楊靜

摘要：目前，云計算無論是在科研領(lǐng)域還是在商業(yè)發(fā)展中，都開始展現(xiàn)出其先進的技術(shù)優(yōu)勢，成為了當(dāng)下應(yīng)用最為廣泛的一項信息技術(shù)。云計算的核心技術(shù)就是數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)存儲作為數(shù)據(jù)中心的一項關(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。如今，云計算的數(shù)據(jù)容量經(jīng)升級后已超過了EB級，隨之而來的難題便是如何保障大量數(shù)據(jù)的安全性。本文主要對云計算環(huán)境下分布存儲的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)展開探討，希望能夠為云計算的發(fā)展提供一定的支持和參考。

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

中圖分類號：TP333 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0037-02

在國內(nèi)信息技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，云計算作為一項先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對居民的日常生活和工作都產(chǎn)生著較為重要的影響。但正是由于云計算的數(shù)據(jù)存儲量和處理量都比較大，因此在實際運行過程中難免會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、泄露、損毀等等問題，這在一定程度上阻礙了云計算技術(shù)的推廣和使用。數(shù)據(jù)分布存儲對于提升云計算數(shù)據(jù)的安全性、節(jié)能性方面有著極為重要作用，所以說我們對其展開探討具有重要的現(xiàn)實意義和研究價值。

1 云計算環(huán)境下分布儲存的概述

云計算是現(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)信息需要存儲與計算的要求，可以說是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。云計算以互聯(lián)網(wǎng)為依托，摒棄了最初以計算機中心的傳統(tǒng)方式，建立起了以大量個人計算機和網(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)中心用來存儲整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，同時為用戶提供軟件服務(wù)、計算服務(wù)等，大大提升了網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)存儲、計算和應(yīng)用的便利性、及時性[1]。然而，如何對存儲在云計算系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)進行組織、管理和存儲，是這個龐大數(shù)據(jù)中心能夠為上一層用戶提供可靠、安全、有效以及可拓展等等數(shù)據(jù)存儲服務(wù)的根源所在，這就需要用到分布存儲技術(shù)，當(dāng)然這項技術(shù)還需要一個穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和健全的硬件設(shè)施來共同支撐。

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

數(shù)據(jù)中心是保障云計算正常運行的核心基礎(chǔ)，其主要包括硬件和軟件兩大部分。云計算環(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)中心運行和提供服務(wù)所安裝的程序。從結(jié)構(gòu)層面上來看，無論是云計算想要可靠的數(shù)據(jù)，還是想要有高效、安全的存儲能力，都是和數(shù)據(jù)中心的節(jié)點結(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)功能相對應(yīng)的節(jié)點類型不同，大體上可以將云計算環(huán)境下分布存儲技術(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)置的多個網(wǎng)卡進行互聯(lián)，并且這種連接方式不能夠影響交換機、路由器的正常運行，僅可通過服務(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)器不僅需要對數(shù)據(jù)進行存儲和處理，同時還要完全負責(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)勢就是，結(jié)構(gòu)組成及線路連接相對比較簡單，不需要交換機這類硬件設(shè)備，更有利于使服務(wù)器與底層網(wǎng)絡(luò)更好地進行交互，開發(fā)高效實用的路由算法相對要便利的多。但這一結(jié)構(gòu)也存在很大的弊端，比如說鏈路較為冗余，服務(wù)器所占用的計算資源比較大，從而大大降低了服務(wù)器的整體運算效率，如此便會大幅度上揚運營成本和性能損失。

2.2 以交換機為中心的結(jié)構(gòu)

在云計算技術(shù)尚未普及之前，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲均是通過交換機來完成的，而數(shù)據(jù)存儲用戶也均采用交換機當(dāng)做彼此數(shù)據(jù)存儲的中心，簡單點來說，交換機是用戶網(wǎng)絡(luò)體系與數(shù)據(jù)中心相互連接的紐帶，數(shù)據(jù)存儲和處理均要通過交換機最終完成。據(jù)分析，這種以交換機為中心結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，通常采用的是樹形結(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)勢便是操作簡單、連接更為容易且擴展性比較強；但其也存在不少明顯的弊端，那就是存儲技術(shù)較為落后、存儲容量低，難以滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理和存儲的需求。但是我們可以對這種結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化升級，提升其操作的靈活性以及存儲的高效性，那么這種結(jié)構(gòu)的適用性將會得到大幅度提升。

2.3 服務(wù)器與交換機混合結(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)與交換機為中心的結(jié)構(gòu)組合起來，通過在交換機到服務(wù)器上搭建相對應(yīng)的節(jié)點，同時在服務(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)器和交換機中被聯(lián)合完成。這種服務(wù)器與交換機的混合結(jié)構(gòu)有助于將兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，并彌補各自的不足和劣勢，很好地完成互補，其具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：（1）同時采用服務(wù)器和交換機共同提供數(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)同時結(jié)合了服務(wù)器結(jié)構(gòu)和交換機結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，因此在提供相同性能的服務(wù)上更具有成本優(yōu)勢，大大降低了數(shù)據(jù)存儲、處理的成本。（3）這種混合結(jié)構(gòu)能夠有效實現(xiàn)服務(wù)器對數(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 云計算環(huán)境下的分布存儲關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)容錯技術(shù)

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

數(shù)據(jù)容錯技術(shù)的核心是增加數(shù)據(jù)冗余，以此實現(xiàn)確保數(shù)據(jù)丟失或損毀后能被查得到，但也正因為如此，會給系統(tǒng)帶來太多的數(shù)據(jù)冗余，從而增加存儲資源的消耗，為了既保證系統(tǒng)的容錯性能同時又節(jié)省存儲資源、降低運營成本，目前多選擇糾刪碼容錯技術(shù)和復(fù)制容錯技術(shù)進行處理。endprint

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

3.2 節(jié)能技術(shù)

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計顯示，云計算數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)運行時的能耗約占總能耗的45%以上。因此，為了降低系統(tǒng)運營成本，走綠色、可持續(xù)化的信息技術(shù)發(fā)展道路，我們必須對其中的節(jié)能技術(shù)進行深入研究和探討。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)及硬件自身來進行挖掘，具體可以分為數(shù)據(jù)中心方面技術(shù)、計算機整體技術(shù)這兩個方面，前者是通過替換低性能、高能耗的設(shè)備設(shè)施來實現(xiàn)節(jié)能，后者則是通過優(yōu)化或革新設(shè)備體系結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)節(jié)能。（2）軟件節(jié)能技術(shù)，該節(jié)能技術(shù)主要針對的數(shù)據(jù)管理和節(jié)點管理兩個方面，前者的管理主要包括對靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理、動態(tài)數(shù)據(jù)的管理以及緩存預(yù)取數(shù)據(jù)的管理等，旨在通過細分化的管理來降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)的能耗，提高數(shù)據(jù)管理效能；而節(jié)點管理則是通過分析與評估云計算系統(tǒng)中的節(jié)點分布，根據(jù)具體情況自動進入低能耗或關(guān)閉的狀態(tài)，以此來實現(xiàn)節(jié)能。

3.3 可拓展性

如今，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲已經(jīng)上升到EB級，而與之相對的，云計算數(shù)據(jù)中心在存儲量和規(guī)模上也應(yīng)當(dāng)進行升級，以滿足當(dāng)前信息技術(shù)使用與發(fā)展的需求。針對當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲日新月異的發(fā)展大環(huán)境，我們通過技術(shù)升級來滿足數(shù)據(jù)中心日益增長的存儲需求，這也在很大程度上有利于云計算系統(tǒng)實現(xiàn)向完整性方向上的擴展，目前最有效的方式就是我們對系統(tǒng)中硬件的擴展性應(yīng)用性能進行優(yōu)化與改進，以滿足當(dāng)前日益增長的數(shù)據(jù)存儲與處理需求。

4 結(jié)語

總的來說，云計算環(huán)境下，數(shù)據(jù)存儲與處理的優(yōu)化與改進還需要建立在分布存儲技術(shù)上來實現(xiàn)。因此，我們對容錯性技術(shù)、節(jié)能技術(shù)及擴展性展開探討，闡明對它們進行優(yōu)化與升級對于云計算數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重要意義，這對于促進云計算未來的優(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技術(shù)的研討和革新中來，為促進信息技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展而不懈努力。

參考文獻

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[2]霍亮，羅軍，王鑫龍.云存儲環(huán)境下基于密鑰的多級安全訪問控制機制研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015，（11）：59.

[3]山德魯.全球云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢：SDN實現(xiàn)IDC互聯(lián)[J].電腦知識與技術(shù)（經(jīng)驗技巧），2015，（11）：114-115.

[4]李華清.云計算體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電子制作，2014，（4）：170.endprint