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云存儲原理及發(fā)展趨勢_系統(tǒng)構(gòu)架
0前言作為近幾年興起的“云計算(CloudComputing)”的一大重要組成部分，“云存儲(CloudStorage)”承擔(dān)著最底層以服務(wù)形式收集、存儲和處理數(shù)據(jù)的任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上展開上層的云平臺、云服務(wù)等業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)的存儲設(shè)備相比，云存儲不僅僅是一個硬件，而是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪問接口、接入網(wǎng)和客戶端程序等多個部分組成的系統(tǒng)。
云存儲提供的是存儲服務(wù)，存儲服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)將本地數(shù)據(jù)存放在存儲服務(wù)提供商(SSP)提供的在線存儲空間。需要存儲服務(wù)的用戶不再需要建立自己的數(shù)據(jù)中心，只需向SSP申請存儲服務(wù)，從而避免了存儲平臺的重復(fù)建設(shè)，節(jié)約了昂貴的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施投資。
1云存儲技術(shù)
云存儲系統(tǒng)與傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)相比，具有如下不同：第一，從功能需求來看，云存儲系統(tǒng)面向多種類型的網(wǎng)絡(luò)在線存儲服務(wù)，而傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)則面向如高性能計算、事務(wù)處理等應(yīng)用；第二，從性能需求來看，云存儲服務(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，實現(xiàn)高質(zhì)量的云存儲服務(wù)必將面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)；第三，從數(shù)據(jù)管理來看，云存儲系統(tǒng)不僅要提供類似于POSIX的傳統(tǒng)文件訪問，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，以方便云存儲系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)的維護(hù)。
基于上述特點，云存儲平臺整體架構(gòu)可劃分為4個層次，自底向上依次是：存儲層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層以及訪問層。云存儲平臺整體架構(gòu)如圖1所示。
圖1云存儲框架
(1)存儲層
云存儲系統(tǒng)對外提供多種不同的存儲服務(wù)，各種服務(wù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在云存儲系統(tǒng)中，形成一個海量數(shù)據(jù)池。從大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后臺數(shù)據(jù)組織方式來看，傳統(tǒng)基于單服務(wù)器的數(shù)據(jù)組織難以滿足廣域網(wǎng)多用戶條件下的吞吐性能和存儲容量需求；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，基于多存儲服務(wù)器的數(shù)據(jù)組織方法能夠更好滿足在線存儲服務(wù)的應(yīng)用需求，在用戶規(guī)模較大時，構(gòu)建分布式數(shù)據(jù)中心能夠為不同地理區(qū)域的用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量。
云存儲的存儲層將不同類型的存儲設(shè)備互連起來，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，同時實現(xiàn)對存儲設(shè)備的集中管理、狀態(tài)監(jiān)控以及容量的動態(tài)擴(kuò)展，實質(zhì)是一種面向服務(wù)的分布式存儲系統(tǒng)。
(2)基礎(chǔ)管理層
云存儲系統(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。通過設(shè)計統(tǒng)一的用戶管理、安全管理、副本管理及策略管理等公共數(shù)據(jù)管理功能，將底層存儲與上層應(yīng)用無縫銜接起來，實現(xiàn)多存儲設(shè)備之間的協(xié)同工作，以更好的性能對外提供多種服務(wù)。
(3)應(yīng)用接口層
應(yīng)用接口層是云存儲平臺中可以靈活擴(kuò)展的、直接面向用戶的部分。根據(jù)用戶需求，可以開發(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)存儲服務(wù)、空間租賃服務(wù)、公共資源服務(wù)、多用戶數(shù)據(jù)共享服務(wù)、數(shù)據(jù)備份服務(wù)等。
(4)訪問層
通過訪問層，任何一個授權(quán)用戶都可以在任何地方，使用一臺聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)的公用應(yīng)用接口來登錄云存儲平臺，享受云存儲服務(wù)。
2云存儲技術(shù)的優(yōu)勢
作為新興的存儲技術(shù)，與傳統(tǒng)的購買存儲設(shè)備和部署存儲軟件相比，云存儲方式存在以下優(yōu)點：
(1)成本低、見效快
傳統(tǒng)的購買存儲設(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置硬件設(shè)備、搭建平臺。軟件開發(fā)則經(jīng)過漫長的可行性分析、需求調(diào)研、軟件設(shè)計、編碼、測試這一過程。往往在軟件開發(fā)完成以后，業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化，不得不對軟件進(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。在云存儲方式下，企業(yè)除了配置必要的終端設(shè)備接收存儲服務(wù)外，不需要投入額外的資金來搭建平臺。企業(yè)只需按用戶數(shù)分期租用服務(wù)，規(guī)避了一次性投資的風(fēng)險，降低了使用成本，而且對于選定的服務(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)需要配備專業(yè)的IT人員進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)，由此帶來技術(shù)和資金成本。云存儲模式下，維護(hù)工作以及系統(tǒng)的更新升級都由云存儲服務(wù)提供商完成，企業(yè)能夠以最低的成本享受到最新最專業(yè)的服務(wù)。
(3)方式靈活
傳統(tǒng)的購買和定制模式下，一旦完成資金的一次性投入，系統(tǒng)無法在后續(xù)使用中動態(tài)調(diào)整。隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，落后的硬件平臺難以處置；隨著業(yè)務(wù)需求的不斷變化，軟件需要不斷地更新升級甚至重構(gòu)來與之相適應(yīng)，導(dǎo)致維護(hù)成本高昂，很容易發(fā)展到不可控的程度。而云存儲方式一般按照客戶數(shù)、使用時間、服務(wù)項目進(jìn)行收費。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，隨時調(diào)整其租用服務(wù)方式，真正做到“按需使用”。
3云存儲技術(shù)趨勢
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)的廣泛運用，以及存儲虛擬化技術(shù)的完善，云存儲在技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，以“用戶創(chuàng)造內(nèi)容”和“分享”為精神的Web2.0推動了全網(wǎng)域用戶對在線服務(wù)的認(rèn)知。
從未來云存儲的發(fā)展趨勢來看，云存儲系統(tǒng)主要還需從安全性、便攜性及數(shù)據(jù)訪問等角度進(jìn)行改進(jìn)。
(1)安全性
從云計算誕生，安全性一直是企業(yè)實施云計算首要考慮的問題之一。同樣在云存儲方面，安全仍是首要考慮的問題，對于想要進(jìn)行云存儲的客戶來說，安全性通常是首要的商業(yè)考慮和技術(shù)考慮。但是許多用戶對云存儲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，面對如此高的不現(xiàn)實的安全要求，許多大型、可信賴的云存儲廠商也在努力滿足它們的要求，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�，F(xiàn)在用戶可以發(fā)現(xiàn)，云存儲具有更少的安全漏洞和更高的安全環(huán)節(jié)，云存儲所能提供的安全性水平要比用戶自己的數(shù)據(jù)中心所能提供的安全水平還要高。
(2)便攜性
一些用戶在托管存儲的時候還要考慮數(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。有的云存儲結(jié)合了強大的便攜功能，可以將整個數(shù)據(jù)集傳送到你所選擇的任何媒介，甚至是專門的存儲設(shè)備。
(3)性能和可用性
過去的一些托管存儲和遠(yuǎn)程存儲總是存在著延遲時間過長的問題。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。最新一代云存儲有突破性的成就，體現(xiàn)在客戶端或本地設(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)延遲問題。通過本地高速緩存，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)像本地存儲那樣快速反應(yīng)。通過一個本地NAS網(wǎng)關(guān)，云存儲甚至可以模仿終端NAS設(shè)備的可用性、性能和可視性，同時將數(shù)據(jù)予以遠(yuǎn)程保護(hù)。隨著云存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，各廠商仍將繼續(xù)努力實現(xiàn)容量優(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)訪問
現(xiàn)有對云存儲技術(shù)的疑慮還在于，如果執(zhí)行大規(guī)模數(shù)據(jù)請求或數(shù)據(jù)恢復(fù)操作，那么云存儲是否可提供足夠的訪問性。在未來的技術(shù)條件下，此點大可不必?fù)?dān)心，現(xiàn)有的廠商可以將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺魏晤愋偷拿浇椋蓪?shù)據(jù)直接傳送給企業(yè)，且其速度之快相當(dāng)于復(fù)制、粘貼操作。另外，云存儲廠商還可以提供一套組件，在完全本地化的系統(tǒng)上模仿云地址，讓本地NAS網(wǎng)關(guān)設(shè)備繼續(xù)正常運行而無需重新設(shè)置。未來，如果大型廠商構(gòu)建了更多的地區(qū)性設(shè)施，那么數(shù)據(jù)傳輸將更加迅捷。如此一來，即便是客戶本地數(shù)據(jù)發(fā)生了災(zāi)難性的損失，云存儲廠商也可以將數(shù)據(jù)重新快速傳輸給客戶數(shù)據(jù)中心。
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