云計(jì)算環(huán)境下的存儲(chǔ)技術(shù)研究

傅明麗

（貴州師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550001）

1 云技術(shù)技術(shù)的定義

對(duì)于云計(jì)算的定義一直以來(lái)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，狹義的云計(jì)算指的是廠商通過(guò)分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級(jí)計(jì)算機(jī)，以免費(fèi)或按需租用方式向技術(shù)開(kāi)發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析以及科學(xué)計(jì)算等服務(wù)。廣義的云計(jì)算指廠商通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群，向各種不同類型客戶提供在線軟件服務(wù)、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算分析等不同類型的服務(wù)。通俗來(lái)講，云計(jì)算是將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟硬件服務(wù)[1]。

從不同的方面，對(duì)云計(jì)算有不同的理解，從資源方面講，云相當(dāng)于無(wú)限的軟硬件資源，可以隨時(shí)擴(kuò)展，隨時(shí)隨地被訪問(wèn)。從用戶的角度看，用戶可以借助于各種智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、按需使用軟硬件資源，從提供的服務(wù)來(lái)看，云計(jì)算技術(shù)是計(jì)算系統(tǒng)的公用事業(yè)化，像使用水電一樣使用軟硬件資源。

2 云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生

云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生是受“電廠”模式的啟發(fā)，“電廠”模式即為電廠集中供電模式，我們每天都用電，但是我們不是必須自己購(gòu)買發(fā)電機(jī)去發(fā)電，同理，我們每天都喝水，但是不需要我們自己去打井，而是來(lái)自自來(lái)水公司的水。云計(jì)算技術(shù)是一個(gè)公用事業(yè)的概念，就是將主要的計(jì)算資源都集中到公共的云計(jì)算中心，并且遵守公開(kāi)的協(xié)議，類似于電力的220v/110v和通信的7號(hào)信令，企業(yè)和個(gè)人都能非常方便的使用[2]。這種模式因?yàn)樵谝?guī)模上面有極大的優(yōu)勢(shì)，使得其運(yùn)營(yíng)成本非常低，而且因?yàn)橹饕杀緡?guó)大型的電信企業(yè)運(yùn)營(yíng)，使得它們能得到用戶充分地信任。云計(jì)算機(jī)技術(shù)改變了人們的使用觀念，由原來(lái)的直接購(gòu)買軟硬件變?yōu)榘葱栀?gòu)買服務(wù)，減輕了個(gè)人維護(hù)軟硬件資源的開(kāi)銷，也可以按需定制自己的私有云服務(wù)。

3 云計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)狀

云計(jì)算技術(shù)受到各大IT巨頭的青睞，Amazon、Google、IBM等各大公司推出自己的云計(jì)劃和云產(chǎn)品。例如Amazon使用彈性計(jì)算云（EC2）和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（S3）為企業(yè)提供計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)。Google組建了超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器提供了功能強(qiáng)大的搜索引擎服務(wù)。IBM推出了“藍(lán)云”計(jì)算平臺(tái)，為客戶帶來(lái)即買即用的云計(jì)算平臺(tái)，微軟也推出了windows Azure操作系統(tǒng)。

4 云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系構(gòu)建

4.1 服務(wù)器架構(gòu)

云存儲(chǔ)體系構(gòu)建之前，應(yīng)當(dāng)先構(gòu)建云存儲(chǔ)服務(wù)器架構(gòu)，它是云計(jì)算IAAS中重要組成部分，可通過(guò)多樣化的架構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)的是附網(wǎng)存儲(chǔ)（NAS）以及存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）。NAS屬于分布式架構(gòu)系統(tǒng)的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，是一種松散結(jié)合型集群，實(shí)踐中可有效滿足以云存儲(chǔ)為主體的環(huán)境要求，而且在該系統(tǒng)集群中，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體。在此系統(tǒng)中，最小單位即為文件。當(dāng)文件被保存在該集群之中時(shí)，其數(shù)據(jù)信息會(huì)被有效地保存在集群中的特定節(jié)點(diǎn)上，雖然文件副本很多，也可能會(huì)被重新定位到另外的節(jié)點(diǎn)上，從而形成冗余，但該節(jié)點(diǎn)提供的文件單實(shí)例卻是唯一的。

實(shí)踐中可以看到，SAN為集群架構(gòu)塊存儲(chǔ)系統(tǒng)的一種，即為緊密結(jié)合型集群系統(tǒng)。當(dāng)文件請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)訪問(wèn)該文件中的不同數(shù)據(jù)塊，并對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)的處理。

4.2 主要服務(wù)

4.2.1 云服務(wù)

云計(jì)算的主要服務(wù)形式有：SaaS(Software as a Service)，PaaS(Platform as a Service)，IaaS(Infrastructure as a Service)。

4.2.2 基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）

IaaS提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力整合成一個(gè)虛擬的資源池提供硬件相關(guān)服務(wù)，例如：Amazon租用虛擬服務(wù)器（AWS）就是基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。IaaS的優(yōu)點(diǎn)是用戶不需要考慮硬件上的開(kāi)銷和維護(hù)，降低了硬件成本，只需要按需租用第三方提供的硬件設(shè)備。

4.2.3 平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)

PaaS服務(wù)商將開(kāi)發(fā)平臺(tái)和服務(wù)器平臺(tái)等資源提供給用戶，用戶根據(jù)自己的需要在平臺(tái)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的平臺(tái)，PaaS實(shí)質(zhì)上是將Internet上的資源作為可編程接口提供給用戶，這種服務(wù)完全顛覆了用戶自己搭建、部署、運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)平臺(tái)的觀念，用戶獲得了更多的可編程資源，為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了便利，提高了開(kāi)發(fā)效率，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。

4.2.4 軟件即服務(wù)(SaaS)

SaaS是指服務(wù)商向用戶提供應(yīng)用軟件服務(wù)或者提供訂制應(yīng)用軟件服務(wù)。用戶只需要接入Internet，可隨時(shí)隨地通過(guò)瀏覽器接入遠(yuǎn)程服務(wù)器使用軟件，用戶無(wú)需下載安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件，比如：Zoho office、Google Apps等屬于SaaS服務(wù)。這就減輕了用戶對(duì)軟件人力、財(cái)力上的維護(hù)費(fèi)用，特別是對(duì)于對(duì)硬件需求比較高的軟件，避免了用戶對(duì)硬件的顧慮。目前Salesforce.com是提供SaaS服務(wù)最有名的公司。

4.3 核心技術(shù)

云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化、負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。其主要技術(shù)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

4.3.1 海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的挖掘

云存儲(chǔ)將網(wǎng)絡(luò)中各種存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件連接起來(lái)協(xié)同工作，向外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)業(yè)務(wù)，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成的集合上，采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行管理。具體來(lái)說(shuō)。主要是Google的BT(BigTable)數(shù)據(jù)管理技術(shù)和Hadoop團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源數(shù)據(jù)管理模塊HBase[3]。

4.3.2 分布式處理技術(shù)

云計(jì)算平臺(tái)包括了大量的服務(wù)器，在服務(wù)器集群中包括了一個(gè)主服務(wù)器和大量從屬服務(wù)器，主服務(wù)器和大量從服務(wù)器相互協(xié)調(diào)進(jìn)行工作，使用戶只需登錄到一臺(tái)服務(wù)器上，就能實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)服務(wù)器集群中的資源，并且能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，保證大量用戶隨時(shí)隨地高速的訪問(wèn)和使用云平臺(tái)中的資源。

4.3.3 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)包括存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化，通過(guò)虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)底層硬件資源和軟件的相分離[4]，采用虛擬資源的聚合和裂分模式進(jìn)行資源的管理，使用戶只要登錄到云技術(shù)平臺(tái)，不但像操作本地機(jī)器的一樣訪問(wèn)資源，并且保證了資源訪問(wèn)的高速、實(shí)時(shí)、可靠性。

5 云計(jì)算技術(shù)發(fā)展的制約因素

5.1 數(shù)據(jù)的安全和隱私的保護(hù)

云計(jì)算技術(shù)在提供了發(fā)展平臺(tái)的同時(shí)，數(shù)據(jù)的安全和隱私的保護(hù)方面將是面臨的最大隱患。大量的公共信息資源分布在多個(gè)服務(wù)器上，加大了云計(jì)算平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)。因此對(duì)于云計(jì)算使用者和服務(wù)者提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，是影響云計(jì)算平臺(tái)安全性的關(guān)鍵因素。針對(duì)這一問(wèn)題，我們就要采用先進(jìn)的信息安全技術(shù)來(lái)保證信息共享的安全性。另外，國(guó)家要建立健全相關(guān)的法律法規(guī)體系，對(duì)于泄露隱私的人，要受到相應(yīng)的懲罰，甚至要受到法律的制裁。

5.2 云計(jì)算平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的不一致

云計(jì)算現(xiàn)在還處于發(fā)展期，在相關(guān)領(lǐng)域還沒(méi)有完全形成統(tǒng)一的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)不一致，云計(jì)算平臺(tái)很難進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)展和應(yīng)用。一方面，云計(jì)算技術(shù)自身沒(méi)有建立和形成一致的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不利于用戶的認(rèn)可和推廣[5]。另一方面，云計(jì)算技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域也沒(méi)有形成共同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)規(guī)范，在行業(yè)的信息化管理系統(tǒng)中，軟件公司根據(jù)不同的情況設(shè)置不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，制約了云計(jì)算平臺(tái)的擴(kuò)展和完善，使軟件公司開(kāi)發(fā)的軟件無(wú)法聚合到云計(jì)算平臺(tái)中，難以形成城市化的云服務(wù)器集群。使云計(jì)算平臺(tái)在規(guī)范化和產(chǎn)業(yè)化面上臨著巨大阻力。

［1］李喬,鄭嘯.云計(jì)算研究現(xiàn)狀綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2011,38(4)：32-37.

［2］路高輝.基于云計(jì)算的個(gè)人學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建研究[D].河南：河南師范大學(xué),2013：1-57.

［3］劉正偉,文中領(lǐng),張海濤.云計(jì)算和云數(shù)據(jù)管理技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2012(49)：26-31.

［4］陳全,鄧倩妮.云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2009,29(9)：2562-2568.

［5］張峰.云計(jì)算應(yīng)用服務(wù)模式探討[J].信息技術(shù)與信息化,2012(2)：81-83.