摘要：隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)云環(huán)境中數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)是云計(jì)算提供服務(wù)的基本要求，本文詳細(xì)討論了云計(jì)算環(huán)境下數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，為行業(yè)打造自己的數(shù)據(jù)中心提供了一個(gè)可靠的、高可用的、可擴(kuò)展性的、可靈活管理和安全的參考方案，最后也對(duì)不同的企業(yè)在云計(jì)算中的不同的角色，給出了不同的發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算； 云存儲(chǔ)； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2163（2014）04-0090-04

Abstract：With the development of cloud computing technology， how to achieve high efficient storage of data in a cloud computing environment is the basic requirement to provide cloud computing services. This thesis discusses the data storage structures in cloud computing environment， so as to provide a reliable， highly available， scalable， flexible management and security proposal for the industry during their data center establishment. And according to different enterprises different roles in cloud computing，the paper provides the development strategies.

Key words：Cloud Computing； Cloud Storage； Data Storage Architecture

0引言

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的必備環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方式是將各種數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每當(dāng)企業(yè)要建立一套專屬的IT軟件系統(tǒng)就不僅要購買一定的軟件，還要購買相應(yīng)的硬件資源實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和存儲(chǔ)，而且還要聘請(qǐng)專業(yè)的IT人員對(duì)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，特別地對(duì)于重要數(shù)據(jù)還要妥善完成保留存檔工作。當(dāng)今，隨著企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，企業(yè)就可能要面對(duì)硬件資源的升級(jí)以及海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，這就導(dǎo)致企業(yè)必須投入大量的人力和物力以滿足企業(yè)發(fā)展所形成的現(xiàn)實(shí)需求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，甫一出現(xiàn)，企業(yè)即無需再如以前投入大量的人力和物力來購買硬件資源，具體則包括存儲(chǔ)設(shè)備以及相關(guān)的海量數(shù)據(jù)在內(nèi)，而是只需向云中心的服務(wù)人員申請(qǐng)所需的資源，再由云中心的服務(wù)人員為企業(yè)用戶分配相應(yīng)的資源，還可以對(duì)用戶的申請(qǐng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配資源，這就大大降低了企業(yè)的運(yùn)維成本，使企業(yè)更加專注于自己的核心業(yè)務(wù)。云計(jì)算的出現(xiàn)，宣告了低成本提供超級(jí)計(jì)算時(shí)代的到來，即可為使用網(wǎng)絡(luò)提供了幾乎無限多的可能，為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)提供了幾乎無限量的空間，也為各種應(yīng)用提供了幾乎無限大的計(jì)算能力。在眾多有利態(tài)勢(shì)的高效推動(dòng)之下，云計(jì)算作為未來IT的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)不容質(zhì)疑[1]。

1云存儲(chǔ)

云計(jì)算是一種新的計(jì)算模式，其目的是通過網(wǎng)絡(luò)將資源整合在一起，使資源得到最大化的優(yōu)質(zhì)利用。高性能的存儲(chǔ)是構(gòu)建云計(jì)算的基礎(chǔ)，云存儲(chǔ)可以向用戶提供高性能的存儲(chǔ)服務(wù)，企業(yè)將不再需要購買自己的存儲(chǔ)服務(wù)器。而是只需要付出少許費(fèi)用就可以從云服務(wù)提供商處獲得高品質(zhì)的云存儲(chǔ)服務(wù)，企業(yè)只要專注于核心業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力的提升，由此則進(jìn)一步強(qiáng)化了企業(yè)的核心競爭力[2]。

2云存儲(chǔ)體系架構(gòu)

在云環(huán)境中，存儲(chǔ)是由許多存儲(chǔ)設(shè)備通過集群技術(shù)整合在一起的共享存儲(chǔ)中心。這些設(shè)備可以是相同的，也可能是異構(gòu)的。數(shù)據(jù)中心通過將這些異構(gòu)的文件系統(tǒng)整合構(gòu)建為一個(gè)高效的、高可擴(kuò)展性的整體向用戶提供了云存儲(chǔ)服務(wù)[3]。云計(jì)算環(huán)境中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系架構(gòu)如圖1所示。

2.1數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是存儲(chǔ)體系的基礎(chǔ)，其中包括各種各樣的存儲(chǔ)設(shè)備，還包括著存放在這些設(shè)備上的文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是存儲(chǔ)體系的核心，分布式文件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備之間的相互協(xié)同工作，使網(wǎng)絡(luò)上不同位置的文件就像在本地一樣供服務(wù)器按需調(diào)用[4]，即對(duì)外提供一種服務(wù)，也就是通過接口提供了更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問能力。

云存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到負(fù)載和技術(shù)的影響，而根據(jù)存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求可以推知，文件系統(tǒng)的技術(shù)功能主要包括：安全性管理、一致性管理、文件命名系統(tǒng)、通信管理和容錯(cuò)管理。現(xiàn)在對(duì)其重點(diǎn)功能開展如下論述。

數(shù)據(jù)的可靠性是衡量存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的最重要指標(biāo)。在云計(jì)算環(huán)境中，會(huì)有成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)在參與運(yùn)算，某一時(shí)刻，必然會(huì)有某些節(jié)點(diǎn)處于故障狀態(tài)，此時(shí)此刻，數(shù)據(jù)的可靠性就顯得尤為重要。所以在文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮以下幾個(gè)方面的問題：第4期趙勇軍：基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)研究智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用第4卷

（1）可用性原則，即系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)為用戶提供服務(wù)的能力。

（2）可持續(xù)性原則，即系統(tǒng)可以持續(xù)無故障為用戶提供服務(wù)的能力。

（3）安全性原則，即系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)在出現(xiàn)故障的情況下，數(shù)據(jù)能夠安全恢復(fù)的能力。

（4）易維護(hù)性原則，即系統(tǒng)在運(yùn)行過程中減少工作人員的工作量的能力[5]。

文件系統(tǒng)的另一個(gè)重要的功能就是進(jìn)程間的通信，進(jìn)程的通信都是通過底層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程間的通信協(xié)議也是文件系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，不能因?yàn)榇鎯?chǔ)模式的不同即導(dǎo)致存儲(chǔ)產(chǎn)生較高的延遲和緩慢的響應(yīng)。在云平臺(tái)中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份都需要較快的響應(yīng)速度。

云平臺(tái)數(shù)據(jù)的安全性也是云計(jì)算中人們普遍關(guān)注、卻亟待解決的另一核心關(guān)鍵問題。在云計(jì)算中，用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在共享空間當(dāng)中，無論用戶還是云服務(wù)提供商，都需要這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)能夠得到完善保護(hù)，不會(huì)出現(xiàn)惡意泄露以及盜竊。云服務(wù)提供商更需要對(duì)用戶的敏感數(shù)據(jù)提供妥帖的安全保護(hù)，這也成為云服務(wù)提供商的首要任務(wù)[6]。

若要提高數(shù)據(jù)中心的安全性，就要根據(jù)云平臺(tái)中的系統(tǒng)文件可能存在的安全威脅來確立相應(yīng)的安全策略和保護(hù)機(jī)制。在云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的訪問都是基于信任機(jī)制的，這通常都是由應(yīng)用程序來實(shí)施管理，在云平臺(tái)中，多數(shù)虛擬機(jī)是共享內(nèi)存和CPU等公共資源的[7]，如何防止這些數(shù)據(jù)不被錯(cuò)誤的虛擬機(jī)訪問和破壞，就需要考慮以下兩個(gè)方面的因素：通道安全問題和權(quán)限授權(quán)問題。其中，通道安全問題主要就是進(jìn)程或者線程之間通信的安全性問題。通信安全主要涉及數(shù)據(jù)加密、身份安全認(rèn)證、數(shù)據(jù)的完整性和可靠性以及數(shù)字簽名等安全性方面的相關(guān)問題。而授權(quán)問題則主要是在通信安全的前提下，對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部某些資源的可訪問性的一種賦權(quán)，這可歸類于資源訪問控制方面的問題。

2.2服務(wù)接口

不同的云服務(wù)提供商，提供的應(yīng)用程序服務(wù)也是不同的，但通過服務(wù)接口的設(shè)置卻屏蔽了底層服務(wù)商的差異性，即用戶可以通過接口實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)的操作和訪問，而無需考慮底層服務(wù)商的具體差異，服務(wù)商對(duì)用戶只是根據(jù)資源的訪問權(quán)限來進(jìn)行分配和控制，如此即保證了云平臺(tái)中存儲(chǔ)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性的要求[8]。

2.3服務(wù)等級(jí)

云服務(wù)等級(jí)是用戶享受云服務(wù)商提供云服務(wù)的級(jí)別，也是云平臺(tái)中存儲(chǔ)服務(wù)的一個(gè)重要指標(biāo)。用戶所享受的云服務(wù)等級(jí)與用戶向云服務(wù)繳納的費(fèi)用有關(guān)，用戶繳納的費(fèi)用越高，用戶的服務(wù)等級(jí)就越高，反之，就越低。用戶的服務(wù)等級(jí)越高，用戶就能更為快速地享受到定制服務(wù)[9]。合理的服務(wù)等級(jí)收費(fèi)對(duì)用戶來說非常重要。

2.4云用戶

享受云服務(wù)的用戶既包括個(gè)人，也包括企業(yè)等。云用戶不需要很大開銷就可以得到高性能的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，更重要的是這些資源也不需要額外費(fèi)用來運(yùn)營和維護(hù)。用戶只要通過終端設(shè)備如手機(jī)，平板電腦或者筆記本就可以連到數(shù)據(jù)中心享受各類服務(wù)。企業(yè)是云服務(wù)的最大收益者，以前企業(yè)建立自己的IT系統(tǒng)需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而今企業(yè)只需要配置軟件就可以獲得與之前同樣的現(xiàn)實(shí)效果。

3云存儲(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

云存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)一整體，包含多應(yīng)用、多設(shè)備和多服務(wù)等眾多方面的協(xié)同合作。云儲(chǔ)存系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)既需要由各種結(jié)構(gòu)差異的終端來共同協(xié)作，也需要相對(duì)成熟的各項(xiàng)技術(shù)的通力配合。其中網(wǎng)絡(luò)帶寬等基礎(chǔ)設(shè)施必須能夠提供充足保證，也就是能夠屏蔽各種底層硬件基礎(chǔ)設(shè)施的差異，向用戶提供統(tǒng)一的服務(wù)。而且，云存儲(chǔ)系統(tǒng)作為一個(gè)協(xié)作的整體，更是集成技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)以及分布式文件系統(tǒng)的統(tǒng)一整合，由此可使多個(gè)設(shè)備之間協(xié)同工作，并通過將各種閑散的資源集結(jié)成群，使服務(wù)器具有更加強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)的另一基礎(chǔ)就是虛擬化技術(shù)，具體來說就是，用戶是看不到各種設(shè)備之間差異的，并且用戶之間的數(shù)據(jù)也互不影響[10]，用戶不必?fù)?dān)心計(jì)算資源或者存儲(chǔ)資源等細(xì)節(jié)問題，而這些都是由管理員來進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)配的。另外需要指出的是，一定的數(shù)據(jù)加密技術(shù)也是保證用戶及系統(tǒng)安全的必備利器。

云存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型可分為四層，分別是存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和訪問層，具體如圖2所示。

3.1存儲(chǔ)層

云存儲(chǔ)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分就是存儲(chǔ)層。在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，各種存儲(chǔ)設(shè)備比較分散，并且數(shù)量眾多，這些設(shè)備之間均是通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Internet或者光纖等連接在一起，再由存儲(chǔ)設(shè)備管理系統(tǒng)來對(duì)這些品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，而且分布廣泛的設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。針對(duì)這些設(shè)備，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)冗余管理、容錯(cuò)管理和虛擬化的管理，同時(shí)也可以對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和故障的維護(hù)。

3.2基礎(chǔ)管理層

存儲(chǔ)層系統(tǒng)最核心的部分就是基礎(chǔ)管理層。管理層是集群技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)以及分布式文件系統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體。通過這些技術(shù)可以屏蔽底層硬件的差異，使多個(gè)不同的圖2 云存儲(chǔ)層的架構(gòu)設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，從而對(duì)外提供統(tǒng)一的服務(wù)，以及具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問能力。

3.3應(yīng)用接口層

存儲(chǔ)層系統(tǒng)最靈活多變的部分就是應(yīng)用接口層。這一層主要是根據(jù)用戶的不同需求，向外提供多樣化的服務(wù)。并且根據(jù)應(yīng)用程序的不同，也需要提供不同的接口。例如：要為視頻監(jiān)控提供合適的接口，為網(wǎng)絡(luò)硬盤程序提供適合網(wǎng)絡(luò)硬盤的接口、為視頻點(diǎn)播程序提供有關(guān)的應(yīng)用接口等。

3.4訪問層

普通的用戶可以根據(jù)服務(wù)提供商允許的授權(quán)，輸入指定信息登錄到服務(wù)提供商的云存儲(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)中，并根據(jù)費(fèi)用享受相應(yīng)等級(jí)的云服務(wù)。而且，由于服務(wù)提供商的不同，所提供的訪問策略和訪問方式也必將有所不同。4企業(yè)對(duì)策

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)也越發(fā)成熟。為適應(yīng)這一形勢(shì)變化，無論中小企業(yè)還是大型企業(yè)也都必將發(fā)生一場深刻的變革。中小企業(yè)為了降低運(yùn)營成本，企業(yè)的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心則必將會(huì)向云數(shù)據(jù)中心遷移，而大型企業(yè)也必將因應(yīng)時(shí)勢(shì)而建立自己的私有云數(shù)據(jù)中心。因而在云計(jì)算發(fā)展的過程中，不同的企業(yè)也將隨之出臺(tái)不同的對(duì)策[11-12]。

4.1向服務(wù)商租用計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源

云計(jì)算的提出，對(duì)于中小企業(yè)來說是一場時(shí)代機(jī)遇，構(gòu)建自己的私有云平臺(tái)，無疑給企業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。當(dāng)前中小企業(yè)的最佳對(duì)策就是向云服務(wù)提供商租用計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，這樣中小企業(yè)就不需要再支取巨額費(fèi)用來購買硬件資源，也不需要專門聘請(qǐng)IT管理人員進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)工作，企業(yè)就可以專注于自己核心業(yè)務(wù)的拓展，從而降低了企業(yè)的運(yùn)營成本，提高了企業(yè)在實(shí)際市場上的核心競爭力。

4.2構(gòu)建私有云

雖然現(xiàn)在很多服務(wù)商都已提供了大型的云平臺(tái)，但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)來說，鑒于公有云平臺(tái)的安全性和不確定性，并出于數(shù)據(jù)的安全和保密的考慮，這些企業(yè)所做出的選擇通常是構(gòu)建自己的私有云平臺(tái)，以增強(qiáng)自身的IT業(yè)務(wù)處理能力，降低企業(yè)的運(yùn)營成本，并進(jìn)一步提高企業(yè)的綜合競爭實(shí)力。這樣，大型企業(yè)既享受到了云計(jì)算技術(shù)帶來的好處，同時(shí)也保證了企業(yè)核心數(shù)據(jù)的安全問題，進(jìn)而又增強(qiáng)了自身的創(chuàng)新能力，由此可使企業(yè)在市場競爭中立于持續(xù)不敗之地。私有云平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5結(jié)束語

云計(jì)算的提出給企業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的變革，得到了越來越多企業(yè)的重視和青睞。云計(jì)算讓更多的資源實(shí)現(xiàn)了共享，不僅是計(jì)算資源，也包括著存儲(chǔ)資源，這就使資源得到了最大化的利用。但是，由于目前的云計(jì)算仍未建立一個(gè)開放的公共標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于云計(jì)算服務(wù)轉(zhuǎn)移的彈性相應(yīng)地也就很低。如果一個(gè)壟斷了用戶云計(jì)算的公司，出現(xiàn)倒閉或被吞并的情形，那么對(duì)用戶就將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。要使用戶能自由地進(jìn)行信息共享，就必須形成開放的云計(jì)算公共標(biāo)準(zhǔn)。此外，雖然云計(jì)算的數(shù)據(jù)對(duì)外具有較高的安全性，但用戶在使用云計(jì)算服務(wù)時(shí)，用戶并不清楚自己的數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存位置，以及云計(jì)算存儲(chǔ)公司是否遵循了當(dāng)?shù)氐碾[私協(xié)議。因而，如何提供有效機(jī)制保證數(shù)據(jù)的安全性對(duì)于云計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用則有著重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

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