云存储中基于应用的副本一致性机制研究

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云计算是互联网产业中用户和企业需求驱动的产物,以服务按需付费为特点,为用户提供更为高效便捷的服务。随着云计算的高速发展,云存储也因其高扩展性、高可靠性和低成本的特性受到了用户的广泛关注,有望成为未来存储市场上的主力军。与此同时,为了提高文件可靠性和可用性而引入的云存储的关键技术——副本技术也面临新的挑战,尤其是副本一致性问题值得关注。   云存储环境下的应用趋于多样化,用户对云存储服务的需求也是不同的,因此,云存储应针对特定的应用和用户提供相应层次的服务,包括对文件数据的一致性需求,传统的单一固定的副本一致性策略已不能满足当前的需求。本文提出一种基于应用和用户的自适应的副本一致性维护机制,分析云存储环境下可能影响应用和用户对一致性的需求的因素,并将其形式化,以此为指标不断调整更换一致性机制至最佳水平,以获取副本一致性、可用性和系统性能之间的动态平衡。本文围绕云存储环境下副本管理的相关问题,着眼于副本更新一致性机制和副本归并一致性策略,开展了以下研究工作:   1.详细综述了云计算和云存储的相关概念,着重调研了本文研究的副本技术的优势和它带来的一致性问题,从而提出本论文的研究内容——副本更新一致性和归并一致性。   2.针对云存储环境下应用和用户需求的多样性,提出基于应用和用户特性的一致性需求概念,分别列出云存储环境下可能影响副本一致性的因素,并分析其影响方式和影响程度。最终选取副本文件的更新频率和访问频率作为主要的参考因素,并基于此给出应用和用户对一致性需求的形式化表述。论文针对云存储系统的广域性和负载均衡等因素,构建了一个集中式的副本管理系统模型,并给出相应的副本更新访问处理方式。   3.针对云存储环境下应用程序和用户对数据一致性需求的差异和变化,提出基于应用和用户的自适应的副本更新一致性机制。本文提出的副本更新机制根据应用的类型的不同分为四种策略,分别有不同的更新和访问处理方式。在运行过程中,系统可以根据实时统计的参数动态判断并更换副本更新一致性策略。仿真实验和分析表明,本文的更新一致性机制能够在基本满足应用和用户对一致性需求的同时,提高副本可用性,降低因更新同步引发的操作量。   4.针对云存储环境下应用和用户的特性,提出基于应用和用户的副本归并一致性策略。在归并过程中,根据一致性需求参数选取更新操作恢复的时间点,以此来调整归并一致性策略,最大程度地满足应用和用户对一致性和可用性的需求,显著降低因重做更新操作带来的高操作代价,并通过相关的仿真实验验证其正确性和有效性。   本文从云存储环境下应用和用户对副本数据一致性需求的差异和变化出发,立足于副本更新一致性机制和副本归并一致性策略,在构建的集中式的副本管理逻辑结构基础之上,提出了基于应用和用户的自适应的副本一致性维护机制,以求达到副本一致性、可用性和系统性能之间的动态平衡,相比现有的固定单一的一致性策略更适合云存储这种需求多样化的应用环境。
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