云存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用

摘 要：云存儲(chǔ)是一個(gè)比較新興的應(yīng)用領(lǐng)域，目前得到了廣泛的傳播及使用。本文介紹了云存儲(chǔ)的基本含義，讓我們對(duì)云存儲(chǔ)有了大致的了解；并且將云存儲(chǔ)和其他一些傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式進(jìn)行了分析對(duì)比，了解了云存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)；然后具體分析了云存儲(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，讓我們更進(jìn)一步了解云存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)；本文還介紹了云存儲(chǔ)應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)檫@些關(guān)鍵技術(shù)是云存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能的必要基礎(chǔ)；最后介紹了云存儲(chǔ)在個(gè)人和公司企業(yè)中的應(yīng)用，以及在未來(lái)將要如何發(fā)展。本文就是從這五個(gè)方面對(duì)云存儲(chǔ)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：云存儲(chǔ)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP333

1 云存儲(chǔ)的定義

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用戶(hù)通過(guò)云計(jì)算使用存儲(chǔ)資源池，它是為了能夠讓存儲(chǔ)空間有了100%的利用率。所以說(shuō)，云存儲(chǔ)是虛擬化的且是易于擴(kuò)展的存儲(chǔ)資源地。它可以節(jié)省整體的硬件成本，并且還具有良好的可擴(kuò)展性、對(duì)用戶(hù)的透明性、按需分配的靈活性和負(fù)載的均衡性等特點(diǎn)。全球網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)工業(yè)協(xié)會(huì)（SNIA）對(duì)云存儲(chǔ)有以下定義：云存儲(chǔ)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供可配置的虛擬化的存儲(chǔ)及相關(guān)數(shù)據(jù)的服務(wù)。有中文定義云存儲(chǔ)為通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的一個(gè)系統(tǒng)。

據(jù)我們所了解，云計(jì)算云計(jì)算處理和運(yùn)算的核心是存儲(chǔ)和管理龐大的數(shù)據(jù)體時(shí)，我們就需要云存儲(chǔ)作為云計(jì)算的底部支撐，為云計(jì)算部署大批的存儲(chǔ)設(shè)備。云存儲(chǔ)通過(guò)通過(guò)多種云存儲(chǔ)技術(shù)的融合，將存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化為易擴(kuò)展、彈性、透明、具有伸縮性的存儲(chǔ)資源池，授權(quán)用戶(hù)就可以被分配到到屬于自己的資源池，這樣用戶(hù)就可以對(duì)自己的資源池進(jìn)行管理和訪問(wèn)，并且支付相關(guān)費(fèi)用。

我們今天所看到的云存儲(chǔ)是基于虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)等，將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能。這個(gè)我將在后面論述中做出詳細(xì)的分析。

圖1

2 云存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)和其他存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的對(duì)比

云存儲(chǔ)現(xiàn)在已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，被普通大眾所熟知，那么云存儲(chǔ)究竟有什么好處呢？我將從以下幾個(gè)方面為大家展開(kāi)描述：

2.1 易于管理

在以往的存儲(chǔ)系統(tǒng)管理中，不同的廠商設(shè)備都有不同的設(shè)備管理界面，而我們的管理人員還需面對(duì)不同的存儲(chǔ)設(shè)備，所以就必須要熟悉每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)及使用狀況，大大加重了管理人員的工作難度，與之相伴隨的是錯(cuò)誤率大大提升，經(jīng)常會(huì)有數(shù)據(jù)丟失或存儲(chǔ)錯(cuò)誤等情況發(fā)生，而且這些專(zhuān)業(yè)IT管理人員將會(huì)加大公司的資金成本。

在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，維護(hù)工作及系統(tǒng)的更新升級(jí)都是由云存儲(chǔ)服務(wù)提供商來(lái)完成的，這都大大降低了公司的資金成本。各種不同的存儲(chǔ)服務(wù)器，在管理人員那里都是一臺(tái)存儲(chǔ)器，管理人員只要在整體硬盤(pán)容量快要用完時(shí)采購(gòu)新服務(wù)器即可，可以通過(guò)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化界面管理各個(gè)不同的服務(wù)器，使維護(hù)工作更加便捷簡(jiǎn)單。

2.2 易于滿(mǎn)足需求

傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)資源的利用率非常低，靜態(tài)分配存儲(chǔ)資源：參考用戶(hù)的估計(jì)值對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備劃分成區(qū)或卷，以分區(qū)或卷為單位將存儲(chǔ)資源分配給用戶(hù)。由于用戶(hù)估計(jì)值的偏差或者用戶(hù)需求動(dòng)態(tài)的增減，這樣的分配方式會(huì)導(dǎo)致一部分存儲(chǔ)資源可能長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)，而且這些閑置的存儲(chǔ)資源無(wú)法提供給其他用戶(hù)[1]。

而云存儲(chǔ)是動(dòng)態(tài)的分配存儲(chǔ)資源，管理方式也相對(duì)比較具有彈性，對(duì)于某些用戶(hù)需求動(dòng)態(tài)增減導(dǎo)致的閑置資源能夠進(jìn)行回收和更好的利用。因此，對(duì)資源的利用率非常的高。另一方面，當(dāng)用戶(hù)對(duì)存儲(chǔ)資源的需求增加時(shí)，我們可以通過(guò)采購(gòu)大容量而且計(jì)算能力較強(qiáng)的服務(wù)器設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)容操作。

2.3 成本較低

我們?cè)谇懊嬉蔡岬揭恍﹤鹘y(tǒng)設(shè)備浪費(fèi)人力、物力，導(dǎo)致成本增加。在傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，企業(yè)根據(jù)信息化管理的需求，一次性投入大量資金購(gòu)置硬件設(shè)備、搭建平臺(tái)。由于人們的需求隨著時(shí)間的推移不斷地變化，然而軟件開(kāi)發(fā)需要經(jīng)過(guò)可行性分析、需求調(diào)研、軟件設(shè)計(jì)等一系列漫長(zhǎng)的過(guò)程。在這個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程中，客戶(hù)端需求有可能千變?nèi)f化，公司又必須對(duì)軟降進(jìn)行修改，這就浪費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力。

云存儲(chǔ)可以根據(jù)用戶(hù)數(shù)量和需求存儲(chǔ)的容量，進(jìn)行擴(kuò)容，這樣就可以避免一次性投資時(shí)太多的不確定性導(dǎo)致的投資成本的浪費(fèi)；而且在云存儲(chǔ)系統(tǒng)下，企業(yè)在配置了必須的終端設(shè)備接受存儲(chǔ)設(shè)備外，不需要搭建額外的平臺(tái)。因?yàn)樵拼鎯?chǔ)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、硬盤(pán)等設(shè)備的一致性沒(méi)有要求，即可以實(shí)現(xiàn)原有硬件的利舊保護(hù)投入，又可實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新設(shè)備的快速更新，合理搭配、優(yōu)化選擇和可持續(xù)發(fā)展。

3 云存儲(chǔ)的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 存儲(chǔ)層

存儲(chǔ)層位于云存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最底層，也是最基礎(chǔ)的一層，由大量的不同的存儲(chǔ)設(shè)備組成，比如：FC光纖通道存儲(chǔ)設(shè)備、NAS和iSCSI等IP存儲(chǔ)設(shè)備、SCSI或SAS等DAS存儲(chǔ)設(shè)備，彼此之間通過(guò)廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者FC光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接在一起。從大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后臺(tái)的數(shù)據(jù)組織方式來(lái)看，基于P2P構(gòu)架的數(shù)據(jù)組織需要龐大的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和復(fù)雜編碼算法保證數(shù)據(jù)可靠性；相比而言，基于多存儲(chǔ)服務(wù)器的數(shù)據(jù)組織方法能夠更好滿(mǎn)足在線存儲(chǔ)服務(wù)的應(yīng)用需求，在用戶(hù)規(guī)模較大時(shí)，構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)椴煌乩韰^(qū)域的用戶(hù)提供更好的服務(wù)質(zhì)量[2]。

3.2 基礎(chǔ)管理層

云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)管理層位于存儲(chǔ)層之上，是云存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心，用于為上層提供不同服務(wù)間公共管理的統(tǒng)一視圖。它可以利用集群、分布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問(wèn)、控制及管理功能；還能保證云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)不會(huì)被未授權(quán)的用戶(hù)訪問(wèn)；在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中，保護(hù)了數(shù)據(jù)本身的安全和穩(wěn)定；使數(shù)據(jù)占有更少的空間已經(jīng)更低的傳輸帶寬，從而提供更高效的服務(wù)。

3.3 應(yīng)用接口層

應(yīng)用接口層是云存儲(chǔ)最靈活多變的部分。不同的云存儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)單位可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)類(lèi)型，開(kāi)發(fā)不同的應(yīng)用服務(wù)接口，提供不同的應(yīng)用服務(wù)。比如視頻監(jiān)控應(yīng)用平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)引用平臺(tái)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份應(yīng)用平臺(tái)等[3]。還有其他一些相應(yīng)的服務(wù)，比如說(shuō)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)、空間租賃服務(wù)、公共資源服務(wù)、多用戶(hù)數(shù)據(jù)共享服務(wù)、數(shù)據(jù)備份服務(wù)等。

3.4 訪問(wèn)層

訪問(wèn)層位于云存儲(chǔ)系統(tǒng)的最頂層，這是一個(gè)面向所以授權(quán)用戶(hù)的平臺(tái)，所有的授權(quán)用戶(hù)都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的公用應(yīng)用接口來(lái)登陸云存儲(chǔ)系統(tǒng)，享受云存儲(chǔ)提供的服務(wù)，體會(huì)云存儲(chǔ)帶來(lái)的方便。服務(wù)層的構(gòu)建一般是建立在追求友好化、簡(jiǎn)便化、實(shí)用化原則基礎(chǔ)上的。云存儲(chǔ)提供的訪問(wèn)類(lèi)型和訪問(wèn)手段會(huì)因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)單位不同而不同，比如：個(gè)人空間服務(wù)、Blog；企業(yè)公司數(shù)據(jù)備份；實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

圖2 云存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 云存儲(chǔ)中的關(guān)鍵技術(shù)

我們由云存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，云存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)多設(shè)備、多應(yīng)用、多服務(wù)協(xié)同工作的集合體，這就需要大量的技術(shù)作為基礎(chǔ)，所以我們就云存儲(chǔ)中運(yùn)用到的技術(shù)作一分析。

4.1 寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

云存儲(chǔ)發(fā)展到今天，已經(jīng)不再淡出是一臺(tái)獨(dú)立私有的存儲(chǔ)設(shè)備，真正的云存儲(chǔ)系統(tǒng)將會(huì)是一個(gè)多區(qū)域分布、遍布全球的龐大公用系統(tǒng)，使用者需要通過(guò)ADSL、DDN等帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)的接入設(shè)備的連接。只有寬帶網(wǎng)絡(luò)得到充分的發(fā)展，才能獲取足夠的數(shù)據(jù)帶寬，實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的傳輸，這樣使用者才可以真正的享受到所以云存儲(chǔ)貼心的服務(wù)。所以說(shuō)這一技術(shù)必不可少。

4.2 Web2.0 技術(shù)

該技術(shù)的核心部分是共享，使用者只有通過(guò)Web 2.0技術(shù)才能夠通過(guò)PC、手機(jī)、移動(dòng)多媒體等多種不同的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、文檔、圖片和視音頻等數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和資料共享。Web 2.0技術(shù)的發(fā)展讓我們使用云存儲(chǔ)服務(wù)的方式更加靈活多變，讓我們得到的服務(wù)更加完美及人性化。

4.3 應(yīng)用存儲(chǔ)的發(fā)展

云存儲(chǔ)不僅僅是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，更多的是應(yīng)用服務(wù)，在存儲(chǔ)設(shè)備中集成了應(yīng)用軟件功能，可以看做是服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的集合體。應(yīng)用存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展可以大量減少云存儲(chǔ)中服務(wù)器的數(shù)量，從而降低系統(tǒng)建設(shè)成本，減少系統(tǒng)中由服務(wù)器造成的單點(diǎn)故障和性能瓶頸，減少數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)性能和效率，保證整個(gè)系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

4.4 集群技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)

眾所周知，云存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)由多種存儲(chǔ)設(shè)備，多重應(yīng)用，多種服務(wù)協(xié)同工作工作的復(fù)雜集合體。這時(shí)，就需要集群技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)作為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)多個(gè)存儲(chǔ)對(duì)外提供統(tǒng)一的服務(wù)，提供更強(qiáng)大，更完善的數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。

5 云存儲(chǔ)的一般應(yīng)用未來(lái)的發(fā)展情況

5.1 云存儲(chǔ)個(gè)人應(yīng)用

（1）網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)：是由互聯(lián)網(wǎng)公司推出的在線存儲(chǔ)服務(wù)，向用戶(hù)提供文件的存儲(chǔ)、訪問(wèn)、備份、共享等文件管理功能。用戶(hù)只需要連接到英特網(wǎng)，就可以管理、編輯網(wǎng)盤(pán)里的文件。不需要隨時(shí)攜帶，比較方便和安全。

（2）在線文檔編輯：對(duì)用戶(hù)完全免費(fèi)，支持離線編輯。可以與同事、朋友以及小組成員共享文檔，多人分工，即時(shí)協(xié)作。從桌面、Google Docs或其它地方上傳文檔，也可以下載并保存在本地。

（3）在線網(wǎng)游：這是一個(gè)龐大的建立在云存儲(chǔ)基礎(chǔ)上的游戲服務(wù)器群，不需要客戶(hù)安裝游戲客戶(hù)端。

5.2 云存儲(chǔ)企業(yè)應(yīng)用

（1）企業(yè)空間租賃服務(wù)：云存儲(chǔ)為公司提供了強(qiáng)大的云存儲(chǔ)企業(yè)應(yīng)用，用以滿(mǎn)足不斷增加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，節(jié)約成本。

（2）企業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)：因?yàn)殡S著日益增加的存儲(chǔ)需求量，我們不僅要滿(mǎn)足這一需求，還要保證數(shù)據(jù)的安全性，所以擁有完善的容災(zāi)功能對(duì)于保護(hù)我們數(shù)據(jù)池的安全性非常的重要。

（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：通過(guò)接入網(wǎng)與云存儲(chǔ)系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)將視頻圖像保存到云存儲(chǔ)中，并通過(guò)視頻監(jiān)控平臺(tái)管理軟件實(shí)現(xiàn)圖像的管理和調(diào)用。用戶(hù)不僅可以通過(guò)電視墻或PC來(lái)看圖像信號(hào)，還可以通過(guò)手機(jī)來(lái)遠(yuǎn)程觀看實(shí)時(shí)圖像[5]。

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，云存儲(chǔ)系統(tǒng)中各種技術(shù)的不斷完善與成熟，以“用戶(hù)創(chuàng)造內(nèi)容”和“分享”為精神的Web2.0推動(dòng)了全網(wǎng)域用戶(hù)對(duì)在線服務(wù)的認(rèn)知。但是云存儲(chǔ)應(yīng)該還需要在安全性、便攜性以及數(shù)據(jù)訪問(wèn)等方面進(jìn)行不斷的改進(jìn)，以達(dá)到云存儲(chǔ)的易管理、可擴(kuò)展、高效和安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛一波，易成岐.云存儲(chǔ)[J].中興通訊技術(shù)，2012（01）.

[2]ZHU B，LI K，PATTERSON H.Avoiding the Disk Bottleneck in the Data Domain File System[C]//Proceeedings of the 6th USENIX Conference on File and Storage Technologies （FAST’08），F(xiàn)eb 26-29，2008，San Jose，CA，USA.Berkeley，CA，USA：USENIX Association，2008：269-282.

[3]唐箭.云存儲(chǔ)系統(tǒng)的分析與應(yīng)用研究[J].數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理，2009（20）.

[4]張學(xué)紅，劉志芳.云存儲(chǔ)技術(shù)研究與探討[C].全國(guó)數(shù)字媒體技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)研討會(huì)論文集，中國(guó)會(huì)議.

[5]徐志飛，張飛飛.云存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專(zhuān)業(yè)版），2012（05）.

作者簡(jiǎn)介：馬琳（1993-），女，甘肅人，學(xué)生，研究方向：信息安全。

作者單位：武漢大學(xué)，武漢 430072