云計算環境下的分布存儲關鍵技術研究

楊靜

摘要：目前，云計算無論是在科研領域還是在商業發展中，都開始展現出其先進的技術優勢，成為了當下應用最為廣泛的一項信息技術。云計算的核心技術就是數據中心，而數據存儲作為數據中心的一項關鍵技術，其發展和優化一直是服務供應商和用戶關心的焦點。如今，云計算的數據容量經升級后已超過了EB級，隨之而來的難題便是如何保障大量數據的安全性。本文主要對云計算環境下分布存儲的體系結構及關鍵技術展開探討，希望能夠為云計算的發展提供一定的支持和參考。

關鍵詞：云計算；分布存儲；體系結構；關鍵技術

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

在國內信息技術不斷發展的大背景下，云計算作為一項先進的網絡技術，其在各領域的應用越來越廣泛，對居民的日常生活和工作都產生著較為重要的影響。但正是由于云計算的數據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數據丟失、泄露、損毀等等問題，這在一定程度上阻礙了云計算技術的推廣和使用。數據分布存儲對于提升云計算數據的安全性、節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實意義和研究價值。

1 云計算環境下分布儲存的概述

云計算是現階段通信技術飛速發展而所產生的一種可以共享平臺內基本資源的網絡服務模式，其能夠滿足當前大量數據信息需要存儲與計算的要求，可以說是當前網絡信息技術發展的一個里程碑。云計算以互聯網為依托，摒棄了最初以計算機中心的傳統方式，建立起了以大量個人計算機和網絡設備相連為基礎的非常龐大的數據中心，這一數據中心用來存儲整個系統的數據信息，同時為用戶提供軟件服務、計算服務等，大大提升了網絡信息數據存儲、計算和應用的便利性、及時性[1]。然而，如何對存儲在云計算系統中的大量數據進行組織、管理和存儲，是這個龐大數據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據存儲服務的根源所在，這就需要用到分布存儲技術，當然這項技術還需要一個穩定的網絡環境和健全的硬件設施來共同支撐。

2 云計算環境下分布存儲技術的主要結構分析

數據中心是保障云計算正常運行的核心基礎，其主要包括硬件和軟件兩大部分。云計算環境下，硬件具體是指那些支撐數據中心的基礎設備設施，而軟件則是指為數據中心運行和提供服務所安裝的程序。從結構層面上來看，無論是云計算想要可靠的數據，還是想要有高效、安全的存儲能力，都是和數據中心的節點結構緊密相連的。因此，根據數據中心路由轉發功能相對應的節點類型不同，大體上可以將云計算環境下分布存儲技術的體系結構分為以下三類[2]：

2.1 以服務器為中心的結構

這一結構的工作原理是利用網線，將服務器中設置的多個網卡進行互聯，并且這種連接方式不能夠影響交換機、路由器的正常運行，僅可通過服務器便能完成數據任務的轉發。在這種結構內，服務器不僅需要對數據進行存儲和處理，同時還要完全負責數據包的轉發功能。這種服務器結構最為明顯的優勢就是，結構組成及線路連接相對比較簡單，不需要交換機這類硬件設備，更有利于使服務器與底層網絡更好地進行交互，開發高效實用的路由算法相對要便利的多。但這一結構也存在很大的弊端，比如說鏈路較為冗余，服務器所占用的計算資源比較大，從而大大降低了服務器的整體運算效率，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構

在云計算技術尚未普及之前，傳統的數據存儲均是通過交換機來完成的，而數據存儲用戶也均采用交換機當做彼此數據存儲的中心，簡單點來說，交換機是用戶網絡體系與數據中心相互連接的紐帶，數據存儲和處理均要通過交換機最終完成。據分析，這種以交換機為中心結構的數據存儲技術，通常采用的是樹形結構，具體包括聚合層、邊緣層以及核心層三大部分。這一結構最明顯的優勢便是操作簡單、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，那就是存儲技術較為落后、存儲容量低，難以滿足當前大數據處理和存儲的需求。但是我們可以對這種結構進行優化升級，提升其操作的靈活性以及存儲的高效性，那么這種結構的適用性將會得到大幅度提升。

2.3 服務器與交換機混合結構

這種混合結構就是將服務器為中心的結構與交換機為中心的結構組合起來，通過在交換機到服務器上搭建相對應的節點，同時在服務器中設置部分網卡，那么數據路由轉發便可以在服務器和交換機中被聯合完成。這種服務器與交換機的混合結構有助于將兩種結構的優勢結合在一起，并彌補各自的不足和劣勢，很好地完成互補，其具體優勢主要體現在以下幾點：（1）同時采用服務器和交換機共同提供數據路由轉發功能，這樣的網絡組合結構更加靈活與自由。（2）由于這種混合結構同時結合了服務器結構和交換機結構的優勢，因此在提供相同性能的服務上更具有成本優勢，大大降低了數據存儲、處理的成本。（3）這種混合結構能夠有效實現服務器對數據包的超大量轉發，大大提升了數據處理能力。

3 云計算環境下的分布存儲關鍵技術

3.1 數據容錯技術

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

數據容錯技術的核心是增加數據冗余，以此實現確保數據丟失或損毀后能被查得到，但也正因為如此，會給系統帶來太多的數據冗余，從而增加存儲資源的消耗，為了既保證系統的容錯性能同時又節省存儲資源、降低運營成本，目前多選擇糾刪碼容錯技術和復制容錯技術進行處理。endprint

（1）糾刪碼容錯技術，這項技術是基于信道傳輸編碼技術發展而來的，其主要是針對多數據對象所完成的一種編碼，然后通過刪除數據的形式，查找新的對象，并且能夠通過新對象完成完全復制，以此來降低存儲量。（2）復制容錯技術，其具體指的是對某一個數據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據模塊來得到全部的數據信息。復制容錯技術包括兩大方面，即數據組織結構和復制策略。這項技術的主要優勢在于容易實現、簡單有效、讀取效率較高，目前深受廣大云計算用戶的青睞，應用也頗為廣泛。但由于對每個數據都要建立一定數量的數據模塊，因此其對存儲空間的要求比較高。

3.2 節能技術

據有關統計顯示，云計算數據存儲系統運行時的能耗約占總能耗的45%以上。因此，為了降低系統運營成本，走綠色、可持續化的信息技術發展道路，我們必須對其中的節能技術進行深入研究和探討。其節能技術主要有以下兩大方面[4]：

（1）硬件節能技術，硬件節能主要還應從硬件的組織結構及硬件自身來進行挖掘，具體可以分為數據中心方面技術、計算機整體技術這兩個方面，前者是通過替換低性能、高能耗的設備設施來實現節能，后者則是通過優化或革新設備體系結構來實現節能。（2）軟件節能技術，該節能技術主要針對的數據管理和節點管理兩個方面，前者的管理主要包括對靜態數據的管理、動態數據的管理以及緩存預取數據的管理等，旨在通過細分化的管理來降低系統數據的能耗，提高數據管理效能；而節點管理則是通過分析與評估云計算系統中的節點分布，根據具體情況自動進入低能耗或關閉的狀態，以此來實現節能。

3.3 可拓展性

如今，數據中心的數據存儲已經上升到EB級，而與之相對的，云計算數據中心在存儲量和規模上也應當進行升級，以滿足當前信息技術使用與發展的需求。針對當前數據存儲日新月異的發展大環境，我們通過技術升級來滿足數據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實現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中硬件的擴展性應用性能進行優化與改進，以滿足當前日益增長的數據存儲與處理需求。

4 結語

總的來說，云計算環境下，數據存儲與處理的優化與改進還需要建立在分布存儲技術上來實現。因此，我們對容錯性技術、節能技術及擴展性展開探討，闡明對它們進行優化與升級對于云計算數據中心發展的重要意義，這對于促進云計算未來的優化與發展是非常有用的。在此也希望，有更多的專業人士積極投身到分布存儲技術的研討和革新中來，為促進信息技術的現代化發展而不懈努力。

參考文獻

[1]王戩.云計算關鍵技術及其發展的分析[J].科技創新與應用，2013，（28）：74.

[2]霍亮，羅軍，王鑫龍.云存儲環境下基于密鑰的多級安全訪問控制機制研究[J].網絡安全技術與應用，2015，（11）：59.

[3]山德魯.全球云數據中心網絡發展趨勢：SDN實現IDC互聯[J].電腦知識與技術（經驗技巧），2015，（11）：114-115.

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