云计算环境下的分布存储关键技术

迟松特

（辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

0 引言

云环境下的数据运行能够为企业或者个人用户提供多样化、个性化的数据存储服务，同时具备可扩展性特点，为国民经济的发展预留了较大的空间。基于云计算的广泛应用，云存储服务出现，借助分布式文件系统、网络存储等关键性技术，其能够整合多方面的云计算资源，构建一个高效可靠的云存储系统，并面向用户开放存储服务。与传统存储技术相比，分布式存储技术能够使不同类型的存储设备协同工作，并配合数据隔离技术，为用户提供性能强大的云存储服务。分布式存储技术极大地满足了海量规模、高扩展性的数据处理需要，然而随着社会经济发展对数据处理的要求越来越高，分布式存储技术也面临新的挑战。

1 云计算环境下的分布存储关键技术概述

1.1 网络存储技术

云计算环境下分布存储关键技术的应用，需要处理快速增长的数据和信息，这就需要高性能的网络存储技术作为支撑。传统网络存储技术在应用中存在各种问题，如利用效率低、成本高、易产生“信息孤岛”等，人们急需一种效率高、成本低、可共享信息的新技术，而网络附属存储（Network Attached Storage，NAS）技术的出现正好迎合了这一需要。NAS 技术结构主要包括网络接口、数据操作系统、存储接口以及专属文件共享服务协议等［1］。在此技术架构下，通过网络接口接收用户的数据，之后由操作系统进行处理，将其转化为一个个数据块并予以分类，用户在进行特定操作后就可存储和调用数据。NAS 技术能够满足一对多、多对一的数据服务需要，极大地提高数据存储的利用效率，并简化数据存储流程，从而提高云存储的成本优势。

1.2 分布式文件系统

分布式文件系统（Distributed File System，DFS）将海量的数据分布在不同的节点存储在系统里，并基于此构建一个整体的文件存储系统，方便用户随时调用，极大地提高了分布存储技术的扩展性。DFS 技术的应用也有利于提高数据存储的安全性，当个别节点的存储设备发生故障时，其他节点的存储设备能够进行数据恢复，避免数据丢失，从而保证整个云存储系统顺利运行。

1.3 P2P 存储技术

P2P 存储（Peer-to-Peer Storage）技术充分结合了计算机网络和分布式系统的优势，并解决了传统分布式存储技术将服务器与用户端分离的问题，使各个节点的存储设备都处于平等的地位，突破了角色的限制，提高了存储资源的利用效率，能够最大限度满足网络数据和资源共享需求。同时，P2P 存储技术具有极高的自组织性，不管从哪一个节点接入，都不会影响整体存储系统的运行，保证了云存储服务的可靠性［2］。另外，云计算环境下，在分布存储的运行中应用具有明显成本优势的P2P存储技术，并借助网络存储系统整合可用的存储资源，极大地降低了存储成本。

1.4 新型存储技术

随着云计算环境趋于成熟，分布存储关键技术的发展也越来越成熟，各种新型存储技术不断涌现，如对象存储技术（Object-based Storage Device，OSD）、统一存储技术等。其中，OSD 存储技术能够通过特定的算法实现存储对象的加密，将抽象数据看作一个对象，并能够在不同的存储平台之间实现流通共享，具有较高的私密性、扩展性和安全性；统一存储技术能够融合多个存储方案，并构建一个统一的存储平台，从而为用户提供多样的数据取用服务，这一技术通常被大型企业级别的用户应用，能够解决其存储管理复杂、存储成本过高的问题。

综合以上存储技术，构建混合应用的分布式存储结构能够处理海量的用户运行数据，并有效提高数据存储和运行的效率，简化实际的存储流程，提高云存储服务的质量。

2 云计算环境下分布存储关键技术问题分析

云计算环境下，分布式存储关键技术的应用虽然弥补了传统存储方式的不足，但随着应用的深入，也暴露了不少技术性问题，如容错性问题、可扩展问题、成本控制问题等，具体如下。

2.1 容错性问题

容错性主要是指在存储系统发生意外故障之后，整体的网络存储系统不会失效，能够正常运行，并为用户提供持续的存储服务的能力。传统数据存储模式下，为了提高存储服务的容错性，一般是配置高性能的存储设备，虽然一般情况下能够实现这一目标，但增加了企业的存储成本，也有可能影响数据存储的质量。这一容错性解决方案显然并不适用于分布存储方式。云计算环境下，分布式存储的节点随时在增加，数据失效的风险也在不断增加，其对信息容错性的要求更高。因此，要想提高分布式存储方式的性能，必须引入功能更强大的容错技术，着力解决数据失效问题，保障数据存储的安全性和完整性。

2.2 可扩展问题

可扩展性能一直是影响网络存储性能的关键性因素。传统存储模式下，通常是通过增加存储磁盘设备拓展存储空间。然而，这一方式并不能真正解决分布式存储的可扩展性问题，且随着国民经济的发展，分布式存储需要处理的数据规模在不断扩大，拓展存储磁盘无法有效解决存储空间不足的问题。对分布式存储关键技术而言，可扩展性尤为关键，在保证不影响现有用户数据存储服务的基础上，进一步拓展存储空间和优化性能，但这一性能的优化不能通过廉价的服务系统实现。因此，为了保障云环境下分布存储的高性能，在设计之前就要充分考虑其可扩展性，预留合适的扩展空间，同时也应保证可随时增加扩展性能，以进一步提高分布存储能力。

2.3 成本控制问题

对企业经营管理而言，存储的成本控制问题是其需要考虑的重要因素之一，能否以较低的成本实现对快速增长的大量数据的存储，是企业选择云存储供应商时考虑的关键问题。云计算环境下，需要处理的数据规模呈指数趋势增长，这些数据的存储和运行都需要超大规模的存储空间支持，也需要消耗相应的成本。同时，为了实现数据取用的高效率，需要配置高标准的文件系统，以实现相应的存储功能。在此背景下，如何优化分布存储技术以降低存储空间和资源消耗，同时减少运行成本，是各个云存储服务供应商需要解决的关键性问题，这也是影响分布存储技术进一步推广的重要因素之一。

3 云计算环境下分布存储关键技术的优化

为助力企业的数字化转型升级，必须着力优化分布式存储关键技术，解决其容错性低、扩展性差及成本高等问题，以进一步提高云存储的性能和功能，满足用户的个性化数据使用需要。

3.1 优化容错性

云计算环境下，提高分布存储关键技术的容错性，可以从两方面展开。一是采用复制容错技术。优化分布存储关键技术的容错性，可通过复制容错技术，创建多个数据模块，将数据分布存储在不同节点中，当某个数据发生意外时，可以通过调用其他的数据模块获得数据。复制容错技术的应用能够直接快速地获得数据，取用数据的效率较高，然而这一技术对数据存储空间的要求较高。二是采用纠删码容错技术。与复制容错技术相比，纠删码容错技术对数据存储空间的要求不高，其通过多个数据对象生成编码，不需要复制完整数据，只是复制丢失的数据，但相应地，其数据处理量相对较大［3］。在分布存储关键技术优化过程中，应根据自身存储需求合理选择引入复制容错技术或纠删码容错技术，解决分布存储的容错问题，为用户提供优质的数据存储服务。

3.2 提高扩展性能

与传统存储技术相比，分布存储方式为企业提供了一种成本相对较低、扩展性能较高的存储服务。然而云环境下，随着需要处理的数据规模不断扩大，分布存储技术的扩展性能已成为不可忽视的问题。基于分布式存储技术的存储节点往往数量庞大，其中心的扩展性也需要得到保障。提高分布存储技术的扩展性能，需要着力提高其文件系统的扩展性，优化数据处理方式，压缩文件大小，简化数据分发服务流程，在保障数据服务的基础上，提高数据处理的效率和质量，从而提高数据网络的可用性和扩展性。然而，分布存储技术扩展性能的提升往往伴随成本的增加。因此，企业在提高分布存储技术的扩展性能时，应注意在应用构架之前就考虑系统的可扩展性，为之后系统的升级预留空间。同时，为了尽可能地降低成本，新增的扩展系统和设备应与原有的系统兼容，循环利用原有的设备，避免资源浪费、成本大幅度增加。

3.3 应用节能技术

云计算环境下，应用分布式存储技术还需要考虑优化节能技术，以减少资源消耗，降低存储成本。一方面，应优化硬件节能技术，选择低耗的硬件存储设备和资源，同时在保障系统运行性能的前提下，构建相对低能耗的数据存储结构，实现节能减排的目标。另一方面，优化软件节能技术，在充分保证分布存储系统服务功能的基础上，强化存储节点的管理，及时关闭剩余的存储节点，避免不必要的存储空间浪费［4］。同时，积极引入高标准的数据管理技术，如缓存数据预取技术、静态数据管理、动态数据管理等，提高数据运行的效率，避免过度运行造成资源浪费［5］。

4 结语

云计算环境下，运用网络存储技术、分布式文件系统、P2P存储技术、新型存储技术等分布存储关键技术，能够构建一个高效、可靠的云存储系统，为用户提供多样化的数据存储服务。随着社会对各个行业服务延续性要求的提高，人们对分布式云存储技术的要求也越来越高，因此需要进一步优化其容错性，提高扩展性能，应用节能技术，提高云计算存储服务能力。