高薇

（閩南理工學院信息管理系，福建石獅362700）

云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術研究

高薇

（閩南理工學院信息管理系，福建石獅362700）

目前，無論是在科學技術研究還是在商業(yè)發(fā)展當中，云計算已經開始充分展現其技術優(yōu)勢，并成為信息技術領域當中一項最尖端技術.其強大的適用性特征使得其能夠在眾多領域當中都展現出非凡的使用能力.云計算當中最為核心的技術就是數據中心，存儲作為數據中心當中的關鍵，到目前為止其數據容量升級已經超過了EB級.由此可見，對云計算技術的關鍵點與難點就是針對超大量數據處理過程中降低數據丟失或者發(fā)生錯誤的幾率，針對云計算環(huán)境當中的分布存儲關鍵技術進行了綜合分析.

云計算；分布存儲；數據中心

0 引言

社會經濟快速發(fā)展促進了信息技術不斷升級，所有行業(yè)在數據存儲量上都在迅猛增長，這其中包括高能物理、生物學以及氣候地質監(jiān)測等領域當中對數據信息的存儲要求更高；基于web的商業(yè)計算需求表現最為突出等等.為了能夠充分滿足上述領域以及未來社會對信息存儲運算的實際需求，需要對存儲與相關聯(lián)的通信技術進行技術性革新[1].云計算的產生與發(fā)展已經成為了當前社會經濟以及科學技術研究的熱點話題.

1 當前云計算環(huán)境當中分布存儲技術的發(fā)展情況分析

1.1 容錯性發(fā)展情況分析

傳統(tǒng)技術條件下進行容錯性升級主要采用RAID技術，并在此基礎上需要借助于高性能服務器完成.存儲設備方面更加需要借助于專用性較強的存儲器，這樣一來會極大提升生產成本.云計算技術產生之后，通過其進行數據存儲發(fā)生失效的情況較為普遍，這也造成了云計算環(huán)境當中數據失效成為一種常態(tài)化特征，其造成的經濟損失不可估量.為此，需要對分布存儲容錯性問題提出具體的解決對策.

1.2 可擴展性發(fā)展情況分析

想要對可擴展性性能進行提升，采用的常規(guī)辦法就是設計冗余磁盤預留.這是在云計算技術手段產生之前可以有效提升存儲空間量的最佳途徑.但是云計算環(huán)境當中數據升級到了EB級別，面對這樣巨大的數據量采用磁盤預留方式已經不能夠有效解決問題，因此，需要通過對數據組織結構進行升級，提升可擴展性才可能實現可擴展性的升級[2].

1.3 成本控制發(fā)展情況分析

成本控制分析在云計算基礎上產生，采用傳統(tǒng)分布存儲方式只能夠針對小規(guī)模節(jié)點數據完成，這個過程中并未對能耗有特殊要求.因此，采用傳統(tǒng)方式進行分布存儲成本上的升級相對不足.但是因為云計算環(huán)境需要數據存儲量以及節(jié)點在規(guī)模上升級，這必然會造成實際成本追加，且需要在散熱與制冷等方面消耗掉一定成本.這樣一來，使得成本控制成為當今商家需要面臨的另外一個問題.

2 云計算環(huán)境條件下的數據中心網路

2.1 交換機特征結構

將交換機作為主要內容的結構主要包括3層內容，形成樹形結構特征.這3層分別是聚合層、邊緣層以及核心層[3].其中邊緣層主要指的是通過機架交換機以及服務器組成的.在這個過程中為了確保帶寬匯聚以及均衡環(huán)境，邊緣層類型交換機必須與聚合層兩者之間發(fā)生連接.同時，為了能夠確保用戶與外部數據兩者之間進行訪問，聚合層交換機以及核心層路由之間也應當保持連接狀態(tài).

采用交換機作為核心的數據相對來說更加直觀與可操作，但是這種結構特征下也存在一些誤區(qū)：

1）靈活性相對較差且服務器使用效率較低.服務指令一般情況下會分給第二層域.起始階段，經由第二層域可預留較為豐富的資源，這就會造成服務器資源使用效率相對較低情況的發(fā)生.

2）鏈路帶寬容量不足.在數據傳動的過程中，越向上層的路由移動，則產生的服務帶寬需求則越大，即使是下層服務器處于空閑狀態(tài)，則上層鏈路也會因為帶寬不足產生不同類型的問題，進而會造成數據中心負載過大而運行受到限制.

3）通行能力受到聚合層鏈路的影響.

4）交換機在運行的過程中會造成資源使用不當[4].這種結構特征能夠對提升系統(tǒng)的運行效率提供保障，但是當交換機當中單一機體發(fā)生故障，替換的設備并不能夠明顯降低效率則會造成資源使用上的浪費.

2.2 服務器中心結構

服務器中心結構特征下需要設置多網卡，目的是確保每臺服務器之間能夠形成互聯(lián)，同時，這種連接并不會影響路由器、交換機等，可通過服務器完成對數據任務的轉發(fā).這種類型結構不需要借助于交換機或者是路由設備等.

使用多網卡能夠完成服務器的互聯(lián)功能，通過服務器可以操作數據轉發(fā).基于三維層面的不同方向可以發(fā)現，其服務器節(jié)點需要與其他類型的服務器之前保持連接，進而產生環(huán)境結構特征.這種類型結構能夠向外提供節(jié)點坐標的空間.該設計思路主要是建立在靈活性較強的路由接口基礎上產生的.

形成服務器中心結構以及搭建線路并不困難，但是因為鏈路冗余情況比較嚴重.造成這種情況的主要原因是其并不太適合應用在交換機當中，這樣可以避免出現傳統(tǒng)方式當中將交換機作為中心結構問題.服務器能夠通過利用網路底層完成直接交互，為此，上層就需要通過實際需求開發(fā)路由算法即可.

當然，這種類型結構特征下的服務器如果實現對全部數據的轉發(fā)，會造成服務器計算資源的大量使用，則服務器可能會出現高強度負載，也就會造成服務器計算實際效率受到影響.不同的服務器當中一般情況下只會安裝一定數量范圍的網卡，為此，其節(jié)點規(guī)模也會受到限制[5].為了避免發(fā)生損害，這時候需要追加成本投入.

2.3 混合結構

所謂的混合結構也就是對上述兩種類型的結構的混合分析.通過交換機到服務器搭建節(jié)點，并在服務器當中設置一定數量的網卡則數據路由轉發(fā)任務可以在交換機以及服務器當中被共同完成.這種混合式結構特征有助于實現服務器對數據包的大量轉發(fā)任務.

當然，CPU資源在這個過程中也會被大量私用，實踐證明，在一定的結構環(huán)境當中采用這種方式可以有效降低實際成本.

圖1 數據中心網絡結構

3 云計算環(huán)境下分布存儲關鍵技術分析

3.1 容錯性技術分析

社會經濟以及科學技術的快速發(fā)展，使得云計算在當前環(huán)境下的分步存儲技術受到足夠多的重視.數據容錯技術具體是指在系統(tǒng)運轉的條件下發(fā)生錯誤激活情況仍然能夠確保用戶的數據提供的一種技術手段.數據容錯技術升級與優(yōu)化可以為系統(tǒng)提升可靠性，且本身可以提升應用性水平，因此可以說對數據訪問率具有重要的意義.

數據容錯技術主要一種針對糾刪碼以及復制容錯技術的研究.糾、刪碼技術主要指的是針對多數據對象完成的一種編碼，并通過刪除數據的方式，查找新對象，通過這種方式能夠完全復制，并降低存儲量.復制容錯技術是指在一個數據對象中創(chuàng)造出的多個相同的模塊，并且將創(chuàng)造出的模塊分布到各個節(jié)點之中，這樣在其他數據模塊失效后用戶能夠從其他節(jié)點獲得相同的數據[6].

3.2 節(jié)能技術的出現

根據相關數據統(tǒng)計顯示，儲存系統(tǒng)在運行中能耗情況約占45%，因此，在對節(jié)能進行研究的過程中需要對此方面進行深入的探討.對此方面進行深入的探討不僅能夠降低成本，對生態(tài)環(huán)境都具有極強的現實意義.節(jié)能技術主要包括2個方面，即：

1）軟件的節(jié)能技術.此種技術的目標就是在不降低系統(tǒng)運行性能的情況下將存儲數據中的能耗降到最低.軟件節(jié)能技術主要是對節(jié)點和數據管理方面進行管理.節(jié)點管理技術能夠通過對云計算環(huán)境中存儲節(jié)點的分布情況進行分析，自動進入低能耗和關閉的狀態(tài)，從而降低能耗情況；數據管理技術主要包括對動態(tài)數據管理、對靜態(tài)數據進行管理和緩存預取進行管理.

2）硬件的節(jié)能技術.硬件的節(jié)能技術可以從硬件的層次進行了解，按照層次來劃分也可分為兩種技術，即數據中心方面技術和計算機整體技術.數據中心方面技術就是將高性能和高能耗的設備替換；計算機整體技術就是使用新型的體系結構，這樣也能夠達到降低能耗的目標.

3.3 可擴展性

當前條件下，數據中心存儲量數據升級到了EB級.為此，云計算技術條件當中數據中心在規(guī)模性以及存儲量方面都應當與時俱進，并通過技術更新與發(fā)展?jié)M足增長需要.假如某用戶在全球計算機網絡中擁有40個數據中心,僅僅需要一個數據節(jié)點就可以與數百萬個上世紀計算機最發(fā)達城市的數據中心相比.針對這種數據存儲發(fā)展日新月異的技術環(huán)境，加強數據中心需求上的增長則能夠有助于實現云計算環(huán)境的完整性系統(tǒng)性擴展[7].系統(tǒng)用戶在使用數據中心完成信息存儲的過程中需要實現規(guī)模性能力的提升，數據存儲能力與結構也應當進一步提升.這個過程中，就需要對硬件進行擴展性應用的改進.只有這樣才能夠真正意義上滿足存儲需求.

4 結語

綜上所述，云計算技術環(huán)境當中，數據存儲總量的擴大需要建立在分布存儲計算條件基礎上產生.這種情況需要對容錯性、擴展性以及成本都進行優(yōu)化與升級.為此，結合實際情況筆者主要對云計算環(huán)境當中的分布存儲關鍵技術進行了綜合分析，也就是數據中心中的容錯性以及節(jié)能技術進行系統(tǒng)性分析，以此促進分布存儲技術升級與進步.

[1]郭翠云.云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術分析［J］.硅谷，2013，（16）：42-22.

[2]肖儂，舒繼武，劉芳，等.存儲技術的研究發(fā)展現狀與趨勢[J].科技報告，2009，（9）：321-324.

[3]崇陽.基于云計算下的分布存儲關鍵技術研究[J].計算機光盤軟件與應用，2012，（12）：89-93.

[4]王意潔，孫偉東，周松，等.云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術［J］.軟件學報，2012，（4）：962-986.

[5]楊明熬.云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術［J］.計算機光盤軟件與應用，2013，（6）：26-27.

[6]SHVACHKO H，HUANG H，RADIX S，etal.The Hadoop Distributed File System.In:Proc.ofthe IEEE 2tithSyrup.on Mass Storage Systems and Technologies（MSST）［C］.Lake Tahoe：IEEE，2010：1-10.

[7]宋國平，邱陽.云計算環(huán)境下的分布存儲關鍵技術[J].吉林廣播電視大學學報，2014，（9）：56-59.

（責任編輯 李健飛）

A Research on Key Technology of Distributed Storage under Cloud Computing Environment

GAO Wei
（Department of Information Management，Minnan University of Science&Technology，Shishi，Fujian 362700，China）

In the scientific research and commercial development nowadays，cloud computing has begun to demonstrate its technical superiority and become the most sophisticated in the field of information technology. Its applicability is so powerful that makes it possible to show the unusual usage ability in many areas.The data center is the core technology of cloud computing，and the storage is the key of data center，which so far its data capacity upgrading has exceeded the EB level.Accordingly，the key point and the difficulty of cloud computing technology is to reduce data loss or chance of error in the process.This paper comprehensively analyzes the key technologies of distributed storage under cloud computing environment.

cloud computing；distributed storage；data center

TP3-0

：A

：1673-1972（2015）06-0058-03

2015-06-23

福建省中青年教師教育科研項目（JA12367）

高薇（1981-），女，吉林四平人，講師，主要從事云計算分布式存儲、信息處理技術研究.