【文章內(nèi)容簡介】 必須連接到主機(jī)，獲得適當(dāng)?shù)臋?quán)限后才能訪問數(shù)據(jù)。 （ 2） 存儲資源共享 —— 對等計算 無須經(jīng)由服務(wù)器，將一臺計算機(jī)連接到另一臺計算機(jī) ， 導(dǎo)致了 P2P對等計算的發(fā)展。在 P2P網(wǎng)絡(luò)中沒有主機(jī)，所有的通信不再經(jīng)由主服務(wù)器，計算機(jī)平等運(yùn)行，所有的數(shù)據(jù)分散存儲到對等的節(jié)點(diǎn)上，提高了通信效率 ， 易于進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享。 （ 3） 存儲與計算的分布式化 個人電腦能 的 計算和存儲的資源很大一部分沒有得到較好的利用 ， 分布式計算能很好的利用這些資源。當(dāng)一臺計算用于某個分布式項目時 ，需要在機(jī)器上安裝軟件，它會利用空閑的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與運(yùn)算并定期傳送到分布式計算網(wǎng)絡(luò)中與該項目中的其它計算合并結(jié)果。只要有足夠的計算機(jī)參與， 這種 做法足以比擬更大的主機(jī)和超級計算機(jī)的處理能力 ， 用戶可以共享文件并同時在相同的文件上工作。 （ 4） 云計算 —— 瘦客戶端下的計算與存儲 隨著手持設(shè)備的發(fā)展，云計算的產(chǎn)生使得在瘦客戶端 —— 沒有多少計算力和存儲空間的接入設(shè)備上，也能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的處理 [8]。 更深入的來看存儲技術(shù)的發(fā)展。由于單機(jī)存儲方案無法滿足數(shù)據(jù)拓展和協(xié)作性，而產(chǎn)生了分布式存儲系統(tǒng) [10]。分布式存儲 系統(tǒng) 是 基于硬件的存儲技術(shù) ， 由于 其 較大的成本和較差的靈活性而逐漸被大型企業(yè)放棄 [9]。云存儲是一種新的分布式存儲模式 ， 具有廉價、高可靠性和安全性的優(yōu)點(diǎn) [7,9,11,12]， 成為未來最值得期待推廣和應(yīng)用的技術(shù)之一 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 云存儲這個概念一經(jīng)提出，就得到了眾多廠商的支持和關(guān)注 [13]。 Amazon公司推出彈性塊存儲技術(shù)支持?jǐn)?shù)據(jù)持久性存儲； Google推出在線存儲服務(wù) GDrive；內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商 CDNetworks和云存儲平臺服務(wù)商 Nirvanix結(jié)成戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，提供云存儲和內(nèi)容傳送服務(wù)集 成平臺； EMC公司收購 Berkeley Data Systems，取得該公司的 Mozy在線服務(wù)軟件，并開展 SaaS業(yè)務(wù)； Microsoft公司推出 Windows Azure，并在美國各地建立龐大的數(shù)據(jù)中心；IBM也將云計算標(biāo)準(zhǔn)作為全球備份中心擴(kuò)展方案的一部分。 目前有近百種云存儲系統(tǒng)。一些系統(tǒng)有明確的關(guān)注點(diǎn)，如存儲網(wǎng)絡(luò)電子郵件信息或者數(shù)字圖片。其它一些用來存儲所有形式的數(shù)字文件。一些云存儲系統(tǒng)是小規(guī)模操作的，其它一些是超大集群的以至于物理設(shè)備能填滿整個倉庫。 盡管對于云存儲來說有很多優(yōu)勢值得我們選擇和研究， 然而云存儲仍面臨著許多技術(shù)的難題，特別是安全性。圖 [13]，可以看出安全、控制和性能等問題是關(guān)注的焦點(diǎn)。有效的控制和性能反映出用戶對于云存儲可用性的期待。目前云存儲研究的熱點(diǎn)仍集中在安全性、可用性、可靠性三個方面。云存儲安全特別是用戶數(shù)據(jù)的隱私問題，即服務(wù)商也不能得到用戶的數(shù)據(jù)，至今沒有較好的解決方案。 圖 云存儲的關(guān)注調(diào)查 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 2云存儲的概念 云存儲是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能 , 將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備 通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作 , 共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。云存儲系統(tǒng)以傳統(tǒng)的分布式存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高吞吐率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，一方面高效地整合管理網(wǎng)絡(luò)存儲資源，另一方面對外提供友好的接口，發(fā)布便捷的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲服務(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) [12]。 云存儲不是存儲 , 而是服務(wù) 。 使用者使用云存儲，并不是使用某一個存儲設(shè)備，而是使用整個云存儲系統(tǒng)帶來的一種數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。云 存儲的核心是應(yīng)用軟件與存儲設(shè)備相結(jié)合，通過應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備向存儲服務(wù)的轉(zhuǎn)變 [13]。 相比于傳統(tǒng)的集中存儲方式，云存儲系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢： （ 1）更容易擴(kuò)容 (包括帶寬 ) 云存儲的 擴(kuò)容過程將變得簡單：新設(shè)備僅需安裝操作系統(tǒng)及云存儲軟件后，打開電源接上網(wǎng)絡(luò)，云存儲系統(tǒng)便能自動識別，自動把容量加入存儲池中完成擴(kuò)展。相比傳統(tǒng)的存儲擴(kuò)容，云存儲架構(gòu)采用的是并行擴(kuò)容方式，即當(dāng)容量不夠時，采購新的存儲服務(wù)器即可，擴(kuò)容環(huán)節(jié)無任何限制。 （ 2）更易于管理 在 傳統(tǒng) 存儲系統(tǒng)管理中，管理人員需要面對 不同的存儲設(shè)備不同的管理界面，要了解每個存儲的使用狀況 ， 工作復(fù)雜而繁重 ，當(dāng) 傳硬盤或是存儲服務(wù)器損壞時，讀寫 效率 會降低，數(shù)據(jù)很可能丟失 ； 而云存儲沒有這個困擾，硬盤壞掉，數(shù)據(jù)會自動遷移到別的硬盤，不需要立即更換硬盤，大大減輕了管理人員的工作負(fù)擔(dān)。對云存儲來說，管理人員只要在整體硬盤容量快用完時， 按需 采購服務(wù)器即可，通過一個統(tǒng)一管理界面監(jiān)控每臺存儲服務(wù)器的使用狀況，使得維護(hù)變得簡單和易操作。 （ 3）成本更低廉 傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)對硬盤 的 要求近乎苛刻，必須同 廠家 、同容量、同型號，否則系統(tǒng)很容易出問題。面對升級換代較快的 IT產(chǎn)業(yè)，硬盤在使用 2～ 3年后很難找到同型號產(chǎn)品更換。而 云存儲沒有這個問題，云存儲系統(tǒng) 中 不同的硬盤可以一起工作，既可以實(shí)現(xiàn)原有硬件的利舊保護(hù)投入，又可以實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新設(shè)備的快速更新，合理搭配、可持續(xù)發(fā)展。 且 云存武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 儲系統(tǒng)中所采用的存儲及服務(wù)器設(shè)備均是性價比較高的設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)長久合作關(guān)系下，設(shè)備商采購的穩(wěn)定渠道，便于實(shí)現(xiàn)對成本及服務(wù)質(zhì)量的控制。 （ 4）數(shù)據(jù)更安全，服務(wù)不中斷 傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)會因?yàn)橛布p壞而導(dǎo)致服務(wù)停止，雖然可以設(shè)計全冗余的環(huán)境 ， 但成本相對太高且工作 復(fù)雜 。云存儲系統(tǒng)則不同，它可 通過 將文件和數(shù)據(jù)保存在不 同的存儲節(jié)點(diǎn)， 避免了單一硬件損壞帶來的數(shù)據(jù)不可用。云存儲系統(tǒng)知道文件存放的位置，在硬件發(fā)生損壞時，云存儲系統(tǒng)會自動將讀寫指令導(dǎo)向存放在另一臺存儲服務(wù)器上的文件，保持服務(wù)的繼續(xù)。 另外， 傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)在升級時，往往需要把舊的存儲設(shè)備文件備份出來后，停機(jī)換上新的存儲設(shè)備，這通常會導(dǎo)致服務(wù)的短暫停止。云存儲并不單獨(dú)依賴一臺存儲服務(wù)器，因此存儲服務(wù)器硬件的更新、升級并不會影響存儲服務(wù)的提供，系統(tǒng)會將舊存儲服務(wù)器上的文件遷移到別的存儲服務(wù)器，等新的存儲服務(wù)器上線后，文件會再遷移回來。 從整體來看， 云計算系統(tǒng)可以認(rèn)為是以數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算為中心的系統(tǒng)。云計算的設(shè)計方向是將在不同地域 的 各種計算資源，通過虛擬化方式統(tǒng)一到龐大的計算資源 “ 云 ”系統(tǒng)中來。云系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配、協(xié)調(diào)、處理來自不同客戶的運(yùn)算需求，通過云系統(tǒng)計算后對外輸出運(yùn)算結(jié)果。云計算的一個核心理念就是通過不斷提高 “ 云 ” 的處理能力 ， 進(jìn)而減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān) ， 最終使用戶終端簡化成一個單純的輸入輸出設(shè)備 ， 并能按需享受“ 云 ” 的強(qiáng)大計算處理能力。通過云計算技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi)，處理數(shù)以千萬計甚至億計的信息，達(dá)到和 “ 超級計算機(jī) ” 同樣強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 功能。 云計算系統(tǒng)不但能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，系統(tǒng)中還有大量的存儲陣列設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對計算數(shù)據(jù)的保存和管理。在云計算系統(tǒng)中配置相應(yīng)的存儲設(shè)備，該計算系統(tǒng)即擁有了云存儲系統(tǒng)功能。由此可以理解 ， 云存儲是云計算系統(tǒng)的延伸，是配置了大容量存儲空間的云計算系統(tǒng) ， 可以說云存儲是云計算服務(wù)的一種，即 SaaS[13](storage as a service，存儲即服務(wù) )， 甚至可以說，利用云計算系統(tǒng)來建立存儲系統(tǒng)，此時的云存儲概念相當(dāng)于一個云計算服務(wù)，它往往稱之為“存儲云”。如亞馬遜的 S3服務(wù)，我們可以利用它來建立另外一個存儲系統(tǒng)， S3服務(wù)本身就是云服務(wù)，所以這樣的系統(tǒng)可以稱為云存儲。 架構(gòu)模型 云存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型由 4層組成，如圖 。 （ 1）存儲層 存儲層是云存儲最基礎(chǔ)的部分。數(shù)量龐大的云存儲設(shè)備分布在不同地域，彼此之間通過廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者 FC光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接。各存儲設(shè)備上都安裝有統(tǒng)一的存儲設(shè)備管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備的邏輯虛擬化管理、集中管理、多鏈路冗余管理以及硬件設(shè)備的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)升級等。 （ 2）基礎(chǔ)管理層 基礎(chǔ)管理層是云存儲最核心的部分，也是云存儲中最難以實(shí)現(xiàn)的部分。應(yīng)用接口層通過集群系統(tǒng)、分 布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)格計算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云存儲中多個存儲設(shè)備之間的協(xié)同工作，使多個的存儲設(shè)備可以對外提供同一種服務(wù)，并提供更大、更強(qiáng)、更好的數(shù)據(jù)訪問性能。云存儲系統(tǒng)通過集群文件 操作系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)后端存儲設(shè)備的集群工作，并通過系統(tǒng)的控制單元和管理單元實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理，數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理，處理結(jié)果的反饋。可利用 CDN內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)、 P2P數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等保證云存儲中的數(shù)據(jù)可以更有效地存儲，使用和占用更少的空間以及更低的傳輸帶寬，從而對外提供更高效的服務(wù)。數(shù)據(jù)加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲和傳輸過程中的安全性。數(shù)據(jù)備份和容 災(zāi)技術(shù)可保證云存儲中的數(shù)據(jù)多份保存不會丟失，保證云存儲數(shù)據(jù)自身的安全和穩(wěn)定。 （ 3）應(yīng)用接口層 應(yīng)用接口層是云存儲最靈活多變的部分。不同的云存儲運(yùn)營單位可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)類型，開發(fā)不同的應(yīng)用服務(wù)接口，提供不同的應(yīng)用服務(wù)。任何一個授權(quán)用戶通過網(wǎng)絡(luò)接入、用戶認(rèn)證和權(quán)限管理接口的方式來登入云存儲系統(tǒng)，都可以享受云存儲服務(wù)。 （ 4）訪問層 云存儲運(yùn)營單位不同，提供的訪問類型和訪問手段也不同。云存儲使用者采用的應(yīng)用軟件客戶端不同，享受到的服務(wù)類型也不同，比如個人空間租賃服務(wù)、運(yùn)營商空間租賃服務(wù)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程容災(zāi)和遠(yuǎn)程備份、 視頻監(jiān)控應(yīng)用平臺、 IPTV和視頻點(diǎn)播應(yīng)用平臺、網(wǎng)絡(luò)硬盤引用平臺，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份應(yīng)用平臺等。 圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 3云存儲的關(guān)鍵技術(shù) 技術(shù) 通過存儲虛擬化方法，把不同廠商、不同型號、不同通信技術(shù)、不同類型的存儲設(shè)備互聯(lián)起來，將系統(tǒng)中各種異構(gòu)的存儲設(shè)備映射為一個統(tǒng)一的存儲資源池。存儲虛擬化技術(shù)能夠?qū)Υ鎯Y源進(jìn)行統(tǒng)一分配管理，又可以屏蔽存儲實(shí)體間的物理位置以及異構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)了資源對用戶的透明性，降低了構(gòu)建、管理和 維 護(hù)資源的成本，從而提升云存儲系統(tǒng)的資源利用率?？傮w來說，存儲虛擬化技術(shù)可概括 為基于主機(jī)虛擬化、基于存儲設(shè)備虛擬化和基于存儲網(wǎng)絡(luò)虛擬化三種技術(shù)。 用表格的方式對三種存儲虛擬化技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)、適應(yīng)場景等進(jìn)行了分析對比，結(jié)果如下： 表 存儲虛擬化技術(shù)對比 實(shí)現(xiàn)層面 主機(jī) 網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備 優(yōu)點(diǎn) 支持異構(gòu)的存儲系統(tǒng)； 不需要額外的硬件支持，便于部署 。 不占用主機(jī)資源； 技術(shù)成熟度高，容易實(shí)施 。 架構(gòu)合理， 不占用主機(jī)資源；數(shù)據(jù)管理功能豐富 ,技術(shù)成熟度高。 缺點(diǎn) 占用主機(jī)資源，降低應(yīng)用性能； 存在越權(quán)訪問的數(shù)據(jù)安全隱患 ；主機(jī)數(shù)量越多，管理成本越高。 消耗 存儲控制器 資源；存儲設(shè)備兼容性需要嚴(yán)格 驗(yàn)證；原有的磁盤陣列的高級存儲功能將不能使用。 受制于存儲控制器接口資源，虛擬化能力較弱；異構(gòu)廠家存儲設(shè)備的高級存儲功能將不能使用。 主要用途 使服務(wù)器的存儲空間可以跨越多個異構(gòu)磁盤陣列，常用于在不同磁盤陣列之間做鏡像保護(hù)。 異構(gòu)存儲系統(tǒng)整合和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理（災(zāi)備） 異構(gòu)存儲系統(tǒng)整合和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理（災(zāi)備） 適用場景 主機(jī)采用 SF 卷管理，需要新接多臺存儲設(shè)備；存儲系統(tǒng)中包含異構(gòu)陣列設(shè)備；業(yè)務(wù)持續(xù)能力與數(shù)據(jù)吞吐要求較高。 系統(tǒng)包括不同品牌和型號的主機(jī)和存儲設(shè)備；對數(shù)據(jù)無縫遷移及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換有較高時間性保證。 系統(tǒng)中包括自帶虛擬化功能的高端存儲設(shè)備與若干需要利舊的中低端存儲。 不適用場景 主機(jī)數(shù)量大，采用 SF 會涉及高昂的費(fèi)用；待遷入系統(tǒng)數(shù)據(jù)量過大，如果只能采用存儲級遷移方式，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換將耗費(fèi)大量時間和人力。 對業(yè)務(wù)持續(xù)性能力和穩(wěn)定性要求苛刻。 需要新購機(jī)頭時，費(fèi)用較高；存在更高端的存儲設(shè)備。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ 1）基于主機(jī)的虛擬化 其核心技術(shù)是通過增加一個運(yùn)行在操作系統(tǒng)下的邏輯卷管理軟件將磁盤上的物理塊號映射成邏輯卷號，并以此實(shí)現(xiàn)把多個物理磁盤陣列映射成一個統(tǒng)一的虛擬的邏輯存儲空間（邏輯塊）實(shí)現(xiàn)存儲虛擬化的控制和管理。 （ 2）基于存儲設(shè)備虛擬化 該技術(shù) 依賴于提供相關(guān)功能的存儲設(shè)備的陣列控制器模塊，常見于高端存儲設(shè)備，其主要應(yīng)用針對異構(gòu)的 SAN存儲構(gòu)架。 （ 3）基于存儲網(wǎng)絡(luò)虛擬化 該 的技術(shù)的核心是在存儲區(qū)域網(wǎng)中增加虛擬化引擎實(shí)現(xiàn)存儲資源的集中管理，其具體實(shí)施一般是通過具有虛擬化支持能力的路由器或交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。存儲網(wǎng)絡(luò)虛擬化又可以分為帶內(nèi)虛擬化與帶外虛擬化兩類，二者主要的區(qū)別在于：帶內(nèi)虛擬化使用同一數(shù)據(jù)通道傳送存儲數(shù)據(jù)和控制信號，而帶外虛擬化使用不同的通道傳送數(shù)據(jù)和命令信息。 技術(shù) 分布式存儲是通過網(wǎng)絡(luò)使用服務(wù)商 提供的各個存儲設(shè)備上的存儲空間，并將這些分散的存儲資源構(gòu)成一個虛擬的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)分散的存儲在各個存儲設(shè)備上。先進(jìn)的分布式存儲系統(tǒng)必須具備 以下 特性：高性能、高可靠性、高可擴(kuò)展性、透明性以及自治性。目前比較流行的分布式存儲技術(shù)為：分布式塊存儲、分布式文件系統(tǒng)存儲、分布式對象存儲和分布式表存儲。 （ 1） 分布式塊存儲 塊存儲就是服務(wù)器直接通過讀寫存儲空間中的一個或一段地址來存取數(shù)據(jù)。由于采用直接讀寫磁盤空間來訪問數(shù)據(jù)，相