云計算環(huán)境下的分布存儲技術研究

摘 要：云計算是一種全新的計算模式，其在科學計算以及商業(yè)計算領域發(fā)揮的作用不可估量，當前在學術界以及企業(yè)界等都受到了非常廣泛的關注。云計算環(huán)境下的分布存儲技術整體而言，它研究的主要內容是在數(shù)據(jù)中心上對于數(shù)據(jù)的相關管理和組織，是云計算環(huán)境的核心內容和最基礎設施。通常來說，數(shù)據(jù)中心是由上百萬級別的節(jié)點綜合組成的，因此這也就自然造成了數(shù)據(jù)失效的經(jīng)常發(fā)生，這就對云計算的推廣和應用造成了向大限度的限制，基于上述一些層面，對于云計算環(huán)境下的分布存儲技術進行研究意義重大。

關鍵詞：云計算；分布存儲技術；數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP333

隨著信息技術的飛速發(fā)展，社會和科學也已不可估量的速度飛速行進著，與此同時，在各行各業(yè)中不斷推進和廣泛應用的信息化向信息技術發(fā)出了更新一輪的巨大挑戰(zhàn)，對信息技術向前發(fā)展起到了促進作用。云計算隨著存儲、通信技術以及計算等的發(fā)展而出現(xiàn)并得以廣泛應用，使得用戶能夠更便捷、適時地訪問云服務提供商提供的信息資源，整體來說，云計算同時具備著高可靠性、虛擬化、超大規(guī)模、價格低廉等特性，極大程度上滿足了海量數(shù)據(jù)存儲要求。在這一環(huán)境下的分布存儲技術作為云計算的基礎，雖然功能強大，然而從當前形勢看來，它面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因此需要不斷地做出分析和研究。

1 云計算技術

云計算是一種為了能夠更好地滿足相當數(shù)量的數(shù)據(jù)信息的計算以及存儲等相關服務，同時跟隨當下形勢呈現(xiàn)出非常流行趨勢的通信技術而產(chǎn)生的新型的、能夠為各行各業(yè)進行分享基本數(shù)據(jù)資源的一種計算模型。云計算服務提供商基本上是不參與相關流程的，云計算機能夠保證用戶實現(xiàn)隨時、便捷且放百度呢存儲服務、訪問網(wǎng)絡服務、計算服務等一系列資源。源頭上看來，云計算服務提供商是將龐大的數(shù)據(jù)節(jié)點以及相關網(wǎng)絡設備進行科學有效的有機結合，繼而就可以形成一個或者是一些具與一定規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，進而由這一數(shù)據(jù)中心向有所需的用戶提供到他們需要的服務，最大程度上滿足了用戶的使用要求。

關于云計算這一方面做出的相關研究表明，云計算具有最為顯著的屬性包括高穩(wěn)定性、可擴展性以及規(guī)模超大燈，因此就可以在相應的環(huán)境下很好地實現(xiàn)龐大數(shù)據(jù)信息的存儲操作，存儲的位置多為不同數(shù)據(jù)中心的不同節(jié)點之上，即存儲在這些節(jié)點之上的數(shù)據(jù)信息都是透明的、共享的，因此一旦用戶有哪一方面的需求，只需通過云計算服務提供商提供出的數(shù)據(jù)訪問接口就可以滿足自己需求，獲取到其中心內部存儲的數(shù)據(jù)信息。然而當前看來，基于云計算環(huán)境的分布存儲技術顯然也是遇到了一些巨大的挑戰(zhàn)，云計算數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)信息的規(guī)模是非常可觀的，無疑會為數(shù)據(jù)中心的相關有效成本費用、容錯性以及可擴展性等方面帶來挑戰(zhàn)，需要我們不斷地做出分析研究。

2 云計算環(huán)境下的分布存儲技術

2.1 可擴展性研究

經(jīng)濟發(fā)展迅速的今天，在各行各業(yè)都會應用到數(shù)據(jù)信息處理技術以及計算機技術、通信技術等對相關數(shù)據(jù)做出一定的有效處理，當下看來，海量信息顯然單靠計算機無法滿足其處理操作，類似存儲、計算等，這一背景下，基于云計算環(huán)境的分布存儲技術研究應運而生，首先研究其可擴展性。研究之前先分析傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲計算，其通過冗余的磁盤實現(xiàn)相關要求，那種采取與流行時進行提高數(shù)據(jù)存儲可擴展性的方式雖然確實實用了一定時間，它在一定程度上實現(xiàn)滿足了數(shù)據(jù)的存儲空間，只是基于云計算之中的龐大的海量的數(shù)據(jù)節(jié)點，其存儲的數(shù)據(jù)規(guī)模以及相關數(shù)據(jù)中心的規(guī)模仍然處在不斷擴大的趨勢之上，不斷增長的需求存儲容量顯然不能由磁盤預留方式來實現(xiàn)了。因此，云計算環(huán)境下的分布存儲技術又到達了一個致高點。云服務提供商的數(shù)據(jù)中心不可能采取冗余磁盤預留的方式來擴展存儲空間，并且它也不可能在建立之初將所有的操作都完完全全規(guī)劃好，譬如說谷歌當前看來，已經(jīng)在全球的數(shù)據(jù)中心就有36個，并且每一個數(shù)據(jù)中西所包含的計算機節(jié)點達到了數(shù)百萬個；再譬如微軟的數(shù)據(jù)中心，對外宣稱其將會在全球建設多余二十個數(shù)據(jù)中心，同時在九月份已經(jīng)在芝加哥形成了全球最大的模塊化數(shù)據(jù)中心，其中包含了二百二十多個集裝箱，同時每一個集裝箱中機器數(shù)都在兩千作用，其服務器還會以十四個月為周期進行成倍增長，趕超摩爾定律增長速度，因此，基于數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡可擴展性進行研究意義十分重大，以期能夠適應當下不斷增長、擴展的應用需求。

2.2 容錯性研究

云計算提供商僅僅依靠傳統(tǒng)的提高容錯性的方法進行操作顯然滿足不了當下的需求，這是因為傳統(tǒng)的容錯性提高辦法是經(jīng)由高性能的服務器、RAID技術或者是專用的存儲設備來進行相關操作，完成這一內容的成本十分高昂，根本無法滿足現(xiàn)今云計算提供商的要求，除上述之外云計算之中龐大的節(jié)點以及數(shù)據(jù)規(guī)模注定了極高的失效概率。在云計算這一大環(huán)境下，操作失效非常常見。譬如在谷歌公司中，就曾在零六年做出過一份報告，即在云計算環(huán)境的分布存儲技術的數(shù)據(jù)中心內部，平均每一個Map Reduce作業(yè)的運行過程之中就包含了五個失效的節(jié)點；每一個擁有著四千個節(jié)點金星運行的Map Reduce作業(yè)的相關數(shù)據(jù)中心中，幾乎平均六個小時中就有一個小時的磁盤失效時間，這無疑會給云服務的提供商和資源應用者帶來不同程度的麻煩和損失。除了上述之外，還有很多情形下會造成失效的結果。總而言之，云計算環(huán)境下分布存儲的頻頻失效必將帶來不同程度上的損失，其程度不可估量，因此當下而言，容錯成為云計算環(huán)境之下分布存儲所面臨的一項巨大挑戰(zhàn)，同時其亟待解決。關于云計算環(huán)境下的分布存儲，想要更為徹底有效科學的提高其容錯性，單研究節(jié)點之間的相互關聯(lián)關系，以提高在屋里拓撲結構上的容錯性是遠遠不夠的，與此同時，必須同時研究在節(jié)點上存儲著的數(shù)據(jù)的相關組織和管理操作，以提高數(shù)據(jù)容錯性，達到最終目的。

2.3 成本控制方面

云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲技術之所以需要在成本控制方面做出一定的研究，是因為傳統(tǒng)的分布存儲所需要管理組織的節(jié)點和數(shù)據(jù)的規(guī)模都非常顯，能耗相對也自然比較小，同時于企業(yè)而言，低消耗下他們是愿意通過成本輸入來交換可靠性能以及效率的。然而，在云計算環(huán)境下的分布存儲，其能耗是非常大的，同時為了使設備處在正常運轉的狀態(tài)之下，能耗還要增加很大一部分。在24*7的運行模式下，在數(shù)據(jù)中心的存儲開銷中非常重要的一個組成部分就是能耗。曾有研究人員作出相關研究發(fā)現(xiàn)，基本上每一臺服務器四年的能耗與其相關硬件的成本不相上下，而且一旦能耗有所降低，在很大程度上還可以提高磁盤等一些硬件設備的運行壽命，這些都會大幅縮減整個數(shù)據(jù)中心的成本，因此就可以說，當下云計算環(huán)境下的分布存儲面臨的又一大挑戰(zhàn)就是如何降低能耗進而降低成本，相繼會產(chǎn)生的優(yōu)良效果就是能源得到節(jié)約，環(huán)境得到保護。總而言之，云計算環(huán)境下的分布存儲需要研究的重大內容即盡可能多角度的對設備的制冷消耗進行研究，從而期望在更大程度上降低云計算的成本費用。

3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡構件技術

3.1 以服務器為中心

之所以會研究到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡構件技術，是因為數(shù)據(jù)中心是使得云計算得以正常運行的基礎所在，通常來說，它主要的包括著兩個部分，分別是軟件和硬件，軟件即數(shù)據(jù)中心提供出服務時所應用到的軟件；硬件即數(shù)據(jù)中心的相關計算機設備以及支撐系統(tǒng)的一些基礎設施。以服務器為中心的結構，主要即是在每一個數(shù)據(jù)中心的相關服務中都會安裝網(wǎng)卡，且數(shù)量較大，然后運用網(wǎng)線把網(wǎng)卡和服務器進行連接，繼而成為一個完整的網(wǎng)絡整體，這樣做的目的之一是增大數(shù)據(jù)中心的存儲功能。以服務器為中心的結構在結構的組成以及線路的連接兩個方面都比較簡單，從而達到確保網(wǎng)絡底層與服務器之間的有效數(shù)據(jù)交互，當前看來還有功能更甚強大的路由算法，然而這一結構自身也存在著一定的不足，即由于數(shù)據(jù)信息會占據(jù)相當大的服務器計算資源，就會導致存在一些鏈路無法實現(xiàn)功能，繼而使得服務器的數(shù)據(jù)壓力更大，服務器的計算速率自然受到一定程度的影響，成本的費用以及功能的損失兩方面來說都產(chǎn)生了一定的消極影響。

3.2 以交換機為中心

以交換機為中心的網(wǎng)絡構件結構其實最主要就是對于交換機的應用，交換機將每一個服務器的數(shù)據(jù)中心有效地連接，再通過交換機進行數(shù)據(jù)包轉發(fā)，當然，云計算環(huán)境下的分布存儲，相關的服務器負責的功能有所不同，其只是對于數(shù)據(jù)信息的存儲以及處理負責。通常以交換機為中心的網(wǎng)絡構件被交換機分成了三層，最為主要的分別是核心層、邊緣層以及聚合層。云計算環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心中，經(jīng)由交換機作為中心的網(wǎng)絡構件結構具有的優(yōu)點有操作簡便，穩(wěn)定高效，同時還可以通過交換機的應用實現(xiàn)一些擴展功能，然而，這一結構也存在著一些難以避免的缺陷，比如由于交換機的使用，導致整個數(shù)據(jù)中心的操作具有不夠良好的靈活性、較低的服務器利用效率以及交換機資源的浪費等，通常而言，這一結構在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡構件中應用較多。

3.3 混合模式

混合模式顧名思義就是將上述兩種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡結構進行有機的結合，進而形成一種功能上更加強大，實現(xiàn)互補的新型結構。在混合模式的結構中，主要是將交換機作為將服務器進行連接的節(jié)點，同時配合安裝在服務器中的多個網(wǎng)卡，除此之外，混合模式的網(wǎng)絡結構中實現(xiàn)了特定場景下的網(wǎng)絡結構，它綜合上述兩種結構的優(yōu)勢，因此比其更加的靈活自由，同等性能的條件下，對于數(shù)據(jù)中心的成本而言有一定的降低功能。

4 結束語

總而言之，云計算中龐大的數(shù)據(jù)節(jié)點以及相關的網(wǎng)絡設備進行有效的有機結合，進而就形成了一個或者是一些較為大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心點，從而達到向用戶提供一些基本性質的服務，使得客戶的使用需求得到滿足。總而言之，云計算環(huán)境下的分布存儲技術使得龐大的數(shù)據(jù)信息得以存儲，存儲位置即為數(shù)據(jù)中心內部中的眾多節(jié)點中的不同節(jié)點之上，更為甚者會存儲到在不同數(shù)據(jù)中心的不同節(jié)點上。整體來說，基于云計算環(huán)境的分布存儲技術它所研究的主要內容即上述內容，如何實現(xiàn)有效地組織和管理在數(shù)據(jù)中心中進行存儲的大量數(shù)據(jù)信息。

參考文獻：

[1]陳全，鄧倩妮.云計算及其關鍵技術[J].計算機應用，2009（09）：56-57.

[2]張莉.淺談云計算技術國內發(fā)展現(xiàn)狀[J].計算機光盤軟件與應用，2012（23）：78-79.

[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（23）：32-33.

作者簡介：李娟（1981-），女，河南許昌人，實驗室，本科，研究方向：計算機。

作者單位：許昌學院，河南許昌 461000