云存儲(chǔ)及對(duì)云計(jì)算的影響分析

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)，人類進(jìn)入了一個(gè)信息爆炸的時(shí)代，為了處理過(guò)于龐大的數(shù)據(jù)量，云計(jì)算的概念應(yīng)運(yùn)而生。文章第一部分對(duì)云計(jì)算和云存儲(chǔ)的概念進(jìn)行介紹；第二部分描述云存儲(chǔ)在云計(jì)算中的作用；第三部分主要分析云存儲(chǔ)對(duì)于云計(jì)算的安全性的影響；第四部分分析云存儲(chǔ)與云計(jì)算高效性之間的關(guān)系；第五部分對(duì)云存儲(chǔ)的未來(lái)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；云存儲(chǔ)；安全；高效

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 10-0000-02

一、云計(jì)算與云存儲(chǔ)

云計(jì)算是將各種計(jì)算資源和商業(yè)應(yīng)用程序以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)提供給用戶的計(jì)算服務(wù)，這些服務(wù)將數(shù)據(jù)的處理過(guò)程從個(gè)人計(jì)算機(jī)或服務(wù)器轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心，將IT技術(shù)外包給云服務(wù)提供商來(lái)減少用戶在硬件、軟件和專業(yè)。

同云計(jì)算的存儲(chǔ)即服務(wù)（storage-as-a-service）的概念類似，云存儲(chǔ)專注于向用戶提供以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的在線存儲(chǔ)服務(wù)。用戶無(wú)需考慮存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)設(shè)備類型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置以及數(shù)據(jù)的可用性、可靠性和安全性等繁瑣的底層技術(shù)細(xì)節(jié)，只用根據(jù)需要付費(fèi)，就可以從云存儲(chǔ)服務(wù)提供商那里獲得近乎無(wú)限大的存儲(chǔ)空間和企業(yè)級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。從目前典型的云存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，云存儲(chǔ)統(tǒng)由位于互聯(lián)網(wǎng)上的大量存儲(chǔ)資源以及將這些存儲(chǔ)資源組織為可供用戶透明訪問(wèn)的資源池的一整套資源管理與訪問(wèn)控制技術(shù)所組成。

二、云存儲(chǔ)在云計(jì)算中的作用

云計(jì)算系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：云服務(wù)（cloud service），云計(jì)算（cloud computing），云存儲(chǔ)（cloud storage）。云計(jì)算部件主要通過(guò)利用節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力來(lái)計(jì)算用戶提交的數(shù)據(jù)，最后將滿足用戶要求的數(shù)據(jù)返回給客戶，同時(shí)客戶也可能需要將數(shù)據(jù)存放在云存儲(chǔ)部件之上。云存儲(chǔ)是云計(jì)算的基石，云計(jì)算所需的數(shù)據(jù)需要從云存儲(chǔ)上獲取，同時(shí)云計(jì)算的計(jì)算結(jié)果也需要存儲(chǔ)在云存儲(chǔ)之上。另外云存儲(chǔ)還需要為云服務(wù)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，同時(shí)云服務(wù)中的很大部分需要依靠云計(jì)算的計(jì)算能力。

三、云存儲(chǔ)與云計(jì)算的安全

（一）云計(jì)算的安全性隱患

云計(jì)算給人們帶來(lái)了方便，人們可以隨時(shí)實(shí)地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)自己的數(shù)據(jù)，避免了傳統(tǒng)的工作地點(diǎn)固定的弊端。但是云計(jì)算自身也存在著一定的安全隱患，因?yàn)楹诵氖翘幵谝粋€(gè)用戶所不知道的位置。

1.數(shù)據(jù)方的公信力問(wèn)題

云計(jì)算模式下，用戶需要把自己的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、IT業(yè)務(wù)流程等核心資源保存在第三方，并且由于虛擬化，用戶并不清楚這些資源被實(shí)際存儲(chǔ)在何處。這種情況下，需要云服務(wù)提供商具備相當(dāng)?shù)墓帕?，才可能讓用戶采用這種模式。

2.數(shù)據(jù)的訪問(wèn)控制

用戶的數(shù)據(jù)存放在第三方，我們不能確定數(shù)據(jù)的信息會(huì)不會(huì)被第三方的服務(wù)商所利用。這個(gè)時(shí)候我們擔(dān)心的問(wèn)題就是這些資料是不是只能我們自己使用，而別人沒(méi)有絲毫的訪問(wèn)權(quán)限，這個(gè)問(wèn)題不能單單的依靠服務(wù)商的職業(yè)道德來(lái)保證，下面要講的密鑰手段可以避免此類事件的發(fā)生。

3.網(wǎng)絡(luò)安全性

有網(wǎng)絡(luò)的地方就會(huì)有病毒、木馬。如果服務(wù)端受到感染，會(huì)造成不可估計(jì)的損失。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，業(yè)界提出的應(yīng)對(duì)之策是，采用云計(jì)算技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的客戶端軟件異常行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取惡意程序信息，上傳至服務(wù)器進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，然后把病毒和木馬的解決方案分發(fā)到客戶端。

（二）云存儲(chǔ)的安全性保證

1.多副本策略

云存儲(chǔ)起始于Google發(fā)布的Google File System。Google的分布式文件系統(tǒng)構(gòu)建在大量的廉價(jià)的機(jī)器之上，系統(tǒng)需要忍受硬件的失效，所以硬件失效在分布式文件系統(tǒng)中是允許的。如果某一個(gè)硬件機(jī)器失效，那么存儲(chǔ)在該臺(tái)機(jī)器上的數(shù)據(jù)是無(wú)法訪問(wèn)的，為了防止數(shù)據(jù)的丟失和為保證數(shù)據(jù)安全性，可以采取多副本策略。每個(gè)數(shù)據(jù)塊在整個(gè)集群之上有多個(gè)備份，備份的數(shù)量可以有用戶自己決定。這些備份根據(jù)系統(tǒng)的分布情況分布在不同的物理位置，防止一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致多個(gè)備份無(wú)法訪問(wèn)。

2.密鑰策略

通常的云存儲(chǔ)是通過(guò)服務(wù)的方式由第三方提供給用戶使用，用戶不知道自己的數(shù)據(jù)存放在何處，這個(gè)時(shí)候?qū)?shù)據(jù)是否被別人使用就用了一重疑問(wèn)，為了消除用戶方的顧慮，我們可以通過(guò)加密的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。用戶通過(guò)一定的加密手段來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)加密，加密的密鑰由用戶自身掌控，第三方無(wú)法直接訪問(wèn)到用戶的數(shù)據(jù)，訪問(wèn)時(shí)用戶通過(guò)自身的密鑰來(lái)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。

3.數(shù)據(jù)的差異性保存

云存儲(chǔ)出來(lái)之前，用戶的數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在自己的私有服務(wù)器中，為了數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)的保密等級(jí)是必不可少的。這種策略可以運(yùn)用到云存儲(chǔ)上面，將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)由用戶自己保存，剩下的通用型的數(shù)據(jù)存放在云上，這樣在私有存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)上找到一個(gè)折中，可是使安全性和實(shí)用性都得到一個(gè)很好的保證。

四、云存儲(chǔ)的高效性保證

云存儲(chǔ)中關(guān)于數(shù)據(jù)的操作主要有寫(xiě)數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同步和負(fù)載均衡四個(gè)方面

（一）數(shù)據(jù)的寫(xiě)入

在原始的數(shù)據(jù)寫(xiě)入策略中，用戶需要確認(rèn)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的確切位移，而且對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入而言是串行的，很明顯在分布式中這是不合適的，每時(shí)每刻系統(tǒng)都面對(duì)著巨量的訪問(wèn)，原始的寫(xiě)入策略需要精密的鎖控制，嚴(yán)重的影響了系統(tǒng)的性能。

GFS提供了一種原子的數(shù)據(jù)追加操作–記錄追加。使用記錄追加，客戶機(jī)只需要指定要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。GFS保證至少有一次原子的寫(xiě)入操作成功執(zhí)行（即寫(xiě)入一個(gè)順序的byte流），寫(xiě)入的數(shù)據(jù)追加到GFS指定的偏移位置上，之后GFS返回這個(gè)偏移量給客戶機(jī)。這類似于在Unix操作系統(tǒng)中，對(duì)以O(shè)_APPEND模式打開(kāi)的文件，多個(gè)并發(fā)寫(xiě)操作在沒(méi)有競(jìng)態(tài)條件時(shí)的行為。這種并行的寫(xiě)入策略極大的提高了系統(tǒng)的性能，在分布式領(lǐng)域中有著廣泛的運(yùn)用。

（二）數(shù)據(jù)的讀取

數(shù)據(jù)的讀取形式分為大規(guī)模的流式讀取和小規(guī)模的隨機(jī)讀取。大規(guī)模的流式讀取通常一次讀取數(shù)百KB的數(shù)據(jù)，更常見(jiàn)的是一次讀取1MB甚至更多的數(shù)據(jù)。小規(guī)模的隨機(jī)讀取通常是在文件某個(gè)隨機(jī)的位置讀取幾個(gè)KB數(shù)據(jù)。如果應(yīng)用程序?qū)π阅芊浅ｊP(guān)注，通常的做法是把小規(guī)模的隨機(jī)讀取操作合并排序，之后按順序批量讀取，這樣就避免了在文件中前后來(lái)回的移動(dòng)讀取位置。同時(shí)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)如果數(shù)據(jù)塊兒過(guò)大還可以通過(guò)分塊兒的并行數(shù)據(jù)讀取方式來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)的同步

數(shù)據(jù)同步需要主機(jī)將數(shù)據(jù)通過(guò)給下面的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，如果只有一個(gè)備份，這個(gè)方式可以操作，但在分布式系統(tǒng)中，每個(gè)文件都存在著多個(gè)備份，再按照這個(gè)方法來(lái)同步的話會(huì)極大的消耗主機(jī)性能，影響系統(tǒng)的效率。在GFS中，為了避免出現(xiàn)主機(jī)瓶頸，每次數(shù)據(jù)更新的時(shí)候從存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)作為偽主機(jī)節(jié)點(diǎn)，主機(jī)只需要將數(shù)據(jù)傳送給這個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后由這個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成后續(xù)的同步工作，它將數(shù)據(jù)同步到包含此數(shù)據(jù)的所有存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，成功后這個(gè)偽主機(jī)將消息返回給主機(jī)，完成一次同步操作。當(dāng)然在同步的過(guò)程中還需要有一些保證機(jī)制，在此將不會(huì)詳細(xì)解釋。

（四）數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡

副本的放置需要考慮到下面三個(gè)因素：

1.在低于平均磁盤(pán)利用率的存儲(chǔ)服務(wù)器上存儲(chǔ)新的副本。

2.限制在每個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器上創(chuàng)建副本的總次數(shù)。

3.副本在物理上是分散的。

主機(jī)會(huì)對(duì)副本數(shù)進(jìn)行定時(shí)的檢查，當(dāng)副本數(shù)少于用戶定義量時(shí)，我們需要為它生成一個(gè)新的副本。副本缺失有多種原因，可能是存儲(chǔ)服務(wù)器出錯(cuò)，或者副本損壞，也可能是副本的備份因子提高了。主機(jī)服務(wù)器周期性地對(duì)副本進(jìn)行重新負(fù)載均衡：它檢查當(dāng)前的副本分布情況，然后移動(dòng)副本以便更好的利用硬盤(pán)空間，更有效的進(jìn)行負(fù)載均衡。而且在這個(gè)過(guò)程中，主機(jī)服務(wù)器逐漸的填滿一個(gè)新的存儲(chǔ)服務(wù)器，而不是在短時(shí)間內(nèi)用新的數(shù)據(jù)塊填滿它，以至于過(guò)載。新副本的存儲(chǔ)位置選擇策略和上面討論的相同。另外，主機(jī)節(jié)點(diǎn)必須選擇哪個(gè)副本要被移走。通常情況，主機(jī)節(jié)點(diǎn)移走那些剩余空間低于平均值的Chunk服務(wù)器上的副本，從而平衡系統(tǒng)整體的硬盤(pán)使用率

五、云存儲(chǔ)的發(fā)展前景

云存儲(chǔ)是大勢(shì)所趨，將來(lái)人們會(huì)像離不開(kāi)水電一樣離不開(kāi)云存儲(chǔ)。但是云存儲(chǔ)還處在初步的發(fā)展階段，還有很多的問(wèn)題急需解決。不僅需要人們思想觀念上的改變，還需要健全法制法規(guī)來(lái)規(guī)范這個(gè)方面，希望云存儲(chǔ)能像水電一樣切切實(shí)實(shí)的落實(shí)到人們的平常生活中去。

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