一種基于策略的云存儲系統故障管理方法

馬瑋駿 王強 何曉暉 祝小康 張慶

摘 要：為了解決云存儲系統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故障管理框架PSF-C，設計了基于XML的云存儲系統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，能夠適應云存儲系統故障處理各類策略要素的形式化描述需求。針對云存儲系統故障自動化管理的實現問題，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故障自動化管理提供了思路，提高了可實現性。

關鍵詞：云存儲系統；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（Cloud Storage System）由于訪問方便、成本低、規模大、訪問量大、存儲數據量大等特點，逐步成為業界的研究熱點，而如何在云存儲系統實施故障的自動監控和自動恢復一直是云存儲系統的重要研究方向?；诓呗缘墓芾頇C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絡管理系統中，今年來逐步面向云計算、傳感器網絡、智能設備、內容分發等領域。文獻[1]提出了一種策略驅動的賽博網絡空間基礎設施動態配置配置方法和研發環境，旨在提高網絡的可信度。文獻[2]提出了一種應用于云存儲領域NoSQL系統的策略驅動配置管理系統，提高了HBase數據庫系統的性能和吞吐量。文獻[3，4]研究了一種應用于多PaaS環境中的策略驅動中間件系統，提供了細化的應用執行方式和應用數據存儲，并且支持自定義和自我服務機制。文獻[5]提出了一種能夠在云計算環境中進行自動化服務水平級別SLA管理的策略管理框架和工具集，該方法在亞馬孫EC2系統中進行了驗證。文獻[6]提出了一種應用于內容分發網絡的策略管理機制，該機制在屬性圖模型的基礎上采用策略流實現。文獻[7]提出了一種基于策略的智能應用內容提供方法，采用語義WEB、多代理技術以及內容提供中間件實現，提高了內容分發的精確度。文獻[8]基于策略管理機制面向移動網絡中的視頻服務提出了一種內容感知的應用級別公平調度器，能夠自動根據上下文信息進行學習并動態調整調度策略。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用和設備的普適計算環境。文獻[10]基于策略管理機制研究了RFID系統中防范SQL注入攻擊的方法，提高了RFID系統的安全性能。文獻[11]基于策略驅動技術，針對移動終端設備提出了一種隱式驗證框架PRISM，該框架能夠在數據量很小的情況下自動發現有用的行為模式，減少了顯示驗證的數量。

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

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

首先根據云存儲系統故障管理的特點，給出基于策略的云存儲系統故障管理框架（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構化策略存儲。

（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，為故障管理執行器提供能夠直接執行的相關函數和命令，處理結構將反饋給故障管理工具。

（3）故障管理執行器

故障管理執行器負責實施云存儲系統的故障管理，下達到故障管理執行器的都是可以直接被執行的操作命令，執行結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故障管理策略的實體，以結構化二維表的形式表示，采用數據庫存儲。

PSF-C的優勢和特點主要在于：

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

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

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

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

云存儲系統故障管理策略定義方式如下：

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

（1）標識（PCode）：策略的唯一標識。

（2）優先級（PPriority）：決定策略執行過程中的優先級。

（3）被管對象（PObject）：類似網絡管理中的被管對象，但云存儲管理系統中的被管對象與網絡管理不同，一般包括各類存儲設備、元數據服務器、代理服務器，以及數據文件等。

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

（5）事件（PEvent）：標識云存儲系統中發生的各類故障事件，作為驅動策略管理系統運行的信息源。

（6）條件（PCondition）：以表達式的形式標明與事件相關的判斷規則，滿足該規則的事件才能夠觸發相應的動作。

（7）動作（PAction）：標識云存儲系統中進行故障管理的實際操作。

根據策略的定義，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，當發生事件時，如果滿足條件，則執行動作。

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

4 面向云存儲系統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故障管理領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中定義的云存儲系統故障管理策略，幫助用戶利用策略管理機制實現云存儲系統故障管理自動化。

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

根據故障檢測結果發現某個存儲節點上的文件分塊（以采用文件分塊存儲策略的云存儲系統為例）發生損壞，則故障管理系統判斷是否能夠獲取該文件分塊所對應文件的所有分塊信息，如果可以獲取，則根據所有文件分塊恢復文件，并重新計算文件分塊，替換發生損壞的文件分塊，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數據文件

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[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.研究領域：云計算.

王 強（1964-），男，博士，教授.研究領域：機械工程.

何曉暉（1976-），男，博士，副教授.研究領域：機械工程.

祝小康（1980-），男，碩士，工程師.研究領域：軟件工程.

張 慶（1979-），男，學士，工程師.研究領域：信息處理.