你了解分布式存儲系統(tǒng)嗎?分布式存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)闡述

存儲是現(xiàn)代數(shù)據(jù)儲備的基礎(chǔ)，大數(shù)據(jù)的根基更是存儲。隨著時代的發(fā)展，分布式存儲已然成為存儲的主流類型之一。為增進大家對存儲的認(rèn)識，本文將對分布式存儲系統(tǒng)以及分布式存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)予以介紹。如果你對存儲具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、分布式存儲系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)導(dǎo)致了數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，傳統(tǒng)的集中式存儲(如NAS或SAN)在容量和性能上都無法較好地滿足大數(shù)據(jù)的需求。因此，具有優(yōu)秀的可擴展能力的分布式存儲成為大數(shù)據(jù)存儲的主流架構(gòu)方式。分布式存儲多采用普通的硬件設(shè)備作為基礎(chǔ)設(shè)施，因此，單位容量的存儲成本也得到大大降低。另外，分布式存儲在性能、維護性和容災(zāi)性等方面也具有不同程度的優(yōu)勢。

分布式存儲系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題包括諸如可擴展性、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)一致性、全局命名空間緩存等，從架構(gòu)上來講，大體上可以將分布式存儲分為C/S(Client Server)架構(gòu)和P2P(Peer-to-Peer)架構(gòu)兩種。當(dāng)然，也有一些分布式存儲中會同時存在這兩種架構(gòu)方式。

分布式存儲面臨的另外一個共同問題，就是如何組織和管理成員結(jié)點，以及如何建立數(shù)據(jù)與結(jié)點之間的映射關(guān)系。成員結(jié)點的動態(tài)增加或者離開，在分布式系統(tǒng)中基本上可以算是一種常態(tài)。

EricBrewer于2000年提出的分布式系統(tǒng)設(shè)計的CAP理論指出，一個分布式系統(tǒng)不可能同時保證一致性、可用性和分區(qū)容忍性(Partitiontolerance)這3個要素。因此，任何一個分布式存儲系統(tǒng)也只能根據(jù)其具體的業(yè)務(wù)特征和具體需求，最大地優(yōu)化其中的兩個要素。當(dāng)然，除了一致性、可用性和分區(qū)容忍性這3個維度，一個分布式存儲系統(tǒng)往往會根據(jù)具體業(yè)務(wù)的不同，在特性設(shè)計上有不同的取舍，比如，是否需要緩存模塊、是否支持通用的文件系統(tǒng)接口等。

二、分布式存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(一)元數(shù)據(jù)管理

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，元數(shù)據(jù)的體量也非常大，元數(shù)據(jù)的存取性能是整個分布式文件系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。常見的元數(shù)據(jù)管理可以分為集中式和分布式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)。集中式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)采用單一的元數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)簡單.但是存在單點故障等問題。分布式元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)則將元數(shù)據(jù)分散在多個結(jié)點上.進而解決了元數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能瓶頸等問題.并提高了元數(shù)據(jù)管理架構(gòu)的可擴展性，但實現(xiàn)較為復(fù)雜，并引入了元數(shù)據(jù)一致性的問題。另外，還有一種無元數(shù)據(jù)服務(wù)器的分布式架構(gòu)，通過在線算法組織數(shù)據(jù)，不需要專用的元數(shù)據(jù)服務(wù)器。但是該架構(gòu)對數(shù)據(jù)一致性的保障很困難.實現(xiàn)較為復(fù)雜。文件目錄遍歷操作效率低下，并且缺乏文件系統(tǒng)全局監(jiān)控管理功能。

(二)系統(tǒng)彈性擴展技術(shù)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，數(shù)據(jù)規(guī)模和復(fù)雜度的增加往往非常迅速，對系統(tǒng)的擴展性能要求較高。實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的高可擴展性首先要解決兩個方面的重要問題，包含元數(shù)據(jù)的分配和數(shù)據(jù)的透明遷移。元數(shù)據(jù)的分配主要通過靜態(tài)子樹劃分技術(shù)實現(xiàn)，后者則側(cè)重數(shù)據(jù)遷移算法的優(yōu)化。此外，大數(shù)據(jù)存儲體系規(guī)模龐大，結(jié)點失效率高，因此還需要完成一定的自適應(yīng)管理功能。系統(tǒng)必須能夠根據(jù)數(shù)據(jù)量和計算的工作量估算所需要的結(jié)點個數(shù)，并動態(tài)地將數(shù)據(jù)在結(jié)點間遷移。以實現(xiàn)負(fù)載均衡;同時，結(jié)點失效時，數(shù)據(jù)必須可以通過副本等機制進行恢復(fù)，不能對上層應(yīng)用產(chǎn)生影響。

(三)存儲層級內(nèi)的優(yōu)化技術(shù)

構(gòu)建存儲系統(tǒng)時.需要基于成本和性能來考慮，因此存儲系統(tǒng)通常采用多層不同性價比的存儲器件組成存儲層次結(jié)構(gòu)。大數(shù)據(jù)的規(guī)模大，因此構(gòu)建高效合理的存儲層次結(jié)構(gòu)，可以在保證系統(tǒng)性能的前提下，降低系統(tǒng)能耗和構(gòu)建成本，利用數(shù)據(jù)訪問局部性原理.可以從兩個方面對存儲層次結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。從提高性能的角度，可以通過分析應(yīng)用特征，識別熱點數(shù)據(jù)并對其進行緩存或預(yù)取，通過高效的緩存預(yù)取算法和合理的緩存容量配比，以提高訪問性能。從降低成本的角度，采用信息生命周期管理方法，將訪問頻率低的冷數(shù)據(jù)遷移到低速廉價存儲設(shè)備上，可以在小幅犧牲系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上，大幅降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本和能耗。

針對應(yīng)用和負(fù)載的存儲優(yōu)化技術(shù)

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模型需要支持盡可能多的應(yīng)用，因此需要具備較好的通用性。大數(shù)據(jù)具有大規(guī)模、高動態(tài)及快速處理等特性，通用的數(shù)據(jù)存儲模型通常并不是最能提高應(yīng)用性能的模型.而大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)對上層應(yīng)用性能的關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對通用性的追求。針對應(yīng)用和負(fù)載來優(yōu)化存儲，就是將數(shù)據(jù)存儲與應(yīng)用耦合。簡化或擴展分布式文件系統(tǒng)的功能，根據(jù)特定應(yīng)用、特定負(fù)載、特定的計算模型對文件系統(tǒng)進行定制和深度優(yōu)化，使應(yīng)用達(dá)到最佳性能。這類優(yōu)化技術(shù)在谷歌、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)公司的內(nèi)部存儲系統(tǒng)上，管理超過千萬億字節(jié)級別的大數(shù)據(jù)，能夠達(dá)到非常高的性能。

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