第7 章云存储

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第7章 云存储

《云计算导论：概念架构与应用》

21世纪高等院校云计算和大数据人才培养规划教材

人民邮电出版社

第7 章云存储

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内容导航
CONTENTS

7.1	概述
7.2	结构模型
7.3	云存储架构
7.4	云存储类型及其适合的应用
7.5	关键技术
7.6	典型的云存储服务

7.1 概述

第7 章云存储

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云存储（Cloud Storage）的概念与云计算类似，它是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功 能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业 务访问功能的一个系统。

用户使用云存储，并不是使用某一个存储设备，而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。云 存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变，是一个以数 据存储和管理为核心的云计算系统。

当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设 备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系 统。

云存储这个概念一经提出，就得到了众多厂商的支持和关注。Amazon公司推出 “简单存储服务”（Simple Storage Service，S3）技术支持数据持久性存储； Google推出在线存储服务Gdrive。

7.1 概述

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云存储系统的通用特征

（1）易管理

（2）高可扩展性

（3）低成本

（4）多租户

（5）无接入限制

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7.2 结构模型

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云存储系统与传统存储系统相比，具有如下不同：

• 从功能需求来看，云存储系统面向多种类型的网络在线存储服务，而传统存储系统则面向如高性 能计算、事务处理等应用

• 从性能需求来看，云存储服务首先需要考虑的是数据的安全、可靠、效率等指标，而且由于用户规 模大、服务范围广、网络环境复杂多变等特点，实现高质量的云存储服务必将面临更大的技术挑战

• 从数据管理来看，云存储系统不仅要提供类似于POSIX的传统文件访问，还要能够支持海量数据 管理并提供公共服务支撑功能，以方便云存储系统后台数据的维护。

7.2 结构模型

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与传统的存储设备相比，云存储不仅仅是 一个硬件，而是一个由网络设备、存储设备、服 务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户 端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以 存储设备为核心，通过应用软件来对外提供数 据存储和业务访问服务。

• 存储层：云存储最基础的部分。

• 基础管理层：云存储最核心的部分，也是云 存储中最难以实现的部分。

• 应用接口层：不同的云存储运营单位可以根 据实际业务类型，开发不同的应用服务接 口，提供不同的应用服务。

• 访问层：任何一个授权用户都可以通过标准 的公用应用接口来登录云存储系统，享受云 存储服务。

云存储的结构模型

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7.2	结构模型
7.3	云存储架构
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7.5	关键技术
7.6	典型的云存储服务

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7.3 云存储架构

云存储架构可以分为两大类：紧耦合对称架构和松耦合非对称架构。传统的存储系统利用紧 耦合对称架构，这种架构的设计旨在解决HPC（高性能计算、超级运算）问题，现在其正在向外扩 展成为云存储，从而满足快速呈现的市场需求。新的存储系统已经采用了松弛耦合非对称架构，集 中元数据和控制操作，这种架构并不非常适合高性能HPC，但是这种设计旨在解决云部署的大容 量存储需求。

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7.3 云存储架构

紧耦合对称（TCS）架构

• 构建TCS系统是为了解决单一文件性能所面 临的挑战，这种挑战限制了传统NAS系统的 发展。HPC系统所具有的优势迅速压倒了存 储，因为它们需要的单一文件I/O操作要比单 一设备的I/O操作多得多。为了解决这一问题， 业内创建了TCS架构的产品，很多节点同时 伴随着分布式锁管理（锁定文件不同部分的 写操作）和缓存一致性功能。

这种解决方案对于单文件吞吐量问题很有 效，已经在很多HPC客户中得到了广泛应 用，同时也很先进，需要一定程度的技术经 验才能安装和使用。

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松弛耦合非对称（LCA）架构

LCA系统采用不同的方法来向外扩展，它不是通 过执行某个策略来使每个节点知道每个行动所 执行的操作，而是利用一个数据路径之外的中 央元数据控制服务器。

• 节点可以利用不同的商品硬件CPU和存储配 置，而且仍然在云存储中发挥作用。

• 用户可以通过利用硬件性能或虚拟化实例来 调整云存储。

• 消除节点之间共享的大量状态开销可以消除 用户计算机互联的需要，进一步降低成本。

• 异构硬件的混合和匹配使用户能够在需要的 时候在当前经济规模的基础上扩大存储。

• 存储节点可以旋转地进行深层次应用程序归 档，而且在控制节点上，元数据经常都是可用

的。