虛擬機及云的存儲問題研究.pdf

1、云計算思想的提出起源于對計算服務邊界的經濟學定義，它是一種利用互聯網實現按需、便捷訪問共享資源池（如計算設施、存儲設備、應用服務程序等）的計算模式。云計算采用虛擬化技術來聚合云數據中心的軟硬件資源，并以服務的形式交付給用戶，使得用戶可以像使用水、用電一樣按需租用和支付云的計算資源。云計算提高了資源復用率，并利用其規(guī)模經濟性降低社會整體信息化成本。
　　 這也對云的計算資源可管理性提出了更高的要求。從商業(yè)模式來看，要求云計算能按需

2、快速地部署云應用/云服務所需的軟硬件資源，快速構建云計算集群。從經濟性出發(fā)，要求云計算能根據工作負載動態(tài)增減集群的物理設備，以節(jié)能增效，提升設備使用效率;從安全性角度，要求云計算能夠良好地隔離和保護用戶數據隱私。然而，云的存儲問題不同于計算問題，因為“數據存儲”的特殊性，這依然是云存儲資源管理不可逾越的難題。
　　 虛擬機可以封裝云計算的各類軟件和硬件的配置（CPU、內存等），虛擬機的克隆和復制功能能夠實現云應用集群的快速部署，

3、但是這需要虛擬機鏡像磁盤的多版本快照機制的支撐。當前公開的磁盤快照技術方案數量有限，對系統性能影響較大，并且常用的技術方案不能完全保證快照和回滾數據的完整性和安全性。為此，本文提出了SNPdisk半虛擬化結構的CoW快照存儲系統，能夠高效地支撐云計算中的虛擬機池化管理。SNPdisk中采用一種新的稀疏樹地址索引結構，縮減了索引所需的內存占用，減少了對磁盤的讀寫需求。它是一種分級索引機制，隨著快照文件數據的增漲，索引樹將盡可能地遞層縮減，

4、避免了索引數據的線性增漲。系統性評測數據顯示了SNPdisk的快照機制有著明顯的性能優(yōu)勢;文中給出的數理分析與證明，明確驗證了SNPdisk多版本快照機制的數據安全性，能夠保證在當前數據崩潰的情況下，虛擬磁盤可以安全完整地回滾到之前的數據版本。
　　 云計算的運營模式決定用戶數據需上傳到云數據中心中存儲和計算，用戶數據隱私的保護成為云存儲的一個關鍵性需求。已有的云存儲安全方案主要采用密鑰加密、秘密共享或數據分散式的方法，但是密鑰

5、加密方案的密鑰管理困難，密鑰的泄漏對數據隱私的危害極大;簡單的數據分散對安全性提升并不顯著;而秘密共享存儲系統性能不高，通常只作為檔案管理。針對塊級云存儲的構架，本文給出了SDS-CC數據分散式安全池化存儲系統，一個基于陪集編碼實現的安全存儲機制。一方面能夠滿足基本的云存儲池化管理的性能要求，另一方面能夠有效地提升用戶數據的安全性。即使部分存儲節(jié)點被攻陷或部分管理員不可信，也能保護用戶數據的隱私。在SDS-CC中，我們設計一套高安全性的

6、陪集編碼方案，并且針對云存儲的性能需求，給出了完整編、解碼優(yōu)化算法，SDS-CC原型系統的性能測試結果表現出比傳統非密鑰加密存儲系統更優(yōu)異的性能。
　　 已有的云數據中心軟件節(jié)能技術中，“計算”的節(jié)能問題可以借助虛擬機技術來完成，“封裝”了各類計算的虛擬機可以在物理服務器間動態(tài)遷移，根據負載變化，來整合物理服務器，關閉或休眠閑置的服務器。但是云存儲的節(jié)能問題卻面臨著不同的難題，海量的數據很難在短時間內被全部移動，關閉部分存儲節(jié)點

7、服務器有可能造成數據不可用，甚至數據丟失?，F有的云存儲節(jié)能研究工作不多，成型的節(jié)能云存儲系統更少。為此，我們針對DHT云存儲構架給出了Cloudy-PS高可用的節(jié)能型云存儲系統，給出了一個DHT節(jié)能模式切換協議，在嚴格保證原有數據一致性和系統高可用的前提下，Cloudy-PS可以在數分鐘之內，完成必要的數據同步，并休眠或關閉存儲集群中的大部分節(jié)點。與傳統的DHT云存儲的節(jié)能方法相比，Cloudy-PS不會降低數據可用性，在集群收縮和擴展

8、時，對系統整體性能影響更小。
　　 從云存儲的數據安全性角度來看，本文給出的SDS-CC方案可以提升用戶數據的機密性;SNPdisk保證了對災難性事件的數據版本可恢復性和數據版本的完整性;Cloudy-PS確保了高性能模式和節(jié)能模式下的數據可用性;因此本文的主要工作，也分別對應數據安全三要素，即CIA（confidentiality,integrity,availibility）。本文的研究工作基本覆蓋不同層次的安全需求，所給出