云计算分布式容错技术研究

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摘要：伴随云计算和物联网等技术受到推广和使用，以往的存储阵列早已不能达到飞速增长的数据存储需要。分布式存储拥有超规模的数据处置能力，同时无论是扩展性、可靠性还是成本上均表现得极为出色，渐渐变成了公有云存储的主流产品。此外，为提升云计算的运行效率，本文提出了云计算存储的架构和容错技术，并加以探究，论证了其达成过程和重要技术。通过实验发现，该容错技术性能优良。

关键词：云计算；传统存储；分布式存储；容错技术

科学技术的飞速发展，云计算模型也在持续健全，当下云计算的发展已经成熟且受到广泛使用。云计算作为一类资源共享的商业计算模型，每天要接受的数据量很多，并且数据化量还在持续增加，给计算环境中的分布式存储带来了很大的威胁。分布式存储的重要技术是云计算的主要构成部分，它所存在的问题将会成为云计算发展和推广的阻碍。本文将对该技术加以分析。

1云计算技术

（1）作为服务的云计算技术是信息技术

IaaS是计算服务提供方式之一，它就像水、电、气的供应一样，只要拧一下龙头或开关，不需要自己就可以建造复杂的管线和线路。优秀的云计算平台可以把目前的软件作用有效发挥，提供设备性能，在消费IT服务时，跟消费水、电、气同样便利。云技术主要包含IaaS、PaaS、SaaS三种模式。使用云计算技术，用户可以在基于Web的平台上进行操作，无论何时，无论何时，只要能连接互联网，任何地方都可以使用终端设备，能够访问所需的程序和文件，以链接到数据，处理工作任务。

（2）虚拟化技术

目前计算机硬件设备发展迅速，尽管设备不错，但性能也在提高，但是无法提升资源使用率，借用虚拟化技术，可以重新分配资源。软件技术可模仿硬件设施，可以在一台或是多台设备上运转，使该计算机的资源使用增加，在此之前可能需要五台机器来运行的程序，仅用一台计算机就能运行，极大地节约了能源。云的概念主要是用虚拟化技术向用户提供一台机器，其功能与实际设备相同，使用者不必知道这种机器的位置，也不必担心如何管理和维护，管理人员可以根据用户的需要提供服务。一般而言，Virtualization是一种资源管控技术，存储空间、硬件、计算机软件等资源重新配置时，原来每个设备只能提供给一位用户使用，但Virtualization可以分开这些资源，使资源得以充分利用。

2云计算下分布式存储安全性面临的问题

在云计算基础上，分布式存储技术以“云”为根本，有自身特征，首先，大量数据集中存储在多个数据中心，这给数据中心的存储空间带来了巨大的挑战。与此同时，云服务消费者需要从数据中心读取和写入数据，这使得数据访问成为更大的瓶颈。为尽可能地提高空间利用率，加快数据存取速度，减少数据中心中传输带宽的压力，一定要有个小冗余，该容错技术可以极大地节省带宽资源。网络编码容错技术的出现，为满足上述需求提供了可能。但是在前面章节的介绍中可以看到，以网络编码为基础的容错技术可以从网络中获取足够的数据块，能够将系统存储的原始数据恢复到原来状态，这个特性提高了系统的可靠性，再次成为系统的安全瓶颈。在云计算环境下，数据中心网络相互依赖、相互连接，因此必须将数据中心向外开放，而数据中心之间又常常是地理距离较远的，很难控制数据中心中所有存储节点的情况，这一特点还使攻击者能够轻松地利用数据中心的开放以实现对“云”的攻击。所以在云计算环境中，分布存储器数据中心网络结构不但要保证传输的可靠性和效率，还要保证网络设备的安全可控；将容错技术应用于分布式存储，同时具有较小的冗余高可靠性，具有节约带宽、同时要保证安全，防止仿冒、串谋等攻击。针对这一问题，本文提出了一套安全容错系统的设计方案，该系统包括数据中心网络安全架构和安全容错编码，以保证云计算环境下分布式存储数据的安全可靠。

3云计算下分布式存储关键技术架构

（1）将服务器当作数据中心

还可以将服务器用作数据中心，而将服务器用作数据中心的机制与将交换机用作数据中心的机制完全不同。该服务器并非专用数据存储设备，其作用是在与因特网设备相连的前提下，对因特网上的数据进行转发。与用于数据中心的交换机相比，显然，使用服务器作为数据中心更简单，但是，把服务器当作数据中心来使用也存在严重的问题，也就是说，它的数据链路比较长，不但减少存储效率，另外，它本身对于较小的存储空间也有一定的影响。上述两个缺点也是需要改进和创新的。

（2）将交换机作为数据核心

用作数据存储装置，交换机可连接网络系统和数据中心。接通电脑后，能够实现数据包存储、转送、处理等。把开关看成是一棵树，它包括三个部分：聚合层、边缘层和核心层。将交换机作为数据核心的利弊，是显而易见的。优势在于操作简单，与服务器连接后更易扩散。不足在于存储数量少，已经跟不上时代。必须将其存储空间和灵活性加以优化。

（3）结合交换机和服务器优点

将交换机与服务器混合在一起，机理如下：首先，将交换机作为连接实时网络系统和数据中心，在数据包上继续存储，传送与处理，将带有Internet设备的服务器作为次要对象，它还有助于交换机处理数据包、转发和存储工作，这使得以服务器为数据中心、以交换机为数据中心的优势得以最大化地发挥出来，与此同时，如果能将这两个中心作为数据中心，数据存储空间将获得补充，弥补数据存储效率不高、数据链路过长等缺陷，对云计算的发展是非常有用的。

4系统试验

（1）密钥整体架构

密钥服务器客户端由三部分构成：交互模块、存储模块和运算模块，下面介绍三个模块的功能。交互模块：交互模块主要有两种，第一种，负责与系统中的密码模块互动，获得密钥服务器的密钥并将认证所需信息提供给密码模块；第二种，负责将数据传输到客户端的存储模块和运算模块。存储模块：存储模块负责存储密胡的密钥、验证信息和分享秘密。运算模块：运算模块会共享秘密和为交互模块供应所需的运算技术。

（2）存储服务器客户端架构

存储服务器客户端架构类包含五部分：存储数据交互模块、编码数据存储模块、数据恢复服务器模块、身份验证信息存储模块和运算模块，以下是五个模块的功能介绍：存储数据交互模块为存储服务器和系统存储管理模块提供交互接口，从系统存储管控模块获得存储数据，同时发送到编码数据存储位置；负责将服务器作为数据恢复服务器，存储获得外加存储服务器的数据；运转过程中为保证安全性，将获得的密钥服务器共享码交到运算模块。编码数据存储模块：用于保存编码资料。数据恢复服务器模块执行数据恢复操作。身份验证信息存储模块在运行时，认证信息存储模块的功能与系统运行的安全编码算法相关，并进行安全编码，身份验证信息存储模块存储了服务器的身份验证信息，该信息用于获取密钥服务器的共享秘密。运行模块：运行模块主要用于安全编码，用于还原编码的秘密，数据恢复操作模块用来进行数据恢复操作。

（3）分布存储架构中容错技术的实现

分布存储技术是分布式存储的关键技术，是系统可用的数据容错技术，其对可靠性和数据访问效率的干扰是十分显著的。数据容错技术一般利用增多数据冗余来达成，因为冗余数据可以使失败和丢失的数据被发现，并且，存储资源耗损也在增多，所以，要确保容错能力，尽可能提升对存储资源利用率，还可以减少成本。在目前阶段，最常用的技术分为两种，一是基于容错复制技术，二是基于纠删码的容错技术。对于复制式容错技术来说，可以为一个对象创建多个数据的同一副本，而且，它所创建的多个拷贝可以分布到不同的存储节点。要使这项技术更加有效，一般情况下，以复制为基础的容错技术需要关注数据的组织和复制策略。用这些方法，海量数据对象和管理复制的方式是数据结构的主要研究对象，复制的生成时间、拷贝的数量、拷贝的位置等都是数据复制策略需要研究的问题。会有较多的因素干扰数据的复制方式，比如运用需要、网络环境、数据存取方式和存储空间，等等。在研究复制方式时，应该从复制策略入手，具体为关注并讨论拷贝的创建时间和数目，设置策略主要是改善数据的容错性能，当拷贝失败时，允许用户从其他拷贝中获取数据。容错技术以纠错码为根本，此技术源自编码技术，能够允许多个数据帧的丢失，因而可以加入存储域。通过这种方式，技术可以容忍多个数据块失效，其中，编码容错技术又是被运用最为多的。基于编码的容错技术是一种经过多个数据对象而出现的一种编码方式。这样做的目的能降低完全复制产生的存储开销。但由于计算量太大，维修费用太高是它的弊端。

5结束语

总之，科技飞速发展的今天，云不知不觉地改变了我们的生活，它以一种新的计算方式改变了世界，云计算还可以更新时调整数据环境，从而更有效链接更多数据点和网络设施。IT行业的飞速发展，带动了分布式存储技术的发展和进步，改进数据的容错能力，并使用多种节能技术减少能源损耗，其扩展性强大，在实际生活中，属于分布式存储的数据中心。

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作者:李振 单位:浙江长征职业技术学院