云存儲(chǔ)及架構(gòu)

1、云存儲(chǔ)原理及系統(tǒng)構(gòu)架摘要：云存儲(chǔ)作為一個(gè)新興的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，由于其快速部署、低 成本、靈活調(diào)整規(guī)模等優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的企業(yè)應(yīng)用。 基于以上研究云 存儲(chǔ)，本文基于云存儲(chǔ)解析內(nèi)容，具體分析了云存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)架模 式、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，并與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)模式進(jìn)行了對(duì)比。、尸、 亠前言作為近幾年興起的 “云計(jì)算 (CloudComputing) 的”一大重要組成部 分，云存儲(chǔ)(CloudStorage)承擔(dān)著最底層以服務(wù)形式收集、存儲(chǔ)和處 理數(shù)據(jù)的任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)上層的云平臺(tái)、云服務(wù)等業(yè)務(wù)。與 傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備相比， 云存儲(chǔ)不僅僅是一個(gè)硬件， 而是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、 存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪(fǎng)問(wèn)接口

2、、接入網(wǎng)和客戶(hù)端程序 等多個(gè)部分組成的系統(tǒng)。云存儲(chǔ)提供的是存儲(chǔ)服務(wù)， 存儲(chǔ)服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將本地?cái)?shù)據(jù)存放在 存儲(chǔ)服務(wù)提供商(SSP提供的在線(xiàn)存儲(chǔ)空間。需要存儲(chǔ)服務(wù)的用戶(hù)不再 需要建立自己的數(shù)據(jù)中心，只需向SSP申請(qǐng)存儲(chǔ)服務(wù)，從而避免了存 儲(chǔ)平臺(tái)的重復(fù)建設(shè)，節(jié)約了昂貴的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施投資。1 云存儲(chǔ)技術(shù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)相比，具有如下不同：第一，從功能 需求來(lái)看， 云存儲(chǔ)系統(tǒng)面向多種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)存儲(chǔ)服務(wù)， 而傳統(tǒng)存 儲(chǔ)系統(tǒng)則面向如高性能計(jì)算、事務(wù)處理等應(yīng)用；第二，從性能需求來(lái) 看，云存儲(chǔ)服務(wù)首先需要考慮的是數(shù)據(jù)的安全、可靠、效率等指標(biāo)，而且由于用戶(hù)規(guī)模大、服務(wù)范圍廣、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn)，

3、實(shí)現(xiàn) 高質(zhì)量的云存儲(chǔ)服務(wù)必將面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)；第三，從數(shù)據(jù)管理來(lái)看，云存儲(chǔ)系統(tǒng)不僅要提供類(lèi)似于 POSIX勺傳統(tǒng)文件訪(fǎng)問(wèn)，還要能夠 支持海量數(shù)據(jù)管理并提供公共服務(wù)支撐功能，以方便云存儲(chǔ)系統(tǒng)后臺(tái) 數(shù)據(jù)的維護(hù)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，云存儲(chǔ)平臺(tái)整體架構(gòu)可劃分為4個(gè)層次，自底向 上依次是：存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層以及訪(fǎng)問(wèn)層。云存儲(chǔ)平 臺(tái)整體架構(gòu)如圖1所示。個(gè)人吒軻服丹*運(yùn)酋 商空何祖話(huà)等實(shí)現(xiàn)散期峯份、ft 拡歸檔*集中存 淋玩程共1* 匸 丿統(tǒng)的集中片林.網(wǎng)站 人容屋在統(tǒng)存砧等f(wàn)r廿茴悖KI化、存祐糜中悴瑋、狀憲監(jiān)挖、淮護(hù)/!級(jí)靜/A訪(fǎng)間層應(yīng)用接口層基礎(chǔ)管理層存儲(chǔ)層葉W!設(shè)備 曲、FC. iSCSI圖

4、1云存儲(chǔ)框架(1)存儲(chǔ)層云存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)外提供多種不同的存儲(chǔ)服務(wù)，各種服務(wù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)存放在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中， 形成一個(gè)海量數(shù)據(jù)池。 從大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后臺(tái) 數(shù)據(jù)組織方式來(lái)看， 傳統(tǒng)基于單服務(wù)器的數(shù)據(jù)組織難以滿(mǎn)足廣域網(wǎng)多 用戶(hù)條件下的吞吐性能和存儲(chǔ)容量需求；基于P2P架構(gòu)的數(shù)據(jù)組織需要龐大的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和復(fù)雜編碼算法保證數(shù)據(jù)可靠性。 相比而言，基于 多存儲(chǔ)服務(wù)器的數(shù)據(jù)組織方法能夠更好滿(mǎn)足在線(xiàn)存儲(chǔ)服務(wù)的應(yīng)用需 求，在用戶(hù)規(guī)模較大時(shí)， 構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)椴煌乩韰^(qū)域的 用戶(hù)提供更好的服務(wù)質(zhì)量。云存儲(chǔ)的存儲(chǔ)層將不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備互連起來(lái)， 實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù) 的統(tǒng)一管理， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的集中管理、 狀態(tài)監(jiān)控以及

5、容量的 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，實(shí)質(zhì)是一種面向服務(wù)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。(2) 基礎(chǔ)管理層 云存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)中的基礎(chǔ)管理層為上層提供不同服務(wù)間公共管理的統(tǒng)一視圖。通過(guò)設(shè)計(jì)統(tǒng)一的用戶(hù)管理、安全管理、副本管理及策 略管理等公共數(shù)據(jù)管理功能，將底層存儲(chǔ)與上層應(yīng)用無(wú)縫銜接起來(lái)， 實(shí)現(xiàn)多存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)同工作，以更好的性能對(duì)外提供多種服務(wù)。(3) 應(yīng)用接口層 應(yīng)用接口層是云存儲(chǔ)平臺(tái)中可以靈活擴(kuò)展的、 直接面向用戶(hù)的部分。根據(jù)用戶(hù)需求，可以開(kāi)發(fā)出不同的應(yīng)用接口，提供相應(yīng)的服務(wù)。 比如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)、空間租賃服務(wù)、公共資源服務(wù)、多用戶(hù)數(shù)據(jù)共享 服務(wù)、數(shù)據(jù)備份服務(wù)等。(4) 訪(fǎng)問(wèn)層通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)層， 任何一個(gè)授權(quán)用戶(hù)都可以在任何地方，

6、使用一臺(tái)聯(lián) 網(wǎng)的終端設(shè)備， 按照標(biāo)準(zhǔn)的公用應(yīng)用接口來(lái)登錄云存儲(chǔ)平臺(tái)， 享受云 存儲(chǔ)服務(wù)。2 云存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作為新興的存儲(chǔ)技術(shù)， 與傳統(tǒng)的購(gòu)買(mǎi)存儲(chǔ)設(shè)備和部署存儲(chǔ)軟件相 比，云存儲(chǔ)方式存在以下優(yōu)點(diǎn)：(1)成本低、見(jiàn)效快傳統(tǒng)的購(gòu)買(mǎi)存儲(chǔ)設(shè)備或軟件定制方式下， 企業(yè)根據(jù)信息化管理的 需求，一次性投入大量資金購(gòu)置硬件設(shè)備、搭建平臺(tái)。軟件開(kāi)發(fā)則經(jīng) 過(guò)漫長(zhǎng)的可行性分析、需求調(diào)研、軟件設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試這一過(guò)程。 往往在軟件開(kāi)發(fā)完成以后， 業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化， 不得不對(duì)軟件進(jìn)行返 工，不僅影響質(zhì)量，提高成本，更是延誤了企業(yè)信息化進(jìn)程，同時(shí)造 成了企業(yè)之間的低水平重復(fù)投資以及企業(yè)內(nèi)部周期性、 高成本的技術(shù) 升級(jí)。在

7、云存儲(chǔ)方式下， 企業(yè)除了配置必要的終端設(shè)備接收存儲(chǔ)服務(wù) 外，不需要投入額外的資金來(lái)搭建平臺(tái)。 企業(yè)只需按用戶(hù)數(shù)分期租用 服務(wù)，規(guī)避了一次性投資的風(fēng)險(xiǎn)，降低了使用成本，而且對(duì)于選定的 服務(wù)，可以立即投入使用，既方便又快捷。(2)易于管理傳統(tǒng)方式下，企業(yè)需要配備專(zhuān)業(yè)的 IT 人員進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)，由 此帶來(lái)技術(shù)和資金成本。 云存儲(chǔ)模式下， 維護(hù)工作以及系統(tǒng)的更新升 級(jí)都由云存儲(chǔ)服務(wù)提供商完成， 企業(yè)能夠以最低的成本享受到最新最 專(zhuān)業(yè)的服務(wù)。(3)方式靈活傳統(tǒng)的購(gòu)買(mǎi)和定制模式下， 一旦完成資金的一次性投入， 系統(tǒng)無(wú) 法在后續(xù)使用中動(dòng)態(tài)調(diào)整。 隨著設(shè)備的更新?lián)Q代， 落后的硬件平臺(tái)難 以處置；隨著業(yè)務(wù)需求

8、的不斷變化， 軟件需要不斷地更新升級(jí)甚至重 構(gòu)來(lái)與之相適應(yīng)，導(dǎo)致維護(hù)成本高昂，很容易發(fā)展到不可控的程度。 而云存儲(chǔ)方式一般按照客戶(hù)數(shù)、使用時(shí)間、服務(wù)項(xiàng)目進(jìn)行收費(fèi)。企業(yè) 可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化、人員增減、資金承受能力，隨時(shí)調(diào)整其租用 服務(wù)方式，真正做到 “按需使用 ”。3 云存儲(chǔ)技術(shù)趨勢(shì)隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， 集群技術(shù)、 網(wǎng)格技術(shù)和分布式文件系統(tǒng)的 拓展，CDN內(nèi)容分發(fā)、P2P、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的廣泛運(yùn)用，以及存儲(chǔ)虛 擬化技術(shù)的完善，云存儲(chǔ)在技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，以 “用戶(hù)創(chuàng)造內(nèi)容 ” 和分享”為精神的Web2.0推動(dòng)了全網(wǎng)域用戶(hù)對(duì)在線(xiàn)服務(wù)的認(rèn)知。 從未來(lái)云存儲(chǔ)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看， 云存儲(chǔ)系統(tǒng)主要還需從安全性

9、、 便攜 性及數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)等角度進(jìn)行改進(jìn)。(1)安全性 從云計(jì)算誕生， 安全性一直是企業(yè)實(shí)施云計(jì)算首要考慮的問(wèn)題之 一。同樣在云存儲(chǔ)方面，安全仍是首要考慮的問(wèn)題，對(duì)于想要進(jìn)行云 存儲(chǔ)的客戶(hù)來(lái)說(shuō)， 安全性通常是首要的商業(yè)考慮和技術(shù)考慮。 但是許 多用戶(hù)對(duì)云存儲(chǔ)的安全要求甚至高于它們自己的架構(gòu)所能提供的安 全水平。既便如此，面對(duì)如此高的不現(xiàn)實(shí)的安全要求，許多大型、可 信賴(lài)的云存儲(chǔ)廠商也在努力滿(mǎn)足它們的要求， 構(gòu)建比多數(shù)企業(yè)數(shù)據(jù)中 心安全得多的數(shù)據(jù)中心。 現(xiàn)在用戶(hù)可以發(fā)現(xiàn)， 云存儲(chǔ)具有更少的安全漏洞和更高的安全環(huán)節(jié)， 云存儲(chǔ)所能提供的安全性水平要比用戶(hù)自己 的數(shù)據(jù)中心所能提供的安全水平還要高。(2)便攜

10、性 一些用戶(hù)在托管存儲(chǔ)的時(shí)候還要考慮數(shù)據(jù)的便攜性。 一般情況下 這是有保證的，一些大型服務(wù)提供商所提供的解決方案承諾其數(shù)據(jù)便 攜性可媲美最好的傳統(tǒng)本地存儲(chǔ)。 有的云存儲(chǔ)結(jié)合了強(qiáng)大的便攜功能， 可以將整個(gè)數(shù)據(jù)集傳送到你所選擇的任何媒介， 甚至是專(zhuān)門(mén)的存儲(chǔ)設(shè) 備。(3)性能和可用性 過(guò)去的一些托管存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)總是存在著延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn) 題。同樣地，互聯(lián)網(wǎng)本身的特性就嚴(yán)重威脅服務(wù)的可用性。最新一代 云存儲(chǔ)有突破性的成就， 體現(xiàn)在客戶(hù)端或本地設(shè)備高速緩存上， 將經(jīng) 常使用的數(shù)據(jù)保持在本地， 從而有效地緩解互聯(lián)網(wǎng)延遲問(wèn)題。 通過(guò)本 地高速緩存， 即使面臨最嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)中斷， 這些設(shè)備也可以緩解延遲 性問(wèn)題。這些設(shè)備還可以讓經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)像本地存儲(chǔ)那樣快速反應(yīng)。 通過(guò)一個(gè)本地NAS網(wǎng)關(guān)，云存儲(chǔ)甚至可以模仿終端 NAS設(shè)備的可用 性、性能和可視性，同時(shí)將數(shù)據(jù)予以遠(yuǎn)程保護(hù)。隨著云存儲(chǔ)技術(shù)的不 斷發(fā)展，各廠商仍將繼續(xù)努力實(shí)現(xiàn)容量?jī)?yōu)化和 WAN(廣域網(wǎng))優(yōu)化，從 而盡量減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t性。(4)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)有對(duì)云存儲(chǔ)技術(shù)的疑慮還在于， 如果執(zhí)行大規(guī)模數(shù)據(jù)請(qǐng)求或數(shù) 據(jù)恢復(fù)操作， 那么云存儲(chǔ)是否可提供足夠的訪(fǎng)問(wèn)性。 在未來(lái)的技術(shù)條 件下，此點(diǎn)大可不必?fù)?dān)心， 現(xiàn)有的廠商可以將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺魏晤?lèi) 型的媒介，可將數(shù)據(jù)直接