云计算——分布式存储
云计算下的大规模分布式数据处理与存储技术
云计算下的大规模分布式数据处理与存储技术随着互联网技术的发展，网络数据的存储和处理需求越来越高。
云计算作为一种关键的技术手段，为大规模分布式数据处理与存储提供了便捷的解决方案。
本文将对云计算下的大规模分布式数据处理与存储技术进行介绍和分析。
一、大规模分布式数据处理技术云计算技术提供了针对大规模分布式数据处理的解决方案。
在传统的数据处理模式中，计算任务通常被局限在一台服务器上，而在云计算模式下，计算任务可以被分布在多台服务器上，形成一种分布式计算的方式。
具体而言，大规模分布式数据处理技术可以分为以下三种类型：批量处理、流处理和交互式查询处理。
1. 批量处理批量处理是指将数据集分配给一个或多个计算机节点，同时以批量方式进行计算，计算结果在完成后输出。
批量处理广泛应用于数据挖掘、日志分析、机器学习等领域。
Hadoop是一个典型的批量处理系统，它采用了分布式文件系统HDFS，并提供了MapReduce框架，使得用户可以将一个大的计算任务分布到多台服务器上进行并行计算。
2. 流处理流处理是指处理在流中不断产生的数据，通常需要快速响应。
在大规模分布式数据处理中，流处理涉及到一些具有高速处理、低延迟和高吞吐能力的技术，如Apache Storm、Apache Flink等。
这些平台提供了一种可处理数据流的分布式计算环境，使我们能够根据数据的到达时间进行实时计算和相应的数据处理。
3. 交互式查询处理交互式查询处理是指在数据工作负载中查询数据时给出即时响应的能力。
HIVE、Presto和Apache Impala是一些常用的交互式查询处理系统。
在这些系统中使用列式存储、索引和缓存等技术来加速查询的速度。
二、大规模分布式数据存储技术大规模分布式数据存储技术是指将几乎无限数量的数据分散存储在多个存储节点上，以提高数据处理速度和可靠性。
云计算下的大规模分布式数据存储技术包括分布式文件系统、键/值存储以及分布式数据库。
1. 分布式文件系统分布式文件系统是一种将文件分布存储在多个计算机节点上的存储系统。
云计算存储的原理和应用
云计算存储的原理和应用一、什么是云计算存储云计算存储是指利用云计算技术来存储和管理数据的一种方式。
它通过将数据存储在云端服务器上，用户可以随时随地通过网络访问自己的数据。
云计算存储的原理是将数据分散存储在多个服务器上，通过虚拟化技术将这些服务器组织起来形成一个存储集群，提供高可靠性、高可用性和高性能的数据存储服务。
二、云计算存储的原理云计算存储的原理主要包括以下几个方面：1.分布式存储：云计算存储采用分布式存储的方式，将数据分散存储在多个服务器上。
这样可以提高数据的可靠性和可用性，一台服务器出现故障时，数据仍然可以从其他服务器上访问。
2.虚拟化技术：云计算存储利用虚拟化技术将多台服务器组织起来形成一个存储集群。
通过虚拟化技术，可以将多个物理存储设备抽象为一个逻辑存储设备，用户只需要访问逻辑存储设备，无需关心其背后的物理存储设备。
3.数据冗余备份：云计算存储会对用户的数据进行冗余备份，将数据存储在多个服务器上。
这样一旦某个服务器出现故障，可以及时恢复数据，保证数据的安全性。
4.数据部署策略：云计算存储还会根据数据的大小、访问频率等因素，采用不同的部署策略。
对于大数据，可以采用分布式存储的方式，将数据切分成多个小块存储在不同的服务器上；对于访问频率较高的数据，可以将其缓存到离用户更近的服务器上，提高访问速度。
三、云计算存储的应用云计算存储在各个领域都有着广泛的应用，下面列举了一些应用场景：1.云盘服务：云盘服务是云计算存储最常见的应用之一。
用户可以将自己的文件上传到云盘中，随时随地访问和分享这些文件。
同时，云盘服务还提供数据备份和恢复功能，确保用户数据的安全性。
2.大数据存储与处理：云计算存储能够满足大数据存储和处理的需求。
通过将大数据分散存储在多台服务器上，并利用虚拟化技术进行管理，可以高效地存储和处理大规模的数据。
3.企业存储解决方案：云计算存储可以作为企业的存储解决方案。
企业可以将自己的数据存储在云端服务器上，员工可以随时访问和共享这些数据，无需再局限于办公室内部。
云计算中的分布式存储与数据分片方案
云计算中的分布式存储与数据分片方案云计算是当今最热门的技术之一，它将计算和存储资源集中在云平台上，为用户提供了高度可扩展的计算能力和存储容量。
而其中一个关键的技术便是分布式存储与数据分片方案。
本文将深入探讨这一技术在云计算中的应用及其优势。
1. 分布式存储在云计算中的作用在云计算环境下，存储数据的规模越来越庞大，传统的单机存储已经无法满足需求。
分布式存储技术通过将数据分散储存在多个节点上，能够提供更高的可扩展性和可靠性。
云计算利用分布式存储技术，能够实现大规模的数据存储和管理，为用户提供快速、安全的数据存取服务。
2. 数据分片方案的基本原理在分布式存储系统中，数据分片方案是必不可少的。
数据分片是将大规模的数据切分成多个较小的片段，并将这些片段分散存储在不同的服务器上。
数据分片方案的基本原理是将数据切分成连续的或离散的块，并为每个块分配一个唯一的标识符。
这样，当用户请求访问某个数据块时，系统可以迅速定位到存储该数据块的服务器，提高数据的访问效率。
3. 分布式存储与数据分片的优势分布式存储与数据分片方案在云计算中具有多项优势。
首先，分布式存储提供了高度的可扩展性，可以根据需求动态地添加或删除存储节点，而不会影响系统的运行。
其次，数据分片方案充分利用了多台服务器的存储能力，提高了数据的存储效率和吞吐量。
同时，分布式存储还具备数据冗余和容错能力，当某个节点出现故障时，可以自动切换到其他正常节点上，确保数据的安全性和可靠性。
4. 分布式存储与数据分片应用案例在云计算领域，分布式存储与数据分片方案得到了广泛应用。
例如，在大规模的数据分析任务中，分布式存储可以将数据分散存储在多个节点上，并利用分布式计算的能力对数据进行并行处理，从而提高了计算速度和效率。
另外，分布式存储还被广泛应用于云服务提供商的存储服务中，用户可以将大量的数据存储在云平台上，并通过数据分片方案实现高效的存取。
5. 分布式存储与数据分片的挑战与未来发展尽管分布式存储与数据分片方案在云计算中有很多优势，但也面临着一些挑战。
云计算中的软件定义存储与分布式存储
云计算中的软件定义存储与分布式存储随着信息技术的不断发展和进步，云计算已经成为现代企业信息管理的重要手段。
然而，随之而来的数据爆炸和对数据存储的高要求，对存储系统提出了新的挑战。
为了满足这些需求，软件定义存储（Software-Defined Storage，SDS）和分布式存储被广泛应用于云计算环境，为企业提供了高效的数据存储和管理解决方案。
一、软件定义存储（SDS）软件定义存储是一种基于软件来实现存储功能的技术，通过将存储控制器与硬件存储解耦，实现存储资源的虚拟化和集中管理。
SDS不依赖于特定的硬件设备，而是通过软件定义的方式提供存储服务，使得存储系统更加灵活和可扩展。
1. 软件定义存储的特点软件定义存储具有以下几个显著特点：a. 虚拟化：SDS通过将存储资源虚拟化，使得用户可以根据实际需求灵活配置和调整存储空间，并实现对存储资源的集中管理。
b. 弹性扩展：SDS具有良好的可扩展性，可以根据业务需求快速添加和移除存储节点，实现存储资源的弹性扩展。
c. 自动化管理：SDS可以通过自动化的管理手段，实现对存储资源的智能化管理，提高存储系统的可用性和性能。
d. 数据安全性：SDS提供了多种数据保护和备份的机制，保证数据的安全性和可靠性。
2. 软件定义存储的应用软件定义存储广泛应用于云计算环境中，主要有以下几个方面：a. 虚拟化存储：SDS可以与虚拟化平台结合，为虚拟机提供高效的存储服务，提高虚拟化环境的性能和可用性。
b. 分布式存储：SDS可以实现分布式存储的功能，将多个存储设备组合成一个逻辑存储池，提供高可用性和扩展性的存储服务。
c. 大数据存储：SDS可以通过与大数据平台的结合，提供高性能和高可扩展性的存储解决方案，满足对大数据存储和分析的需求。
二、分布式存储分布式存储是一种将数据分散存储在不同节点上的存储技术，通过将数据切分成多个片段存储在不同的节点上，实现数据的分布式存储和管理。
分布式存储可以提供高可用性和可扩展性的存储服务，适用于大规模的数据存储场景。
云计算与分布式存储考试 选择题 61题
1. 云计算的核心特征是什么？A. 按需自助服务B. 广泛的网络访问C. 资源池化D. 快速弹性E. 以上都是2. 以下哪个不是云计算的服务模型？A. IaaSB. PaaSC. SaaSD. DaaS3. 在云计算中，IaaS代表什么？A. Infrastructure as a ServiceB. Internet as a ServiceC. Interface as a ServiceD. Integration as a Service4. 以下哪个是分布式存储系统的优点？A. 高可用性B. 低成本C. 可扩展性D. 以上都是5. 在分布式存储系统中，CAP理论指的是什么？A. Consistency, Availability, Partition toleranceB. Capacity, Accessibility, PerformanceC. Control, Access, ProtocolD. Centralized, Asynchronous, Parallel6. 以下哪个是云计算的部署模型？A. 私有云B. 公有云C. 混合云D. 以上都是7. 在云计算中，PaaS代表什么？A. Platform as a ServiceB. Process as a ServiceC. Protocol as a ServiceD. Product as a Service8. 以下哪个是分布式文件系统的例子？A. Hadoop Distributed File System (HDFS)B. Network File System (NFS)C. Google File System (GFS)D. 以上都是9. 在云计算中，SaaS代表什么？A. Software as a ServiceB. System as a ServiceC. Service as a ServiceD. Storage as a Service10. 以下哪个是分布式数据库的例子？A. MongoDBB. CassandraC. RedisD. 以上都是11. 在分布式存储系统中，RAID代表什么？A. Redundant Array of Independent DisksB. Random Access Interface DeviceC. Remote Access Input DataD. Reliable Array of Inexpensive Disks12. 以下哪个是云计算的安全挑战？A. 数据隐私B. 数据隔离C. 合规性D. 以上都是13. 在云计算中，VPC代表什么？A. Virtual Private CloudB. Very Private CloudC. Virtual Public CloudD. Variable Private Cloud14. 以下哪个是分布式存储系统的数据一致性模型？A. Strong ConsistencyB. Eventual ConsistencyC. Weak ConsistencyD. 以上都是15. 在云计算中，CDN代表什么？A. Content Delivery NetworkB. Cloud Delivery NetworkC. Centralized Data NetworkD. Continuous Deployment Network16. 以下哪个是分布式存储系统的数据复制策略？A. Active-ActiveB. Active-PassiveC. Passive-PassiveD. 以上都是17. 在云计算中，API代表什么？A. Application Programming InterfaceB. Advanced Programming InterfaceC. Automated Programming InterfaceD. Application Process Interface18. 以下哪个是分布式存储系统的数据分片策略？A. Range ShardingB. Hash ShardingC. List ShardingD. 以上都是19. 在云计算中，SDN代表什么？A. Software Defined NetworkingB. System Defined NetworkingC. Secure Data NetworkingD. Standard Data Networking20. 以下哪个是分布式存储系统的数据备份策略？A. Full BackupB. Incremental BackupC. Differential BackupD. 以上都是21. 在云计算中，IAM代表什么？A. Identity and Access ManagementB. Internet and Access ManagementC. Interface and Access ManagementD. Infrastructure and Access Management22. 以下哪个是分布式存储系统的数据恢复策略？A. Point-in-Time RecoveryB. Continuous Data ProtectionC. Snapshot RecoveryD. 以上都是23. 在云计算中，DNS代表什么？A. Domain Name SystemB. Dynamic Name SystemC. Data Name SystemD. Distributed Name System24. 以下哪个是分布式存储系统的数据压缩策略？A. Lossless CompressionB. Lossy CompressionC. Hybrid CompressionD. 以上都是25. 在云计算中，VPN代表什么？A. Virtual Private NetworkB. Very Private NetworkC. Virtual Public NetworkD. Variable Private Network26. 以下哪个是分布式存储系统的数据加密策略？A. Symmetric EncryptionB. Asymmetric EncryptionC. Hybrid EncryptionD. 以上都是27. 在云计算中，LB代表什么？A. Load BalancerB. Local BalanceC. Logical BalanceD. Load Balance28. 以下哪个是分布式存储系统的数据缓存策略？A. Write-ThroughB. Write-BackC. Write-AroundD. 以上都是29. 在云计算中，EBS代表什么？A. Elastic Block StoreB. Extended Block StoreC. External Block StoreD. Efficient Block Store30. 以下哪个是分布式存储系统的数据分层策略？A. Hot StorageB. Warm StorageC. Cold StorageD. 以上都是答案：1. E2. D3. A4. D5. A6. D7. A8. D9. A10. D11. A12. D13. A14. D15. A16. D17. A18. D19. A20. D21. A22. D23. A24. D25. A26. D27. A28. D29. A30. D接下来是31-61题：云计算与分布式存储考试选择题 31-61题31. 在云计算中，EC2代表什么？A. Elastic Compute CloudB. Extended Compute CloudC. External Compute CloudD. Efficient Compute Cloud32. 以下哪个是分布式存储系统的数据去重策略？A. Source-based DeduplicationB. Target-based DeduplicationC. Inline DeduplicationD. 以上都是33. 在云计算中，S3代表什么？A. Simple Storage ServiceB. Secure Storage ServiceC. Standard Storage ServiceD. System Storage Service34. 以下哪个是分布式存储系统的数据迁移策略？A. Live MigrationB. Cold MigrationC. Warm Migration35. 在云计算中，RDS代表什么？A. Relational Database ServiceB. Remote Database ServiceC. Robust Database ServiceD. Reliable Database Service36. 以下哪个是分布式存储系统的数据归档策略？A. Nearline StorageB. Offline StorageC. Online StorageD. 以上都是37. 在云计算中，ELB代表什么？A. Elastic Load BalancerB. Extended Load BalancerC. External Load BalancerD. Efficient Load Balancer38. 以下哪个是分布式存储系统的数据同步策略？A. One-way SynchronizationB. Two-way SynchronizationC. Multi-way SynchronizationD. 以上都是39. 在云计算中，EFS代表什么？A. Elastic File SystemB. Extended File SystemC. External File SystemD. Efficient File System40. 以下哪个是分布式存储系统的数据访问控制策略？A. Role-Based Access ControlB. Attribute-Based Access ControlC. Discretionary Access ControlD. 以上都是41. 在云计算中，KMS代表什么？A. Key Management ServiceB. Key Management SystemC. Knowledge Management ServiceD. Knowledge Management System42. 以下哪个是分布式存储系统的数据审计策略？A. Log-based AuditingB. Event-based AuditingC. Time-based Auditing43. 在云计算中，SQS代表什么？A. Simple Queue ServiceB. Secure Queue ServiceC. Standard Queue ServiceD. System Queue Service44. 以下哪个是分布式存储系统的数据备份恢复策略？A. Point-in-Time RecoveryB. Continuous Data ProtectionC. Snapshot RecoveryD. 以上都是45. 在云计算中，SNS代表什么？A. Simple Notification ServiceB. Secure Notification ServiceC. Standard Notification ServiceD. System Notification Service46. 以下哪个是分布式存储系统的数据压缩算法？A. GzipB. LZMAC. SnappyD. 以上都是47. 在云计算中，CloudWatch代表什么？A. Cloud Monitoring ServiceB. Cloud Watching ServiceC. Cloud Warning ServiceD. Cloud Waiting Service48. 以下哪个是分布式存储系统的数据加密算法？A. AESB. RSAC. DESD. 以上都是49. 在云计算中，Lambda代表什么？A. Serverless Compute ServiceB. Server Compute ServiceC. Secure Compute ServiceD. Standard Compute Service50. 以下哪个是分布式存储系统的数据分片算法？A. Consistent HashingB. Range PartitioningC. Hash Partitioning51. 在云计算中，DynamoDB代表什么？A. NoSQL Database ServiceB. SQL Database ServiceC. Secure Database ServiceD. Standard Database Service52. 以下哪个是分布式存储系统的数据缓存算法？A. LRUB. LFUC. FIFOD. 以上都是53. 在云计算中，ECS代表什么？A. Elastic Container ServiceB. Extended Container ServiceC. External Container ServiceD. Efficient Container Service54. 以下哪个是分布式存储系统的数据去重算法？A. Hash-based DeduplicationB. Content-based DeduplicationC. Fingerprint-based DeduplicationD. 以上都是55. 在云计算中，Fargate代表什么？A. Serverless Container ServiceB. Server Container ServiceC. Secure Container ServiceD. Standard Container Service56. 以下哪个是分布式存储系统的数据分层算法？A. Tiered StorageB. Hierarchical StorageC. Layered StorageD. 以上都是57. 在云计算中，ECR代表什么？A. Elastic Container RegistryB. Extended Container RegistryC. External Container RegistryD. Efficient Container Registry58. 以下哪个是分布式存储系统的数据同步算法？A. PaxosB. RaftC. Zab59. 在云计算中，EKS代表什么？A. Elastic Kubernetes ServiceB. Extended Kubernetes ServiceC. External Kubernetes ServiceD. Efficient Kubernetes Service60. 以下哪个是分布式存储系统的数据备份算法？A. Incremental BackupB. Differential BackupC. Full BackupD. 以上都是61. 在云计算中，ECS代表什么？A. Elastic Compute ServiceB. Extended Compute ServiceC. External Compute ServiceD. Efficient Compute Service答案：31. A32. D33. A34. D35. A36. D37. A38. D39. A40. D41. A42. D43. A44. D45. A46. D47. A48. D49. A50. D51. A52. D53. A54. D55. A56. D57. A58. D59. A60. D61. A。
云计算与分布式存储
云计算与分布式存储云计算和分布式存储是当今信息技术领域的两个重要概念。
随着信息技术的快速发展，云计算作为一种新型的存储和处理数据的方式，与传统的分布式存储技术相辅相成，为人们提供了更加高效、安全和灵活的数据管理方式。
本文将从云计算和分布式存储的概念、特点以及在实际应用中的优势等方面进行探讨。
一、云计算的概念和特点云计算，简单来说，是指通过网络将计算和数据存储等资源集中管理和运营的一种模式。
它的特点主要体现在以下几个方面。
1. 虚拟化技术：云计算采用虚拟化技术，将物理设备虚拟成多个逻辑上的资源，并通过软件进行管理和调度。
这种方式能够充分利用计算资源，提高资源利用率。
2. 弹性扩展：云计算可以根据用户需求快速扩展和收缩资源，满足用户的实时需求。
无论是增加计算能力还是扩展存储空间，都可以快速完成。
3. 高可用性：云计算采用分布式架构，可以将计算和存储资源分布在不同的地理位置，从而提高系统的可用性。
即使某个节点出现故障，也可以通过其他节点继续提供服务。
二、分布式存储的概念和特点分布式存储是一种将数据分散存储在不同的物理设备上的技术。
与传统的集中式存储相比，分布式存储具有以下特点。
1. 数据冗余：分布式存储会将数据分散存储在不同的节点上，这样即使某个节点发生故障，也可以从其他节点中恢复数据。
这种冗余备份的方式，大大提高了数据的安全性和可靠性。
2. 高性能：分布式存储通过并行处理和负载均衡技术，可以提供更高的数据读写速度和更好的响应时间。
3. 可扩展性：分布式存储可以根据需要快速扩展存储容量，不需要进行大规模的硬件升级。
通过添加新的存储节点，可以实现存储容量的线性扩展。
三、云计算与分布式存储的关系与优势虽然云计算和分布式存储是两个不同的概念，但在实际应用中它们常常相辅相成。
1. 数据的存储与计算分离：云计算将数据存储和计算分离，可以将数据存储在分布式存储系统中，而计算任务则在云计算平台上进行。
这样既可以充分利用存储资源，又可以提高计算的灵活性和效率。
云计算中的数据存储与管理技术
云计算中的数据存储与管理技术云计算是一种通过互联网提供按需、可伸缩且易于访问的共享计算资源的模式。
在云计算中，数据的存储与管理是至关重要的环节。
本文将探讨云计算中的数据存储与管理技术，以及它们在实际应用中的作用和挑战。
一、云计算中的数据存储技术在云计算中，数据的存储通常采用分布式存储系统，以提高可靠性、可扩展性和性能。
分布式存储系统将数据划分为多个部分，并将其存储在不同的物理服务器上。
这些数据在逻辑上被组织为文件、块或对象，具体的存储技术包括：1. 文件存储技术：文件存储是一种基于文件系统的存储方式，类似于传统的本地文件系统。
它提供了对文件的访问和管理接口，可以方便地对数据进行读取和写入。
2. 块存储技术：块存储将数据划分为固定大小的块，并通过存储区域网络（SAN）将这些块存储在独立的存储设备上。
块存储可以提供更细粒度的存储管理，并支持高效的数据访问。
3. 对象存储技术：对象存储将数据存储为对象，并为每个对象分配唯一的标识符。
对象存储提供了高度可扩展的存储能力，并支持强大的元数据管理功能。
二、云计算中的数据管理技术数据管理是指对云计算中的数据进行组织、存储、查询和分析等操作的技术。
在云计算中，数据管理技术需要满足以下要求：1. 数据一致性：云计算中的数据存储分布在多个服务器上，数据的一致性成为一项重要挑战。
数据管理技术需要提供一致性的读写操作，以确保数据的准确性和可靠性。
2. 数据安全：数据在云计算中的存储和传输需要保证安全性。
数据管理技术需要提供加密、访问控制、身份验证等机制，以防止数据泄露和未授权访问。
3. 数据备份和恢复：云计算中的数据需要进行定期备份，并能够在发生故障或灾难时进行快速恢复。
数据管理技术需要提供高效可靠的备份和恢复功能，以确保数据的可用性和持久性。
三、数据存储与管理技术的应用与挑战1. 应用案例：云计算中的数据存储与管理技术广泛应用于各个领域。
例如，在电子商务行业中，云存储技术可以提供大规模的、可靠的在线存储服务，为用户提供便捷的购物体验。
云计算环境下的数据存储与管理研究与优化
云计算环境下的数据存储与管理研究与优化云计算技术已成为当今信息技术领域中的热点话题，也成为大规模数据存储与处理的关键手段。
在云计算环境下，数据的存储与管理对于提高效率、保障数据安全等方面至关重要。
本文将围绕云计算环境下的数据存储与管理进行研究与优化。
一、云计算环境下的数据存储技术1. 分布式存储系统分布式存储系统是云计算环境下数据存储的核心技术之一。
通过将数据分散存储在多个节点上，可以提高系统的容量和吞吐量。
目前常用的分布式存储系统有Hadoop分布式文件系统（HDFS）和谷歌文件系统（GFS）等。
a) Hadoop分布式文件系统（HDFS）HDFS是Apache基金会开发的一种分布式文件系统，特点是具有高容错性、高扩展性和高吞吐量的特点。
它将大文件切分成多个块，并存储在不同的节点上，提高了文件存储和读取的效率。
b) 谷歌文件系统（GFS）GFS是谷歌开发的一种分布式文件系统，其设计目标是适用于存储大规模数据集的环境。
GFS通过将文件分割成多个块并分布式存储在多个节点上，实现了高可用性和高吞吐量。
2. 对象存储为了适应云计算环境下数据规模的急剧增长，对象存储逐渐成为一种重要的数据存储技术。
对象存储将数据以对象的形式存储，并通过唯一的标识符来访问和管理。
相比于传统的块存储和文件系统，对象存储更适合于大规模的数据存储和管理。
a) OpenStack SwiftOpenStack Swift是一种开源的对象存储系统，它提供了可扩展的、高可靠性的存储服务。
OpenStack Swift通过使用分布式架构和冗余存储来保证数据的可用性和可靠性。
b) Amazon S3Amazon S3是亚马逊公司提供的一种对象存储服务。
它具有高可靠性、高可用性和高扩展性等特点，是目前应用最广泛的对象存储服务之一。
二、云计算环境下的数据管理技术1. 数据备份与恢复数据备份与恢复是保障数据安全的重要手段。
在云计算环境下，数据备份可以通过备份服务器或云存储服务实现。
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Principles and Practice of Cloud Computing
Outline
• 5.1 分布式存储的基础
• 5.2 文件存储
• 5.3 从单机存储系统到分布式存储系统
Domain expertise
• 5.4 实践：分布式存储系统Ceph
Machine Learning
（4） GFS （Google File System）
图5.5 GFS架构图
（5） HDFS （Hadoop Distributed File System）
图5.6 HDFS总体结构示意图
5.1.3 分布式存储的发展历史
4．21世纪的代表：Cassandra、HBase、MongoDB、DynamoDB （1） Cassandra：是一套开源分布式NoSQL数据库系统，最 初由Facebook开发，用于储存收件箱等简单格式数据，集 GoogleBigTable的数据模型与Amazon Dynamo的完全分布式的 架构于一身。 （2） HBase：列存储数据库，擅长以列为单位读取数据，面 向列存储的数据库具有高扩展性，即使数据大量增加也不会 降低相应的处理速度，特别是写入速度。
阶段
表5.1 文件系统 的发展脉络
单机文件系统
产生的技术 背景
负载特征
典型代表ห้องสมุดไป่ตู้
主要的创新技术
性能评价 标准
树型目录结构 Unix FS 分时操作系统 多用户共享 磁盘 FFS 多用户并发访问 多进程并发访问 LFS JFS WAFL XFS ZFS 索引节点（i-node） 流式访问接口 柱面组 元数据修改日志 B+树组织 写时复制 存储池 局域网 网络文件系统 TCPP/IP 协议 RAID FC 网络 多客户端共享访问 多用户共享访问 NFS AFS NAS SAN 文件系统 XDR RPC VFS 无状态服务器 多服务器结构 文件的条带化存储 并行 I/O 接口 元数据管理与数据存储 分离 并行 I/O 带宽 聚合 I/O 带宽 I/O 请求响应时间 聚合 I/O 带宽
5.2.2 网络文件系统
• NFS（Network File System，网络文件系统）由Sun公司在1984年开发， 被认为是第一个广泛应用的现代网络文件系统。NFS的设计目标是提 供跨平台的文件共享系统。由于NFS的实现和设计思想都相对简单， 该协议很快被纳入到RFC标准，并开始大量应用。然而，NFS单一服 务器的结构也决定了它的扩展性有限。 • AFS（Andrew File System）是美国卡耐基· 梅隆大学1982年开发的分布 式文件系统。其设计目标是支持5000～10000个节点的集群，扩展性 是首要考虑的因素。与NFS等系统不同的是，AFS中有多个服务器， 整个命名空间被静态地划分到各个服务器上，因此，AFS具有更好的 扩展性。
5.2 文件存储
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 单机文件系统 网络文件系统 并行文件系统 分布式文件系统 高通量文件系统
5.2.1 单机文件系统
• 现代文件系统的起源要追溯到分时操作系统时期。1965年，在 Multics操作系统中首次提出使用树型结构来组织文件、目录以及访问 控制的思想。这些思想被后来的UNIX文件系统（1973年）所借鉴。 从结构上看，它包括四个模块：引导块、超级块、索引节点和数据块。 • 为解决UNIX文件系统I/O性能低的问题，先后出现了1984年的快速文 件系统（Fast File System，FFS）和1992年的日志结构文件系统（LogStructured File，LFS）。 • 20世纪90年代至今，出现了很多单机文件系统。包括SGI公司于1994 年发布的XFS，以及Sun公司于2004年发布的ZFS。
5.1.3 分布式存储的发展历史
2．20世纪90年代的代表：XFS、Tiger Shark、SFS
XFS：加州大学伯克利分校（UC Berkeley）开发了XFS文件系统，克服了 以往分布式文件系统只适用于局域网而不适用于广域网和大数据存储的 问题，提出了广域网进行缓存较少网络流量设计思想，采用层次命名结 构，减少Cache一致性状态和无效写回Cache一致性协议，从而减少了网 络负载，在当时获得了一定的成功。
• GPFS是IBM公司开发的共享文件系统，起源于IBM SP系统上 使用的虚拟共享磁盘技术。
• GPFS是一个并行的磁盘文件系统，它保证在资源组内的所 有节点可以并行访问整个文件系统。
• GPFS允许客户共享文件，而这些文件可能分布在不同节点 的不同硬盘上。它同时还提供了许多标准的UNIX文件系统 接口，允许应用不需修改或者重新编辑就可以在其上运行。
4 分布式数据库
• 分布式数据库是从传统的基于单机的关系型数据库扩展而来，用 于存储大规模的结构化数据。 • 分布式数据库采用二维表格组织数据，提供经典的SQL关系查询语 言，支持嵌套子查询、多表关联等复杂操作，并提供数据库事务 以及并发控制。
• 关系数据库是目前为止最为成熟的存储技术，功能丰富，有完善 的商业关系数据库软件的支持。
3 分布式表系统
• 分布式表系统主要用于存储半结构化数据。 • 与分布式键值系统相比，分布式表系统不仅仅支持简单的 CRUD操作，而且支持扫描某个主键范围。 • 分布式表系统以表格为单位组织数据，每个表格包括很多行， 通过主键标识一行，支持根据主键的CRUD功能以及范围查 找功能。 • 典型的分布式表系统包括Google Bigtable、Microsoft Azure Table Storage、Amazon DynamoDB等。
5.2.3 并行文件系统
• 早期的并行文件系统有BFS（Bridge File System）和CFS（Concurrent File System）等。它们运行在MPP（Massively Parallel Processing， MPP）结构的超级计算机上。。 • 20世纪90年代中期，开源的Linux操作系统逐渐成熟并得到广泛使用， 为了能在越来越多的Linux集群上运行，出现了以PVFS和Lustr为代表 的Linux集群上的并行文件系统。它们吸收了MPP并行文件系统的很 多思想，包括采用一个专门的元数据服务器来维护和管理文件系统的 命名空间，以及将文件数据条带化并分散存储在所有的存储服务器上 等。
5.2.5 高通量文件系统
• 高通量文件系统是为大型数据中心设计的文件系统，它将数据中心中 大量低成本的存储资源有效地组织起来，服务于上层多种应用的数据 存储需求和数据访问需求。 • 随着云计算技术的发展，数据中心的数据存储需求逐渐成为数据存储 技术和文件系统发展的主要驱动力，高通量文件系统将成为一种重要 的文件系统。 • 大型数据中心在数据存储和数据访问方面有着与先前的应用非常不同 的需求特征，主要包括：数据量庞大、访问的并发度高、文件数量巨 大、数据访问语义和访问接口不同于传统的文件系统、数据共享与数 据安全的保障越来越重要等。
（1）SAN（Storage Area Network）
• 通过将磁盘存储系统和服 务器直接相连的方式提供 一个易扩展、高可靠的存 储环境，高可靠的光纤通 道交换机和光纤通道网络 协议保证各个设备间链接 的可靠性和高效性。设备 间的连接接口主要是采用 FC或者SCSI。
图5.3 SAN网络结构
（2） NAS（Network Attached Storage）
1. 分布式文件系统
• 分布式文件系统存储三种类型的数据：Blob对象、定长块以及大文件。
图5.1 数据块与Blob对象、定长块、大文件之间的关系
2 分布式键值（Key-Value）系统
• 分布式键值系统用于存储关系简单的半结构化数据，它提供 基于主键的CRUD（Create/Read/ Update/Delete）功能，即根 据主键创建、读取、更新或者删除一条键值记录。典型的系 统有Amazon Dynamo。 • 分布式键值系统是分布式表系统的一种简化，一般用作缓存， 比如Memcache。 • 从数据结构的角度看，分布式键值系统支持将数据分布到集 群中的多个存储节点。 • 一致性散列是分布式键值系统中常用的数据分布技术，由于 在众多系统中被采用而变得非常有名。
• 随着大数据时代的到来，为了解决关系数据库面临的可扩展性、 高并发以及性能方面的问题，各种各样的非关系数据库不断涌现， 这类被称为NoSQL的系统，可以理解为“Not Only SQL”的含义。
5.1.3 分布式存储的发展历史
图5.2 分布式文件系统的发展
5.1.3 分布式存储的发展历史
1．20世纪80年代的代表：AFS、NFS、Coda （1） AFS：1983年CMU和IBM共同合作开发了Andrew文件系 统（Andrew File System，AFS） （2） NFS：1985年，Sun公司基于UDP开发了网络共享文件 系统（Network File System, NFS） （3） Coda：1987年，CMU在基于AFS的基础上开发了Coda 文件系统
5.1.3 分布式存储的发展历史
4．21世纪的代表：Cassandra、HBase、MongoDB、DynamoDB （3） MongoDB：文档型数据库同键值（Key-Value）型的数 据库类似，是键值型数据库的升级版，允许嵌套键值，Value 值是结构化数据，数据库可以理解Value的内容，提供复杂的 查询，类似于RDBMS的查询条件。 （4） DynamoDB：Amazon公司的一个分布式存储引擎，是 一个经典的分布式Key-Value存储系统，具备去中心化、高可 用性、高扩展性的特点。
Mathematics
Data engineering
5.1 分布式存储的基础
5.1.1 基本概念 5.1.2 分布式存储分类 5.1.3 分布式存储的发展历史
5.1.1 基本概念