馬瑋駿 王強 何曉暉 祝小康 張慶

摘 要：為了解決云存儲系統(tǒng)故障管理自動化的問題，基于策略管理的思想，提出了基于策略的云存儲系統(tǒng)故障管理框架PSF-C，設(shè)計了基于XML的云存儲系統(tǒng)故障處理策略形式化描述語言CFS-PDL，該語言簡單、靈活、可擴展性強，能夠適應(yīng)云存儲系統(tǒng)故障處理各類策略要素的形式化描述需求。針對云存儲系統(tǒng)故障自動化管理的實現(xiàn)問題，給出了PSF-C的策略映射方法。PSF-C和CFS-PDL的提出為云存儲系統(tǒng)故障自動化管理提供了思路，提高了可實現(xiàn)性。

關(guān)鍵詞：云存儲系統(tǒng)；基于策略的管理；策略描述語言；策略映射機制

中圖分類號：TP339 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2096-1472（2016）-06-04-04

Abstract：In order to achieve automatic supervision of cloud storage system faults，the paper proposes the Policy Based Fault Supervision Framework for Cloud Storage System（PSF-C），and designs the Cloud Storage System Fault Supervision Policy Description Language（CFS-PDL）.CFS-PDL is featured with simplicity，flexibility，extendibility and good adaptability to meet the policy element description requirements of cloud storage system fault supervision.The implementation of policy mapping mechanism is brought forward.Such work provides ideas for automatic fault supervision in cloud storage systems and improves the implement ability.

Keywords：cloud storage system；policy based management；policy description language；policy mapping mechanism

1 引言（Introduction）

云存儲系統(tǒng)（Cloud Storage System）由于訪問方便、成本低、規(guī)模大、訪問量大、存儲數(shù)據(jù)量大等特點，逐步成為業(yè)界的研究熱點，而如何在云存儲系統(tǒng)實施故障的自動監(jiān)控和自動恢復(fù)一直是云存儲系統(tǒng)的重要研究方向。基于策略的管理機制是一種常用的方法和手段。

目前策略管理最早用于計算機網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，今年來逐步面向云計算、傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能設(shè)備、內(nèi)容分發(fā)等領(lǐng)域。文獻[1]提出了一種策略驅(qū)動的賽博網(wǎng)絡(luò)空間基礎(chǔ)設(shè)施動態(tài)配置配置方法和研發(fā)環(huán)境，旨在提高網(wǎng)絡(luò)的可信度。文獻[2]提出了一種應(yīng)用于云存儲領(lǐng)域NoSQL系統(tǒng)的策略驅(qū)動配置管理系統(tǒng)，提高了HBase數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能和吞吐量。文獻[3，4]研究了一種應(yīng)用于多PaaS環(huán)境中的策略驅(qū)動中間件系統(tǒng)，提供了細(xì)化的應(yīng)用執(zhí)行方式和應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲，并且支持自定義和自我服務(wù)機制。文獻[5]提出了一種能夠在云計算環(huán)境中進行自動化服務(wù)水平級別SLA管理的策略管理框架和工具集，該方法在亞馬孫EC2系統(tǒng)中進行了驗證。文獻[6]提出了一種應(yīng)用于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的策略管理機制，該機制在屬性圖模型的基礎(chǔ)上采用策略流實現(xiàn)。文獻[7]提出了一種基于策略的智能應(yīng)用內(nèi)容提供方法，采用語義WEB、多代理技術(shù)以及內(nèi)容提供中間件實現(xiàn)，提高了內(nèi)容分發(fā)的精確度。文獻[8]基于策略管理機制面向移動網(wǎng)絡(luò)中的視頻服務(wù)提出了一種內(nèi)容感知的應(yīng)用級別公平調(diào)度器，能夠自動根據(jù)上下文信息進行學(xué)習(xí)并動態(tài)調(diào)整調(diào)度策略。文獻[9]研究一種基于策略的中間件解決方案，提供了一種能夠集成各類應(yīng)用和設(shè)備的普適計算環(huán)境。文獻[10]基于策略管理機制研究了RFID系統(tǒng)中防范SQL注入攻擊的方法，提高了RFID系統(tǒng)的安全性能。文獻[11]基于策略驅(qū)動技術(shù)，針對移動終端設(shè)備提出了一種隱式驗證框架PRISM，該框架能夠在數(shù)據(jù)量很小的情況下自動發(fā)現(xiàn)有用的行為模式，減少了顯示驗證的數(shù)量。

本文考慮將基于策略的管理機制應(yīng)用于云存儲系統(tǒng)的故障管理領(lǐng)域中，主要針對策略管理框架不滿足云存儲系統(tǒng)故障管理的要求、暫時沒有面向云存儲系統(tǒng)故障描述和管理相關(guān)形式化描述語言、缺乏從高層策略到底層策略映射機制等問題展開研究，并給出相應(yīng)的對策和實現(xiàn)思路，使得基于策略的管理機制能夠切實應(yīng)用于云存儲系統(tǒng)的故障管理自動化業(yè)務(wù)中。

2 基于策略的云存儲系統(tǒng)故障處理框架（Policy based fault supervision framework for cloud storage system）

首先根據(jù)云存儲系統(tǒng)故障管理的特點，給出基于策略的云存儲系統(tǒng)故障管理框架（Policy based fault Supervision Framework for Cloud storage system，PSF-C）如圖1所示。

PSF-C主要包括故障管理工具、故障管理決策器、故障管理執(zhí)行器以及策略庫。

（1）故障管理工具

故障管理工具是策略管理系統(tǒng)面向用戶的使用接口，可提供給用戶進行策略的增刪改查功能，輸入可以是各類定義好的故障管理策略，輸出是策略庫進行結(jié)構(gòu)化策略存儲。

（2）故障管理決策器

故障管理決策器是故障管理執(zhí)行器的請求處理方，處理主要包括策略檢索、策略決策，為故障管理執(zhí)行器提供能夠直接執(zhí)行的相關(guān)函數(shù)和命令，處理結(jié)構(gòu)將反饋給故障管理工具。

（3）故障管理執(zhí)行器

故障管理執(zhí)行器負(fù)責(zé)實施云存儲系統(tǒng)的故障管理，下達(dá)到故障管理執(zhí)行器的都是可以直接被執(zhí)行的操作命令，執(zhí)行結(jié)果將反饋給故障管理決策器。

（4）策略庫

策略庫是存儲云存儲系統(tǒng)故障管理策略的實體，以結(jié)構(gòu)化二維表的形式表示，采用數(shù)據(jù)庫存儲。

PSF-C的優(yōu)勢和特點主要在于：

（1）PSF-C中策略庫使用SQL的方式訪問，比傳統(tǒng)使用專用協(xié)議的方式相比性能較高，并且具有很強的適應(yīng)性和可擴展性，也容易被用戶接受。

（2）故障管理決策器和故障管理執(zhí)行器之間采用云存儲系統(tǒng)專用通信協(xié)議進行通信，相比傳統(tǒng)策略管理系統(tǒng)中所使用的COPS協(xié)議更加貼合云存儲系統(tǒng)故障管理的特性。

（3）故障管理執(zhí)行器完全針對云存儲系統(tǒng)中的各類故障處理方法進行實現(xiàn)，包括故障監(jiān)控、故障分析、故障處理等。

3 面向云存儲系統(tǒng)故障管理的策略定義（Policy definition for fault supervision of cloud storage system）

云存儲系統(tǒng)故障管理策略定義方式如下：

一條故障管理策略（Fault Supervision Policy）由七個要素構(gòu)成，分別為：

（1）標(biāo)識（PCode）：策略的唯一標(biāo)識。

（2）優(yōu)先級（PPriority）：決定策略執(zhí)行過程中的優(yōu)先級。

（3）被管對象（PObject）：類似網(wǎng)絡(luò)管理中的被管對象，但云存儲管理系統(tǒng)中的被管對象與網(wǎng)絡(luò)管理不同，一般包括各類存儲設(shè)備、元數(shù)據(jù)服務(wù)器、代理服務(wù)器，以及數(shù)據(jù)文件等。

（4）有效性標(biāo)識（PStatus）：標(biāo)識策略是否能夠被應(yīng)用，無效的策略不可以被實際應(yīng)用。

（5）事件（PEvent）：標(biāo)識云存儲系統(tǒng)中發(fā)生的各類故障事件，作為驅(qū)動策略管理系統(tǒng)運行的信息源。

（6）條件（PCondition）：以表達(dá)式的形式標(biāo)明與事件相關(guān)的判斷規(guī)則，滿足該規(guī)則的事件才能夠觸發(fā)相應(yīng)的動作。

（7）動作（PAction）：標(biāo)識云存儲系統(tǒng)中進行故障管理的實際操作。

根據(jù)策略的定義，可以將某條策略的含義描述如下：

IF EVENTS ON CONDITIONS THEN ACTS。

即對于某個策略，當(dāng)發(fā)生事件時，如果滿足條件，則執(zhí)行動作。

需要說明的是，事件、條件、動作都可以進行組合，即發(fā)生多個事件時，可以在某個條件下，觸發(fā)多個動作的執(zhí)行。

4 面向云存儲系統(tǒng)故障管理的策略描述語言（Cloud storage system fault supervision policy description language）

本文面向云存儲系統(tǒng)故障管理領(lǐng)域提出了一種策略描述語言CFS-PDL（Cloud storage system Fault Supervision Policy Description Language），該語言采用可擴展標(biāo)記語言XML作為描述手段，旨在以純文本、層次化、易讀的方式表示上節(jié)中定義的云存儲系統(tǒng)故障管理策略，幫助用戶利用策略管理機制實現(xiàn)云存儲系統(tǒng)故障管理自動化。

CFS-PDL給出了云存儲系統(tǒng)故障處理形式化描述方法，策略定義的七要素。舉例如下：

根據(jù)故障檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)某個存儲節(jié)點上的文件分塊（以采用文件分塊存儲策略的云存儲系統(tǒng)為例）發(fā)生損壞，則故障管理系統(tǒng)判斷是否能夠獲取該文件分塊所對應(yīng)文件的所有分塊信息，如果可以獲取，則根據(jù)所有文件分塊恢復(fù)文件，并重新計算文件分塊，替換發(fā)生損壞的文件分塊，同時記錄日志信息。

使用CFS-PDL描述后的故障管理策略如下所示：FileErrorRecoverPolicy1數(shù)據(jù)文件

[7] Sorici A，et al.Policy-based Adaptation of Context Provisioning in AmI[J]. Advances in Intelligent Systems & Computing，2015，376（5）：33-43.

[8] Mmmel O，et al.Policy-Based and QoE-Aware Content Delivery Using Q-Learning Method[J].Wireless Personal Communications，2015，83（1）：315-342.

[9] Khaddar M A E.A policy-based middleware for context-aware pervasive computing[J].International Journal of Pervasive Computing & Communications，2015，11（1）：43-68.

[10] Abawajy J，F(xiàn)ernando H.Policy-based SQLIA detection and prevention approach for RFID systems[J].Computer Standards & Interfaces，2015，38：64-71.

[11] Ramakrishnan，et al.PRISM：Policy-driven Risk-based Implicit locking for improving the Security of Mobile end-user devices[C].Proceedings of the 13th International Conference on Advances in Mobile Computing and Multimedia.ACM，2015.

作者簡介：

馬瑋駿（1980-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：云計算.

王 強（1964-），男，博士，教授.研究領(lǐng)域：機械工程.

何曉暉（1976-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：機械工程.

祝小康（1980-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：軟件工程.

張 慶（1979-），男，學(xué)士，工程師.研究領(lǐng)域：信息處理.