云计算环境下的分布存储关键技术

宋国平 邱 阳

(吉林广播电视大学，吉林 长春 130022；吉林省计算中心，吉林 长春 130000)

前言：随着科学技术的进步，计算机技术也得到了较快的发展，也在一定程度上促进了其它行业的发展，同时各行业的发展也给了计算机的发展带来了一定的动力。云计算是计算机发展的一种新型的计算模式，它的稳定性、可靠性、安全性促进了它的广泛应用。本文从云计算分布存储技术的产生背景、结构以及关键技术进行分析，希望为促进计算机云计算的发展提供一定的参考价值。

一、云计算的概述和产生背景

1、云计算的概述

云计算指的是可以提供大量数据以及信息的计算与存储的服务，也是随着科技的发展形成的一种新型的计算模式，它可以为用户提供方便、安全、可靠的存储以及计算等服务。云计算可以结合数据节点和网络设备，并且建立一个或者多个大型的数据中心，这样就可以为用户提供基本的服务，并且可以满足用户的要求。云计算是将大量的数据存储在数据中心的不同节点上，也有的被存储在不同中心的不同节点上。并且数据信息的存储位置对于使用用户提供的服务是共享和透明的，用户在使用云计算时只需要提供访问接口，就可以读取数据中心的数据信息。云计算存储可以为用户提供安全可靠的服务，也为用户提供了更多的方便，也在一定程度上减少了用户的成本费用，用户可以根据自身的需求进行数据的存储。由于云计算所存储的数据信息大，给存储技术以及成本费用都具有一定的难度。

2、云计算环境下的分布存储技术的产生背景

随着信息时代的快速发展，计算机也广泛应用到各个行业中，同时存储的数据量也逐渐增加。但是随着数据的增加，原有的计算机中的计算模式已经不能满足社会的需求，云计算的产生正是计算机发展的必然趋势，也解决了数据计算和存储等方面的需求。云计算对于数据的分布与存储技术是根据用户自身的需求对计算机的存储系统进行分析，然后用户根据自身的需求进行购买互联网上的存储空间。云计算的存储，数据被存储在数据中心的各个节点上，然后数据中心对这些数据进行编排，并通过专门的端口将数据传达给用户。并且使用云计算最大的特点就是可以实现资源共享，更加方便了用户的使用。

二、云计算环境下的分布存储技术的结构

数据中心是云计算的重要部分，也是保证计算机云计算正常运转的核心基础，主要包括两个方面分别是硬件和软件。硬件是数据中心的基本设施，主要包括支撑系统和计算机设备，而软件指的是为数据中心提供的服务以及安装程序。数据中心节点的结构与数据中心的可靠性和效率有着密切的关联，这样可以有效的与数据中心的设备和服务器进行连接，这样就可以为服务器提供有效的接口，根据数据中心中节点类型的不同，可以将数据中心的结构模式分为以下三种。

1、以交换机为中心的结构

云计算计算模式出现之前，计算机大都使用交换机作为数据中心，也就是将交换机是网络体系和数据中心的连接纽带，将交换机和服务器的连接可以使数据进行相互转发，并且这其中服务器也相当于一个存储设备，可以作为一个数据中心对信息数据等进行存储和读取。而交换机主要采取树形结构进行数据的存储，主要包括聚合层、边缘层以及核心层等三个部分，这样的结构具有操作简单、连接以及扩展等特点。但是存储容量不大，难以满足计算机用户的需求，因此在操作过程中的存储效率以及操作性都有很大的提升空间，交换机的中心网络架构如图1所示。

图1 典型的分层树形数据中心网络结构

2、以服务器的核心结构

与服务器为核心结构与传统的分层树形数据中心网络结构不同，用户可以将计算机服务器连接到互联网设备上。服务器的主要任务就是将互联网上的数据进行有效的转发，这种方式的存储结构具有简单操作的特点，但是这种方式对于数据存储空间具有一定的要求，增加了数据存储的困难，且占用的服务器的资源较大，也增加了服务器的负载压力，也因此降低了服务器的计算效率，以服务器为中心的网络结构如图2所示。

图2 以服务器为中心的网络结构

3、混合结构

混合结构指的是以交换机为中心和以服务器为中心的两种结构的混合，这种混合结构主要利用了服务器网络结构的连接节点，并且利用服务器安装了多个网卡，从而保证服务器可以参与到数据的转发功能中，这种混合结构能够更加自由灵活，也更适用于特定的网络结构，这样也降低了网络存储的成本。

三、云计算计算下的分布存储的关键技术

1、数据容错技术

云计算环境中分布存储的关键技术之一便是数据容错技术，数据容错技术指的是在系统运行过程中出现错误时仍能继续提供数据服务，利用数据的容错技术可以提升系统的应用和可靠性，并且也增加了数据的访问次数。目前常用的数据容错技术主要包括两种容错技术，分别是纠删码容错技术和复制容错技术。

（1）纠删码容错技术

编码容错技术指的是将多个数据对象进行编码，形成编码数据对象，从而实现存储空间的降低。而纠删码容错技术是一类编码技术，主要用于信道传输，并且可以允许数据块的丢失，同时也在存储领域得到广泛应用，从而使纠删码容错技术成为最常用的容错技术。纠删码容错技术可以将数据块信息进行信息冗余，这样可以有效的减少数据的存储空间，但是这项技术也存在一定的缺点，在数据存储方面大于失效数据的大小，这样就增加了一定的成本。

（2）复制容错技术

复制容错技术指的在一个数据对象中创建多个模块，并将信息分布到多个存储节点。在数据对象失效后，可以利用其它数据块获得同样的数据，这样保证了数据存储的安全性，对于复制容错技术主要包括两个方面，分别是数据复制策略和数据组织结构。同时复制容错技术具有简单直观的特点，增加了数据的读取速度，这也推动了云计算在各个领域中的广泛应用。但是这样的复制容错技术对于数据的存储空间的要求较高，增加了存储的困难。

2、节能技术

在云计算中，数据存储是计算机中重要的组成部分，也是计算机的提供计算和服务的基础。但是存储系统的消耗占到数据中心的40%以上，因此对于存储技术的节能技术的研究具有重要意义。对于节能技术可以分为硬件节能和软件节能两类，本文将对这两类节能技术机型进行简单概述。

（1）硬件节能技术

硬件节能技术主要包括两种主要技术，一种是利用低性能和低能耗的设备代替高性能和高能耗的硬件设备，这主要是从数据中心这一方面考虑的；另一种是从计算机的整体部件方面考虑，采用一种新型的体系结构，从而实现计算机数据存储能耗的降低。

（2）软件节能技术

软件节能技术是要在不降低系统性能的基础上，降低存储数据中心的消耗。节点管理和数据管理是软件节能技术的两个重点方面。节点管理是指利用存储中心的节点和磁盘进行选择性应用，进而关闭剩余节点和磁盘，减少存储空间的消耗；数据管理技术主要包括动态数据的管理、静态数据的管理以及缓存预取等管理技术。

四、总结

云计算环境下的计算模式是一种新型的计算模式，更能满足当今用户的要求，云计算将数据和计算机设备进行了有效的结合，建立了庞大的数据中心，为用户提供方便、快捷、安全、可靠的服务，这些特点也促进了云计算环境下的分布存储在各个行业的广泛应用。本文从云计算产生的背景、云计算分布存储的网络结构以及关键技术等方面进行概述，以期为云计算的发展提供参考性价值。

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