環(huán)境下的分布式存儲

王劍柯

【摘要】 伴隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，云計算作為一種新的計算模式，已經(jīng)越來越成熟，并且逐漸運用到科學計算、商業(yè)計算等領域。其中云計算環(huán)境下的分布式存儲主要是控制和管理數(shù)據(jù)中心，分布式存儲是云計算環(huán)境下的關鍵設施，然而數(shù)據(jù)失效現(xiàn)象使得云計算的推廣和應用受到限制，本篇文章對當前分布式存儲技術進行了簡要地闡述，并且指出該技術的優(yōu)缺之處，對云計算環(huán)境下的分布式存儲發(fā)展前景進行了設想，希望能夠?qū)υ朴嬎悱h(huán)境下的分布式存儲發(fā)展提供一定的建議和啟發(fā)。

【關鍵詞】 云計算環(huán)境 分布式存儲、數(shù)據(jù)中心

云計算是一種資源共享的商業(yè)計算模型，它是以網(wǎng)絡為平臺，構建起一個甚至是多個設備設施相互連接的數(shù)據(jù)中心，大量的數(shù)據(jù)信息能夠存儲到數(shù)據(jù)中心上，從而提供更加安全、有效的信息存儲與計算服務。為了能夠提高數(shù)據(jù)中心的存儲可擴展性、容錯性，同時降低云計算的成本，下面就對分布式存儲關鍵技術進行分析和研究。

一、數(shù)據(jù)中心

1、以交換機為中心。以交換機為中心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡構建方式主要被傳統(tǒng)的大型企業(yè)所采用，它是通過交換機將多個服務器連接起來，并且承擔數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)功能，而其他的服務器只需要處理和存儲有關的數(shù)據(jù)信息。雖然這種結(jié)構操作簡單方便，可擴展性比較大，但是靈活性很差，對下層的服務器利用程度很低，造成資源的浪費，甚至無法滿足下層通信的需求。

2、以服務器為中心。以服務器為中心的網(wǎng)絡結(jié)構是在所有的服務器上面安裝相應的網(wǎng)卡，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能由服務器來完成，不需要交換機，整個結(jié)構和線路連接變得簡單和清晰，實現(xiàn)了服務器和下層網(wǎng)絡的直接交互，并且可以根據(jù)下層的需求來研究和開發(fā)更加有效的算法，不過這種結(jié)構會極大地占用了服務器的計算資源，使其負載壓力過大。

3、兩種結(jié)構的混合。顧名思義，這種結(jié)構是利用交換機來連接各個服務器，并且給所有的服務器裝上了網(wǎng)卡，構建了更加靈活、適應性高的網(wǎng)絡結(jié)構，實現(xiàn)了更好的聚合寬帶，滿足了數(shù)據(jù)密集型的通信要求。混合結(jié)構采取了分布式路由策略，只需要根據(jù)服務器與節(jié)點之間的關系便可以進行數(shù)據(jù)的傳遞，根據(jù)目的地址自動地確定下一個路徑，而不需要通過查詢服務器中的選擇表。

二、數(shù)據(jù)容錯技術

1、基于復制的容錯技術。該分布式存儲技術是根據(jù)數(shù)據(jù)對象來創(chuàng)建多個一樣的數(shù)據(jù)副本，并且將這些創(chuàng)建出來的副本分發(fā)到各個存儲的節(jié)點上，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)失效的情況，那么就可以直接通過訪問其他的副本來獲取相應的數(shù)據(jù)。這種技術相對簡單，容易操作，支持并行的數(shù)據(jù)訪問，同時提高了數(shù)據(jù)的讀取效率，在實際系統(tǒng)中得到推廣和使用。但是對每一個數(shù)據(jù)對象都創(chuàng)建副本，使得存儲的空間要求很高。為了能夠盡可能地減少副本的創(chuàng)建、縮減數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，可以將連續(xù)的兩個副本放在相同的機架上；將副本放置在離用戶比較近的節(jié)點上面，可以使用戶更快地獲得數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的訪問效率。

2、基于糾刪碼的容錯技術。該技術是將要存儲的數(shù)據(jù)對象進行分割，使得一個完整的數(shù)據(jù)對象變成若干個大小一致的數(shù)據(jù)塊，將這些數(shù)據(jù)塊進行編碼，獲得相應的編碼塊，用戶讀取數(shù)據(jù)時只需要通過多個數(shù)據(jù)塊就可以得到原有的數(shù)據(jù)。基于糾刪碼的容錯技術能夠極大地節(jié)約存儲空間，但是如果數(shù)據(jù)塊失效了，便需要下載多個同樣大小的數(shù)據(jù)塊才能夠使數(shù)據(jù)有效，這就會占用過多地網(wǎng)絡資源，使得數(shù)據(jù)中心的寬帶資源變得緊張，甚至造成數(shù)據(jù)讀取的性能損失。

三、研究前景

1、優(yōu)化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結(jié)構。由于不同的應用具有不同的特性，各種數(shù)據(jù)的訪問方式也會隨著應用的變化而變化，未來可以根據(jù)存儲應用的訪問方式與特性，科學構建一個能夠高效控制和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結(jié)構，使得鏈路的負載能夠保持均衡，增強系統(tǒng)的吞吐能力。

2、基于糾刪碼的數(shù)據(jù)放置技術。目前有很多策略，如數(shù)據(jù)中心相關策略、順序防止策略、機架無關策略等都是針對基于復制的容錯技術，卻沒有對基于糾刪碼的數(shù)據(jù)放置技術進行研究，不同的放置策略會直接影響該技術的容錯性和數(shù)據(jù)訪問效率，因此務必要結(jié)合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結(jié)構的特點和實際應用，對基于糾刪碼的數(shù)據(jù)放置技術進行分析和研究。

3、分布存儲系統(tǒng)的開發(fā)。對基于糾刪碼的數(shù)據(jù)容錯技術在分布存儲式系統(tǒng)中的運用進行研究，在理論的前提下設計一個分布存儲式系統(tǒng)，并且對系統(tǒng)進行必要的觀察和測試，找出系統(tǒng)運行中的問題，充分挖掘分布存儲系統(tǒng)的運行特點。

四、結(jié)束語

云計算是新一代的計算模式，它越來越廣泛地應用在各種領域中，而數(shù)據(jù)的可擴展性、容錯性等方面成為了亟待解決的重要問題。總的來說，云計算環(huán)境下的分布存儲的構建面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要各種關鍵技術的的支持，本文通過對這些技術的研究和分析，指出了這些技術存在的問題，并且對技術的未來研究提供了方向。

參 考 文 獻

[1]譚鵬許.云計算環(huán)境下安全分布式存儲架構與容錯技術研究[D].解放軍信息工程大學，2013.

[2]王意潔，孫偉東，周松，裴曉強，李小勇.云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術[J].軟件學報，2012，04：962-986.

[3]田明.云計算環(huán)境下的訪問控制技術研究[D].山東師范大學，2014.