一种金字塔存储算法在云计算数据库中的应用研究

摘 要：伴随着云计算的出现，传统数据库的存储功能已不适合云端下的服务操作要求。在分析了目前的云数据库的架构及数据库的组成形式后，采用树型数据库的方式作为云计算数据库组织方式。然后在原有的金字塔中的瓦片存储算法的基础上，利用探测法思想对其进行改进。通过仿真实验证明改进后的算法在数据存储上缩短了时间，提高了效率，为云计算下的数据库其他操作提供了较好的访问基础。

关键词：云计算；金字塔算法；树型服务器

引言

伴随着互联网技术的不断发展，云计算受到人们广泛关注，应用领域也在不断扩大，人们希望降低设备投入与管理成本，但又需要具有可伸缩的扩展性高的服务商提供服务，如何高效存储和管理企业的庞大数据成为数据库服务的问题。云计算服务器概念的提出满足了这方面的需求。它是一种很好的解决方案，将数据迁入到云服务中，通过云存储的方式可以更好的满足数据信息存储的要求。

文章在云服务的数据存储方式中，采用树型数据库进行数据存储，同时在金字塔模型的瓦片思想的基础上对存储算法进行了改进，通过实验证明，这种改进后算法能够在树型数据库中缩小数据存储的时间，同时为数据库中的其他操作提供基础。

1 云计算数据库

云计算数据库的构架共分为三层。第一层为应用层，负责向用户提供服务SDK和OSS机制。第二层是服务层，负责向应用层提供服务，第三层为数据存储层，提供数据物理的存储。

应用层中SDK主要解决对象和关系型数据的映射关系，根据应用程序的对象类，自动生成关系型结构和索引。OSS机制本质就是Web服务的组合，主要是对服务层进行封装，为应用层提供安全服务、数据服务等。服务层主要是由分布服务层和应用服务层组成，分布服务层采用主节点和子节点的组成方式，当主节点和子节点运行程序的时候，主节点接受来自应用服务层的查询，并将结果返回应用服务层，应用服务层主要来自应用层的OSS的请求和来自数据存储层的检索请求。数据存储层是由程序和数据库实例组成，其主要功能是存储数据和处理数据的操作。数据存储层可以采用物理机或者虚拟机。数据库实例用来存储和处理数据的要求。

云计算平台下使用关系型数据库来进行存储，与原来的本地数据库存储方式不同，这是因为云计算下的服务器承受来自不同用户的数据访问要求，这些用户所需要的数据可能具有异构性，在云计算中要满足大量来自应用层的客户数据存储和访问的要求，这些需要满足实时性高的要求。

2 一种金字塔云数据库算法

金字塔模型是使用在影像数据管理中的一种有效模型，其利用多分辨金字塔模型和影像分块技术，对原始图像进行分层，再对每层进行分块，这样可提高数据的存储率。使用MapReduce思想来提高影像金字塔的构建和查询速度。金字塔模型在云数据库中数据存储会消耗较长时间，不利于云服务中数据的存储，并对数据的查询和修改产生影响。

2.1 金字塔瓦片描述

金字塔模型采用瓦片来进行数据的存储描述，瓦片采用坐标（level，tx，ty）来进行标识，其中level表示瓦片所在的层，tx标识瓦片所在行，ty标识瓦片所在列。文章将这个概念应用到云服务数据库中进行数据描述。假设在第N层上有row行和col列，则一共有row*col个瓦片。对每一个瓦片采用从上到下，从左到右定义为（leveli，txi，tyi），其中leveli表示第i个瓦片所在的层数，txi表示第i个瓦片的横坐标，tyi表示第i个瓦片的纵坐标。

2.2 改进型的瓦片层间的映射方法

根据分层分块原则，第N层上一个瓦片对应着第N+1层上的有且仅有的4个瓦片，为了能够显示瓦片，提高数据存储的最大利用率，文章采用探测式的瓦片存储方式，步骤如下：

（1）对节点个数进行判断，如果是奇数个节点，进行节点个数+1，否则就不变。

（2）根据瓦片编码原则，将瓦片分布在不同的位置上。

（3）采用探测的方式，当前的数据节点进行选择瓦片，瓦片的编号（numx+ky）%（numtotal+i）i∈（0，3）。其中，numx为瓦片编号，ky为数据点编号，numtotal为瓦片总个数。

（4）当出现一次选择的瓦片数与前面相同时，自动将后一次选择的瓦片数自动往后移动一个，直至空位置为止。

3 实验分析

文章以学校为例，将局域网中分布位置不同的4台PC机作为客户端模拟云计算中的客户端，设置一台服务器在模拟云计算的服务器，采用CloudSim平台，采用3.0GHZ的酷睿CPU和2GDDR3，Windows xp操作系统。

4 结束语

文章在研究了目前云计算服务架构的基础上，通过引入树型数据库来进一步优化数据的存储问题，通过引入金字塔模型中的瓦片思想，对其进行了改进，通过仿真实验表明，改进后的算法能够较好的解决数据存储的问题，对于提高网络使用效率，增加网络运营都具有一定的参考价值。

参考文献

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作者简介：石锋（1971，5-），男，陕西澄城，西北工业大学本科毕业，西安航空学院工作，副教授，专业方向：软件技术。