云计算数据存储技术研究

李迎春，李 建，王飞艳

（云南省烟草烟叶公司，云南 昆明 650000）

0 引 言

云计算是计算机发展衍生的一种新型分布式技术，是一个基于服务的架构系统，其中云存储是云计算的服务架构核心。目前，大多数云计算应用服务都能满足信息时代发展的需要，并且具有强大的数据保存与管理能力。信息时代，只有利用好云存储服务，灵活处理各种数据，才能更好地满足用户的需求，因此对云计算数据存储技术的研究与分析具有重要意义[1]。文章阐述了云计算技术与云计算数据存储技术的概念，分析了云计算数据存储技术的类型，并深入研究了云计算数据存储技术的工作原理、系统构成及其他技术的实践应用。

1 云计算技术与云计算数据存储技术

1.1 云计算技术概述

从狭义角度分析，云计算技术是一种分布式计算应用程序，主要处理和计算各类数据，将处理程序分解成许多小程序，最终汇总和分析各个小程序并返回分析结果。从广义角度分析，云计算是一种服务，主要提供基础设施即服务、平台即服务、软件即服务3种服务。通过3种不同的服务模式，可以满足各种用户的不同需求。大多数用户使用的是基础设施即服务。通过该服务可获取相关的计算处理和数据存储等资源，且不受空间和时间的限制。

1.2 云计算数据存储技术概述

云计算数据存储技术是云计算技术的核心构成部分，是一种新型数据存储及管理方式。云计算数据储存技术与传统的存储技术有着较大差别。首先，云计算数据储存技术能够提供无限制的存储容量，打破存储空间限制的瓶颈。其次，该技术能够将数据存储在云端，打破存储空间限制的瓶颈。最后，云计算数据存储技术能够利用集群应用和网络技术等功能，使不同类型的数据存储设备协同工作，并对外提供服务。

云计算数据存储技术提供的对外服务具有简便、高效等特点，用户可以在任何时间及地点调用数据相关服务。虽然云计算数据储存技术在发展过程中深受现代信息科学技术的影响，且具备一定的先进性，但是仍然需要不断进行创新及优化。特别是在数据存储算法和存储安全方面需要持续革新，从而更好地承担云计算数据存储的职责，使其更好地服务社会。

1.3 云计算数据存储技术类型概述

云计算数据存储技术主要分为3种类型，分别是分布式存储、集中式存储和虚拟化存储。分布式存储是指通过分布式技术协调组织存储资源，为非虚拟化的上层应用或虚拟机提供工业标准的接口。集中式存储是以传统的磁盘阵列方式进行存储，其中主机采用映射方式运行。虚拟化存储则是在硬件资源上添加一层文件系统，使其可划分出虚拟主机使用的虚拟磁盘。当前，主流云计算数据存储技术主要采用虚拟化存储的方式。

2 云计算数据存储技术的工作原理及系统构成

云计算数据存储技术通过网络整合存储设备，并采用集成应用、分布式文件系统、存储虚拟化以及底层资源对象化等技术整合物理存储设备资源，使其构成能够对外提供统一服务的逻辑资源池，并对外提供数据存储和业务访问等功能，同时保证数据安全。云计算数据存储技术由多种技术构成，是一门综合性集成技术。虚拟化技术是云计算数据存储技术的核心技术，能够将各种存储设备连接并映射成统一的存储资源池。除了虚拟化技术，云计算数据存储技术还采用了如分布式存储技术、重复数据删除技术、内容分发网络技术、存储加密技术以及数据备份技术等其他技术。其中：分布式存储技术主要是整合分散的存储设备，构成一个虚拟的存储设备；重复数据删除技术主要是消除重复的数据，减少数据冗余和存储空间的占用；内容分发网络技术主要是在现有的网络基础上构建一层虚拟网络，从而实时监控网络的运行状况，使数据传输更加便捷、快速以及稳定；存储加密技术主要是为数据传输和数据本身安全提供保障；数据备份技术主要是备份并恢复数据，若存在操作错误、数据丢失以及数据恶意加密等情况，则可以通过该技术备份和恢复数据。

云计算数据存储技术系统是以云计算数据存储技术为基础的一种系统管理程序，主要包括数据存储层、基础管理层、应用接口层以及数据访问层。其中：数据存储层是整个云计算数据存储的基本控制器，支持分布式存储，能够实现存储设备的逻辑管理和多链路管理；基础管理层是云存储中最核心的部分，能够协调各个存储设备的工作，使各存储设备提供统一的服务；应用接口层是提供数据连接的接口，可为相关业务数据模块提供需要的数据；数据访问层主要提供授权及权限验证等通用访问接入模式。云计算数据存储技术的系统结构如图1所示。

图1 云计算数据存储技术系统结构

3 主流的云计算数据存储技术分析

目前，云计算数据存储技术应用广泛，其中应用体量最大的当属谷歌文件系统（Google File System，GFS）数据存储技术与Hadoop团队开发的分布式文件系统（Hadoop Distributed File System，HDFS）数据存储技术。它们都具有高传输率、高吞吐率等特点。

GFS数据存储技术是一种支持分布式访问的开源扩展存储技术。GFS能够兼容各种存储设备，甚至能够兼容普通个人计算机（Personal Computer，PC）。虽然硬件价格十分低廉，但是能够提供相关的容错功能。GFS以主从架构为基础，由单个主节点和多个从节点构成。其中：主节点主要管理所有的元数据信息，并负责文件分块、定期给从节点发送通信信号等；从节点主要进行数据存储和处理分析。每个从节点都有自己的文件系统，会存储主节点分配的文件块，并定期给主节点发送通信信号等。通过的读写都是基于文件块，文件块的大小一般为64 MB。通过采用冗余技术，能够将单个文件块复制到多个从节点进行存储，因此具有高可靠、可扩展、高性能以及易于管理等特点。GFS的工作原理如图2所示。

图2 GFS工作原理

与GFS数据存储技术相比，HDFS数据存储技术同样采用分布式存储，利用类似的技术架构以及文件块和数据冗余等设计理念。因此，HDFS也具有高可靠、可扩展、高性能以及易于管理等特点。但是，从技术实现细节和应用场景偏向角度分析，HDFS数据存储技术与GFS数据存储技术又有不同，如文件块采用的存储策略、客户读写操作策略、数据备份策略等方面。其中，要特别注意客户读写策略的不同。GFS能够支持多个客户同时写入文件，而HDFS只支持单个客户写入文件，且GFS能够支持实时写入数据，而HDFS不支持实时写入，需要等到数据量积累到一定程度才进行数据持久化操作。在应用场景偏向方面，GFS大多用于大规模数据集存储及处理分析，而HDFS适用于海量数据的访问与存储，且HDFS能够轻松集成Hadoop的其他组件。目前，由于GFS已经停止了维护更新，HDFS成为大多数用户的选择[2,3]。

4 云计算数据存储技术中其他技术的实践

4.1 数据加密技术在云计算数据存储技术中的应用

云计算数据存储技术可以利用数据加密技术，提高数据信息存储的安全性。通常客户没有特别关注数据安全，在利用云计算数据存储技术获取相关信息时，如果没有对发送的信息采取保护措施，在获取信息时就会面临诸多安全问题，从而对数据存储造成一定威胁。数据加密技术能够提高数据本身的安全，使黑客不能轻易获取相关数据。即使黑客获取了相关信息，应用数据加密技术也将使其无法获取真实的数据。同时，利用数据加密技术可以有效提高数据存储及传输的安全性。运用特殊算法的数据加密技术，能够使算法与云计算数据存储技术有效结合，进一步保证数据的信息安全，有利于避开黑客的恶意攻击或者外界不良因素的影响。可见，数据加密技术在云计算数据存储技术中的应用具有重要意义，已成为云计算数据存储技术不可或缺的一环。数据加密技术模型如图3所示。

图3 数据加密技术模型

4.2 身份验证技术在云计算数据存储技术中的应用

云计算数据存储技术能够通过身份验证技术进一步增强云计算数据存储的整体安全性。基于身份验证技术可以识别各种用户，有效控制各种业务功能权限，并采用多元化的验证方式，使得整个数据存储业务更加安全稳定。第一，基于集成电路（Integrated Circuit，IC）卡，允许客户在智能设备上填写真实信息识别用户身份。第二，可以利用用户设定的密码进行身份验证，通过输入账号和密码进行验证，使系统自动判断用户身份，从而确保整个系统登录的安全合法性。第三，可以运用关键绩效指标（Key Performance Indicator，KPI）验证用户的身份，保证云计算数据存储安全的使用。第四，通过认证技术采集个人信息，配备相应的密钥，保障数据存储技术的应用安全性。第五，可以利用第三方协议保障数据存储的稳定安全。因此，身份验证技术在云计算数据存储技术中的应用能够有效保障云计算数据存储相关业务的安全性，有效控制系统功能权限的分配。

4.3 数据存储算法在云计算数据存储技术中的应用

当云计算数据存储业务处于调用状态时，用户会遇到信息存储不稳定、系统不稳定、效率过低等一系列错误代码信息，此时可以采用云计算数据存储技术中的数据存储算法纠正并分析错误代码。当信息数据受到损坏时，若信息数据的损坏程度处于控制范围时，可以利用数据存储算法恢复数据，通过改写编码恢复信息数据的内容。当出现错误信息时，可以通过数据存储算法定位存储错误信息的位置，确保整个业务信息数据的安全性与完整性。此外，数据的备份存储可以通过数据存储算法进行调度。因此，数据存储算法在云计算数据存储技术中的应用是保障存储数据安全完整必不可少的手段，也是云计算数据存储系统稳定运行的基石[4]。

5 云计算数据存储技术未来的发展趋势

随着时代的不断进步与技术的不断发展，云计算数据存储技术将面临各种机遇与挑战。从技术层面分析，随着物联网技术和人工智能技术等新型技术的不断发展，云计算数据存储技术可能会更加关注智能设备及智能场景中的数据。云计算数据存储技术将来可能会与物联网和人工智能等技术结合，促使云计算数据存储技术对数据的存储与处理分析更加自动化和智能化。从市场层面分析，未来各行各业的核心竞争力就是海量数据产生的效益。各领域对信息数据的存储要求与日俱增，将有更多企业用户使用云计算数据存储系统。因此，推动云计算数据存储技术的创新优化，提升服务质量与提高用户体验，成为各企业用户的重点任务。从用户需求层面分析，企业用户与个人用户的数据隐私性要求日益增长，使得安全、可控、具备差异性的云计算数据存储系统愈发重要。因此，云计算数据存储技术作为云存储的核心技术，需要通过不断创新优化，为用户提供多样化的数据管理服务[5]。

6 结 论

当前，云计算数据存储技术已经在各行各业中得到了广泛应用，如金融、教育、医疗、文化娱乐、电商以及供应链等领域，已经成为云计算发展史中的重要组成部分。虽然我国能够灵活地应用相关云计算数据存储系统，但是我国的云计算数据存储技术仍然处于发展探索阶段。只有在全面分析云计算数据存储技术的基础上，通过不断创新优化，才能够从根本上推动云计算数据存储技术的发展与变革。