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云存儲技術(shù)構(gòu)架-服務(wù)器運維

2020-05-06 18:51 作者：admin

云存儲技術(shù)構(gòu)架-服務(wù)器運維

艾銻無限科技專業(yè)：IT外包、企業(yè)外包、網(wǎng)站外包、中小企業(yè)云服務(wù)平臺等北京IT外包服務(wù)
云存儲是在云計算（cloud compuTIng）概念上延伸和發(fā)展出來的一個新的概念，是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)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)訪問功能的系統(tǒng)。當云計算系統(tǒng)運算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲和管理時，云計算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲設(shè)備，那么云計算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個云存儲系統(tǒng)，所以云存儲是一個以數(shù)據(jù)存儲和管理為核心的云計算系統(tǒng)。簡單來說，云存儲就是將儲存資源放到云上供人存取的一種新興方案。使用者可以在任何時間、任何地方，透過任何可連網(wǎng)的裝置連接到云上方便地存取數(shù)據(jù)。

　　云存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型：

　　1.存儲層：
　　存儲層是云存儲最基礎(chǔ)的部分。存儲設(shè)備可以是FC光纖通道存儲設(shè)備，可以是NAS和 iSCSI等IP存儲設(shè)備，也可以是 SCSI或SAS等 DAS存儲設(shè)備。云存儲中的存儲設(shè)備往往數(shù)量龐大且分布多不同地域。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)連接在一起。存儲設(shè)備之上是一個統(tǒng)一存儲設(shè)備管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)存儲設(shè)備的邏輯虛擬化管理、多鏈路冗余管理，以及硬件設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控和故障維護。
　　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現(xiàn)的部分。基礎(chǔ)管理層通過集群、分布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)格計算等技術(shù)，實現(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)，并提供更大更強更好的數(shù)據(jù)訪問性能。CDN內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)保證云存儲中的數(shù)據(jù)不會被未授權(quán)的用戶所訪問，同時，通過各種數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)技術(shù)和措施可以保證云存儲中的數(shù)據(jù)不會丟失，保證云存儲自身的安全和穩(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。不同的云存儲運營單位可以根據(jù)實際業(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)。比如視頻監(jiān)控應(yīng)用平臺、IPTV和視頻點播應(yīng)用平臺、網(wǎng)絡(luò)硬盤應(yīng)用平臺，遠程數(shù)據(jù)備份應(yīng)用平臺等。
　　4.訪問層：
　　任何一個授權(quán)用戶都可以通過標準的公用應(yīng)用接口來登錄云存儲系統(tǒng)，享受云存儲服務(wù)。云存儲運營單位不同，云存儲提供的訪問類型和訪問手段也不同。云存儲不是存儲，而是服務(wù)
　　就如同云狀的廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)一樣，云存儲對使用者來講，不是指某一個具體的設(shè)備，而是指一個由許許多多個存儲設(shè)備和服務(wù)器所構(gòu)成的集合體。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)。所以嚴格來講，云存儲不是存儲，而是一種服務(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)用軟件來實現(xiàn)存儲設(shè)備向存儲服務(wù)的轉(zhuǎn)變。

　　云存儲系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)管理模型

　　在云存儲架構(gòu)中，根據(jù)對元數(shù)據(jù)的管理模型，可以將通用云存儲系統(tǒng)分為三種類型，即集中式元數(shù)據(jù)、分布式元數(shù)據(jù)和無元數(shù)據(jù)三種類型的系統(tǒng)。
　　1、集中式元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)

　　集中式元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)是一種典型的非對稱式系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，通常具有一個中央元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，負責元數(shù)據(jù)的存儲和處理查詢與修改請求，例如，在HDFS系統(tǒng)中，該元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器即為名字節(jié)點Namenode，同時，存在大量的數(shù)據(jù)存儲節(jié)點提供客戶I/O數(shù)據(jù)的并行存儲與訪問。這種架構(gòu)中，客戶端每次對數(shù)據(jù)流的I/O操作，都需要先向元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器進行元數(shù)據(jù)查詢，客戶端在獲得需要讀寫的數(shù)據(jù)塊物理位置等信息后，對于數(shù)據(jù)的I/O操作則直接在客戶端和數(shù)據(jù)存儲節(jié)點之間進行。相對傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)，集中元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)將控制流和數(shù)據(jù)流進行了分離，系統(tǒng)在擴展性和處理性能方面獲得了較大的提升，同時，由于元數(shù)據(jù)集中在一臺服務(wù)器上進行管理，整個系統(tǒng)架構(gòu)比較簡單，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，目前業(yè)界采用這種架構(gòu)的系統(tǒng)主要有GFS、HDFS、Lustre等。
　　不難看出，雖然集中元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)架構(gòu)簡單，但會存在兩個主要的問題：
　　性能瓶頸問題。元數(shù)據(jù)的基本特性要求任何時候?qū)τ脩魯?shù)據(jù)的訪問，都需要同步地修改元數(shù)據(jù)，由于每次I/O訪問都需要首先訪問元數(shù)據(jù)服務(wù)器，隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，需要管理的存儲節(jié)點、文件數(shù)量、I/O操作數(shù)量等都會急劇增加，而對元數(shù)據(jù)進行管理的物理服務(wù)器性能有限，從而形成性能瓶頸，這種性能瓶頸在大量小文件訪問時會更為突出。為解決這一問題，人們通常會采用更高性能的CPU，更大的內(nèi)存，并且采用SSD來加速對元數(shù)據(jù)的訪問，雖然能夠在一定程度上提升元數(shù)據(jù)訪問性能，但成本極其高昂，且提升效果有限。
　　元數(shù)據(jù)服務(wù)器單點故障問題。在集中元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的性能和可靠性完全依賴于元數(shù)據(jù)服務(wù)器，一旦元數(shù)據(jù)服務(wù)器故障，系統(tǒng)將無法提供任何服務(wù)，因此，元數(shù)據(jù)服務(wù)器就是整個系統(tǒng)中的潛在單點故障點。為解決這一問題，通常對元數(shù)據(jù)服務(wù)器采用備機形成HA解決方案來提供更高的系統(tǒng)可用性，主用服務(wù)器和備用服務(wù)器之間的元數(shù)據(jù)必須隨時同步，否則一旦主用服務(wù)器故障，則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致問題，但元數(shù)據(jù)同步操作會進一步加重了元數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能負擔，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的訪問性能受到拖累，而且也無法徹底解決腦裂問題。
　　2、分布式元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)
　　為了解決集中元數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的性能瓶頸和單點故障問題，一種改進后的分布式元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)得以出現(xiàn)，這種系統(tǒng)采用多臺元數(shù)據(jù)服務(wù)器形成集群工作的方式提供元數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，集群中的每一臺設(shè)備都可以提供元數(shù)據(jù)訪問，從而提高整體訪問性能，并且解決了元數(shù)據(jù)服務(wù)器單點故障問題。分布式云存儲系統(tǒng)需要在所有元數(shù)據(jù)存儲節(jié)點之間進行元數(shù)據(jù)同步操作，這大大增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，在同步期間往往需要進行各種加鎖，而加鎖機制的存在導(dǎo)致部分任務(wù)難以并行運行，從而拖慢了整個系統(tǒng)的性能，此外，如果元數(shù)據(jù)沒有及時得到同步，或者遭到意外破壞，則會出現(xiàn)同一文件或者對象的元數(shù)據(jù)不一致，進一步導(dǎo)致上層應(yīng)用在通過不同物理服務(wù)器訪問文件或?qū)ο髷?shù)據(jù)時出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或者讀寫錯誤的問題，這種風(fēng)險隨著云存儲系統(tǒng)規(guī)模的擴大而大幅增加，同樣，為了保證元數(shù)據(jù)同步的速度，需要采用高性能、大內(nèi)存并且配備SSD的服務(wù)器，硬件成本非常昂貴。
　　3、無元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)

　　第三種云存儲系統(tǒng)則徹底拋棄元數(shù)據(jù)，而是采用算法來對文件或?qū)ο筮M行定位，并將該算法集成在每一個存儲節(jié)點上，客戶端從任何一個存儲節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問都會獲得同樣的結(jié)果，云存儲系統(tǒng)中的每一個存儲節(jié)點都可以獨立、并行地對外提供服務(wù)，從而真正實現(xiàn)性能隨節(jié)點數(shù)增加而線性擴展，由于無需在節(jié)點間進行元數(shù)據(jù)的同步操作，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在硬件成本方面，也相對低廉，可以用較低的建設(shè)成本獲得較高的讀寫性能。
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