張鵬飛，錢 晨

(廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系，廣東廣州510507)

云計算環(huán)境下的分布存儲關(guān)鍵技術(shù)

張鵬飛，錢 晨

(廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系，廣東廣州510507)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，云計算在信息技術(shù)發(fā)展中的重要性日漸顯現(xiàn)。作為一種新型的技術(shù)，云計算的優(yōu)化利用大大提高了信息數(shù)據(jù)處理與存儲的安全性，而在云計算環(huán)境下，分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了分布存儲的高效性和適應(yīng)性，有利于促進(jìn)云計算的進(jìn)一步發(fā)展。該文從不同角度入手客觀闡述了云計算環(huán)境下分布存儲技術(shù)產(chǎn)生的背景，分析了云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的基本構(gòu)成，并多角度、多層次地探討了云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

云計算環(huán)境；分布存儲；關(guān)鍵技術(shù)

在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，互聯(lián)網(wǎng)已成為社會大眾日常工作、生活、學(xué)習(xí)中不可割舍的重要組成部分。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平的日漸提高，社會的不斷進(jìn)步，云技術(shù)應(yīng)運而生，已成為一種全新的信息技術(shù)，深受社會大眾的喜愛。因為在不同行業(yè)、領(lǐng)域的飛速發(fā)展過程中，都不可避免地要對海量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行必要地統(tǒng)計、存儲，所以在云計算中，數(shù)據(jù)中心是其關(guān)鍵性基礎(chǔ)。目前，在云計算環(huán)境下，相關(guān)人員要借助對應(yīng)的數(shù)據(jù)中心，動態(tài)控制海量數(shù)據(jù)信息，其對應(yīng)的分布存儲關(guān)鍵技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代生活中，提高了信息數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確率，但還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善分布存儲關(guān)鍵技術(shù)，在降低能耗、控制成本的同時，順利實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

一、云計算環(huán)境下分布存儲技術(shù)產(chǎn)生的背景

隨著科技的迅猛發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)的普及化，社會大眾已悄然步入“互聯(lián)網(wǎng)、智能化、大數(shù)據(jù)”時代，信息化程度不斷加深，出現(xiàn)了海量現(xiàn)代信息數(shù)據(jù)，但其存儲受到已有的存儲介質(zhì)的制約，無法滿足社會發(fā)展的客觀需求。針對這個問題，云計算應(yīng)運而生，借助計算機(jī)環(huán)境，有效整合各類信息資源，滿足社會大眾的個性化需求。

云計算是以互聯(lián)網(wǎng)為基點的一種計算方式，它是一個能夠共享基礎(chǔ)資源并可以提供可用配置的計算機(jī)模型，服務(wù)商不需要過多介入，也能順利完成對應(yīng)的任務(wù)，例如訪問與存儲網(wǎng)絡(luò)資源。在云計算系統(tǒng)建構(gòu)過程中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心都是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作用下相互連接，形成大型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，以便能夠有效滿足用戶多樣化的服務(wù)需求，例如基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、存儲服務(wù)、軟件服務(wù)[1]。云計算具有多樣化、規(guī)模大、價格低廉的特點。作為一種關(guān)鍵性的新型計算模式，云計算的應(yīng)用促使不同領(lǐng)域運行中的海量數(shù)據(jù)、信息資源順利實現(xiàn)共享，在這個過程中硬件、軟件是云計算必不可少的關(guān)鍵性組成要素，各自發(fā)揮著不同的作用，為進(jìn)一步開發(fā)、利用共享的信息資源提供了有力的保障。相應(yīng)地，在云計算運行過程中，數(shù)據(jù)中心發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，軟硬件是其重要組成元素，其服務(wù)器與交換機(jī)相融合的形式，提高了數(shù)據(jù)處理及存儲能力，降低了數(shù)據(jù)中心的投資成本，實現(xiàn)了多樣化的功能。

二、云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)

(一)以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中，服務(wù)器設(shè)備的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的服務(wù)模式造成了深遠(yuǎn)的影響，有利于提高網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的整體效益。以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)是在網(wǎng)絡(luò)線路作用下，把各臺服務(wù)器的網(wǎng)卡相連，使其處于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系中，順利實現(xiàn)服務(wù)器互聯(lián)。在這種結(jié)構(gòu)的運行過程中，必須科學(xué)、合理地處理和存儲對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，及時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)一系列數(shù)據(jù)信息的共享。與其他結(jié)構(gòu)相比，以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，例如交換機(jī)、路由器[2]，這使得其整體結(jié)構(gòu)及線路連接得以簡化，有效地防止了樹型結(jié)構(gòu)中單點瓶頸問題的出現(xiàn)，在服務(wù)器運行中，可以順利傳輸海量的基層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息。但以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)也具有一定的缺陷性，一旦網(wǎng)絡(luò)線路運行中出現(xiàn)補償，服務(wù)器的運轉(zhuǎn)負(fù)荷將會大幅度增加，會導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備無法處于安全、穩(wěn)定的運行中，還會在一定程度上增加時間成本，降低系統(tǒng)設(shè)備的整體性能。以服務(wù)器為中心的結(jié)構(gòu)，其代表是Cam Cube數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器在三維中的各個節(jié)點都會和其他服務(wù)器相連，構(gòu)成了三維環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

(二)以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)

以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)屬于傳統(tǒng)型分布存儲技術(shù)，但隨著信息化建設(shè)步伐的不斷加快，這類結(jié)構(gòu)在各方面存在的問題也不斷顯現(xiàn)，無法有效發(fā)揮這類結(jié)構(gòu)的多樣化性能。這類結(jié)構(gòu)以交換機(jī)為基點，有效連接對應(yīng)的服務(wù)器，使其處于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系中，轉(zhuǎn)發(fā)多樣化的數(shù)據(jù)包，但其中的服務(wù)器只起到儲存信息數(shù)據(jù)的作用。以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)類型主要以樹形結(jié)構(gòu)為主，聚合層、核心層、邊緣層是其組成部分[3]，這類結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，其連接也非常便捷。但在信息化時代背景下，信息數(shù)據(jù)爆炸式增長，樹形結(jié)構(gòu)的存儲量非常有限，無法有效存儲海量的信息數(shù)據(jù)，運轉(zhuǎn)效率也比較低下，因而無法滿足用戶的多樣化需求。

(三)服務(wù)器與交換機(jī)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)

從某種角度來說，以服務(wù)器為中心、以交換機(jī)為中心的結(jié)構(gòu)都存在一定的缺陷性，而二者相結(jié)合的結(jié)構(gòu)則可以有效彌補它們各自存在的缺陷，其優(yōu)越性體現(xiàn)在可擴(kuò)展性、路由費用、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[4]等方面。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，服務(wù)器、交換機(jī)二者相結(jié)合的結(jié)構(gòu)可以同時發(fā)揮二者多樣化的作用，更好地發(fā)揮路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，促使對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加自由、靈活。在成本構(gòu)建方面，這種混合結(jié)構(gòu)同時具備服務(wù)器、交換機(jī)多樣化的優(yōu)勢，可以在一定程度上降低系統(tǒng)設(shè)備運行成本。在可擴(kuò)展性方面，這類混合結(jié)構(gòu)會受到各服務(wù)器所安裝網(wǎng)卡數(shù)量的限制，數(shù)據(jù)中心節(jié)點規(guī)模也會受到限制，并不是無限擴(kuò)大的。在實際應(yīng)用中，這類混合結(jié)構(gòu)可以高速傳輸海量的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)計算、存儲工作的效率與質(zhì)量，簡化工作流程，減少工作人員的工作量，提高系統(tǒng)運行效益。

三、云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)問題

(一)容錯性與可擴(kuò)展性問題

在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模式作用下，必須借助高效能的服務(wù)器、專業(yè)化的存儲設(shè)備，才能實現(xiàn)技術(shù)所需的容錯性，但在實現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)的過程中，會大大增加設(shè)備運行成本，還會在一定程度上降低信息數(shù)據(jù)存儲的準(zhǔn)確率，出現(xiàn)各種技術(shù)方面的問題。在云計算環(huán)境下，數(shù)據(jù)存儲失效已成為一種常見現(xiàn)象。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計分析，在系統(tǒng)設(shè)備運行中，經(jīng)常出現(xiàn)節(jié)點失效問題，經(jīng)過具體運算，失效的節(jié)點不止一個，而在大規(guī)模數(shù)據(jù)采集運行作業(yè)中，每隔6個小時，便會有一個磁盤會出現(xiàn)節(jié)點失效問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集作業(yè)無法順利進(jìn)行，采集的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確率低下，相關(guān)工作無法順利開展，造成無法估量的經(jīng)濟(jì)損失。針對這種情況，必須優(yōu)化利用分布存儲關(guān)鍵技術(shù)，有效解決高強(qiáng)度作業(yè)中存在的問題，合理解決存在的容錯性以及可擴(kuò)展性問題，提高數(shù)據(jù)存儲準(zhǔn)確率，盡可能挽回造成的經(jīng)濟(jì)損失。

(二)成本控制問題

在傳統(tǒng)分布存儲結(jié)構(gòu)作用下，只能存儲、計算乃至處理小規(guī)模的信息數(shù)據(jù)，能耗率較高。在信息時代背景下，世界范圍內(nèi)各個國家的聯(lián)系日益緊密，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展，數(shù)據(jù)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，海量數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，如何動態(tài)控制成本已成為新時期信息企業(yè)值得思考的重大問題，而降低能耗與成本、獲取更多的經(jīng)濟(jì)利潤，已成為商家關(guān)注的焦點，也是急需要解決的重大課題，這也是云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)不斷發(fā)展壯大的關(guān)鍵所在。

四、云計算環(huán)境下分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

在云計算環(huán)境下，分布存儲關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用中也會出現(xiàn)各種問題，例如成本控制問題、可擴(kuò)展性問題、容錯性問題等。但隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，這些問題都逐步得到了有效的解決，提高了云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析及處理效率，也使分布存儲關(guān)鍵技術(shù)得以更好地應(yīng)用，起到了舉足輕重的作用，有利于促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

(一)數(shù)據(jù)容錯技術(shù)的應(yīng)用

站在客觀的角度講，容錯技術(shù)是時代發(fā)展的產(chǎn)物，也是云計算環(huán)境下關(guān)鍵性的分布存儲技術(shù)之一，良好的容錯技術(shù)可以在一定程度上提高系統(tǒng)設(shè)備的可用性，提高海量信息數(shù)據(jù)的訪問率。數(shù)據(jù)容錯技術(shù)是指在計算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行過程中，即使出現(xiàn)錯誤激活問題，對應(yīng)的系統(tǒng)仍然能為用戶提供優(yōu)質(zhì)信息數(shù)據(jù)服務(wù)。在相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)容錯技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了計算機(jī)的可靠性和應(yīng)用性。但冗余信息數(shù)據(jù)也會不斷出現(xiàn)，如何根據(jù)其具體情況，通過不同途徑采取可行的措施實現(xiàn)容錯，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化利用各類存儲資源，已成為新時期相關(guān)領(lǐng)域研究人員研究的重要課題。就容錯技術(shù)來說，結(jié)合其性質(zhì)、特點等，可以將其分為兩類，一是糾刪碼容錯技術(shù)，一是復(fù)制容錯技術(shù)[5]。

1.糾刪碼容錯技術(shù)的應(yīng)用

糾刪碼容錯技術(shù)是借助信道實現(xiàn)傳輸?shù)木幋a技術(shù)，可以容忍不止一個信息數(shù)據(jù)塊的丟失，并能將其巧妙引入對應(yīng)的分布式存儲領(lǐng)域，減少對應(yīng)的存儲空間。在編碼過程中，在糾刪碼容錯技術(shù)作用下，可以將多個信息數(shù)據(jù)對象應(yīng)用其中，新的編碼數(shù)據(jù)對象便應(yīng)運而生，可以完全復(fù)制一系列的信息數(shù)據(jù)，降低存儲量。但在具體應(yīng)用中，糾刪碼容錯技術(shù)存在一定的缺陷性，需要花費大量的計算成本，如果信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，也需要花費大筆的修復(fù)費用。針對這種情況，在應(yīng)用糾刪碼容錯技術(shù)的過程中，相關(guān)人員必須堅持具體問題具體分析的原則，根據(jù)具體情況，加以優(yōu)化調(diào)整，更好地發(fā)揮其多樣化作用。

2.復(fù)制容錯技術(shù)

在應(yīng)用復(fù)制容錯技術(shù)的過程中，必須在某數(shù)據(jù)對象中創(chuàng)建多個同樣的模塊，將其合理分布在不同存儲節(jié)點中，也就是說如果某數(shù)據(jù)對象失效，用戶可以利用其它相同模塊獲取所需的數(shù)據(jù)信息。復(fù)制容錯技術(shù)簡單易用，操作并不復(fù)雜，具有較高的讀取效率，在實際應(yīng)用中深受社會大眾的喜愛。需要注意的是，復(fù)制容錯技術(shù)也存在一定的缺陷性，這是因為每個數(shù)據(jù)對象都有多個數(shù)據(jù)模塊，必須擁有較大的存儲空間。

(二)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)的調(diào)查分析，在正常運行過程中，存儲系統(tǒng)的實際消耗大約占45%左右，也就是說在節(jié)能技術(shù)研究中，研究人員必須將重心放在能耗方面，動態(tài)控制設(shè)備系統(tǒng)成本，從而取得一定的生態(tài)環(huán)境效益。

一是軟件節(jié)能技術(shù)。在實踐中，軟件節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以提高設(shè)備系統(tǒng)的運行性能，盡可能降低存儲信息數(shù)據(jù)的能耗，科學(xué)地管理對應(yīng)的節(jié)點與信息數(shù)據(jù)。在云計算環(huán)境下，相關(guān)人員可以全面、客觀的分析存儲節(jié)點的具體分布情況，并加以優(yōu)化調(diào)整，借助云計算，自動化分析對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，促使計算機(jī)處于自動化關(guān)閉狀態(tài)，降低各方面的能耗率，提高各方面的資源利用率，降低系統(tǒng)設(shè)備的運行成本。

二是硬件節(jié)能技術(shù)。就硬件節(jié)能技術(shù)來講，我們可以從硬件層次入手進(jìn)行深入分析，將其分為兩類，即數(shù)據(jù)中心技術(shù)和計算機(jī)整體技術(shù)[6]。應(yīng)用過程中，在數(shù)據(jù)中心技術(shù)作用下，云計算環(huán)境下的低性能設(shè)備將被高性能設(shè)備取代，從而提高了相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的運行效率。在計算機(jī)整體技術(shù)作用下，云計算背景下的高能耗結(jié)構(gòu)將被低能耗結(jié)構(gòu)、新型體系結(jié)構(gòu)所取代，具有較好的節(jié)能效果，圖1為海量空間數(shù)據(jù)存儲服務(wù)結(jié)構(gòu)圖，是這些結(jié)構(gòu)的典型代表。

圖1 海量空間數(shù)據(jù)存儲服務(wù)結(jié)構(gòu)圖

五、結(jié)語

總而言之，在新形勢下，云計算的多樣化功能不斷顯現(xiàn)，逐漸被廣泛應(yīng)用到多個領(lǐng)域。在云計算環(huán)境下的具體應(yīng)用過程中，相關(guān)人員必須根據(jù)分布存儲關(guān)鍵技術(shù)的特點、性質(zhì)等，有效解決存在的問題，從多個角度有效彌補存在的缺陷，在提高計算機(jī)系統(tǒng)兼容性的基礎(chǔ)上，降低信息數(shù)據(jù)的存儲冗余性等不足。相關(guān)人員必須全面、深入地研究對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保海量信息數(shù)據(jù)的存儲擁有高效運轉(zhuǎn)的存儲空間，優(yōu)化調(diào)整數(shù)據(jù)存儲方式，促使對應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備處于安全、穩(wěn)定的運行中，降低系統(tǒng)設(shè)備的故障發(fā)生率，降低其運營成本，提高其運營效益，從而取得較好的“經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)”效益。不斷促進(jìn)云計算持續(xù)發(fā)展，為不同行業(yè)、領(lǐng)域持續(xù)注入新鮮的血液，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，將是所有云計算技術(shù)人員未來必須要持續(xù)進(jìn)行的工作。

[1]涂振發(fā).云計算環(huán)境下海量空間數(shù)據(jù)高效存儲關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢大學(xué)，2012.

[2]陳曉紅.云計算環(huán)境下的分布存儲的相關(guān)技術(shù)[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014(21):33－35.

[3]張琛，楊浩.分布存儲關(guān)鍵技術(shù)在云計算環(huán)境下的分析[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2016(2):70.

[4]馮敬益.基于云計算環(huán)境下的分布存儲關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2016(5):59－60.

[5]趙鑫.基于云計算環(huán)境下的分布存儲關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015(5):211.

[6]宋煒煒.基于時空信息云平臺的空間大數(shù)據(jù)管理和高性能計算研究[D].昆明理工大學(xué)，2015.

(責(zé)任編輯:肖勝中)

Key Technologies of Distributed Storage in Cloud Computing Environment

ZHANG Pengfei,QIAN Chen
(Guangdong Agriculture Industry Business Polytechnic,Guangzhou 510507,China)

With the rapid development of network technology,the importance of cloud computing in the development of information technology is becoming more and more important.As a new type of resource,optimizing the cloud computer use can improve the security of information processing and storage of data,and in the cloud computing environment,the application of the key technology of distributed storage has greatly improved the efficiency and adaptability of distributed storage,which is conducive to promoting the further development of cloud computing.Therefore,the author expounds the background of distributed storage technology in cloud computing environment at the different angles,analyses the basic structure of key technologies of distributed storage in cloud computing environment,discusses the application of storage and distribution of key technology in cloud computing environment in a multi angle and multi-level way.

cloud computing environment;distributed storage;key technology

TP333

A

1009－931X(2016)04—0037－04

2016－09－20

張鵬飛(1976－)，女，山西朔州人，副教授，軟件工程碩士，研究方向:云計算及軟件開發(fā)方面的研究及教學(xué)。