基于数据价值的云存储动态备份一致性机制.pdf

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1、２０１３年１２月西北工业大学学报Ｄｅｃ．２０１３第３１卷第６期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３１Ｎｏ．６基于数据价值的云存储动态备份一致性机制杜洪涛，李战怀（西北工业大学计算机学院，陕西西安７１００７２）摘要：为了降低云存储中数据备份一致性所带来的服务时间窗口延长，提出了一种基于数据价值的动态一致性机制；定义了动态备份一致性模型，同时也给出了云存储数据价值分析算法。通过对不同数据价值的数据采取不同的一致性强度，在保证数据一致性的同时，有效地提升了系统的整体性能和服务质量。关键词：算法；数学模型；优化；服务质量；时

2、间延迟；云存储；一致性；性能优化；备份中图分类号：ＴＰ３０１文献标志码：Ａ文章编号：１０００-２７５８（２０１３）０６-０９７９-０６云存储是分布式的存储结构，数据分散在跨越广域网的架构中，为了保障数据访问的性能，数据在1动态一致性模型云存储中以多点冗余的方式保存，规模不断扩大的情况下，数据量的增加，以及并行访问带来的多节点我们提出的动态一致性模型是基于对写操作进备份同步更新频率的提高，使得维护数据一致性的行分解（如图１所示），并通过控制其执行时机来实［１］代价越来越高。根据ＣＡＰ定理，分布式系统仅能现的。在一致性、可用性和网络分割３种属性中选择２种，因此在目前的大多数云存储平

3、台上，为了提高系统的可用性和性能，大都采用了最终一致性，但是，这样却增加了读到过期数据的风险。不同的应用适用于不同的一致性级别已经得到［２-４］［５］业界的认可。Ｚｈｕ等提出了用户视图一致性的模型；还有用数值来描述备份之间差异程度的模［６-７］型，典型的有时间差和顺序差方式。而在可定制一致性方面，Ｋｒａｓｋａ等提出了一致性配给机图１云存储备份读写过程［８］制；Ｚｈａｎｇ等给出了一致性级别动态调整的分析［９］模型及自适应算法。但是，现有的模型或系统并1畅1离散一致性强度没有从数据自身的访问特征出发，提供存储级别的扩展后的写操作中，将依据其返回的步骤本地多种一致性共存机制。难以在访

4、问特征多样化的云写、传送、同步和备份执行写，分别命名为W１、W２、存储环境中发挥作用。本文提出了一种面向云存储W３、W４。类似的，依据读操作开始的步骤，传送、同的动态一致性机制和实现策略。首先，定义了动态步、备份执行写、本地读，分别命名为R１、R２、一致性模型，以覆盖强一致性到弱一致性的连续函R３、R４。数来描述动态一致性；其次，建立数据价值和一致性各读写方式的时间延迟关系如图２所示，组合之间的对应关系，从而实现动态自调节的数据一致不同的读方式和写方式可以得到１６个组合，其中，性维护系统。W４R４即为单一备份等价一致性。收稿日期：２０１３-０３-１１基金项目：国家自然科学基金（

5、６０３７００７０、６１０３３００７）资助作者简介：杜洪涛（１９７８—），西北工业大学博士研究生，主要从事海量存储技术的研究。·９８０·西北工业大学学报第３１卷时间内能反映到其他备份节点，我们称这段时间为差分时间间隔（ＤＴＩ）。基于ＤＴＩ的连续一致性机制的基本思想是，根据ＤＴＩ设定可选的一致性过程，即给定ＤＴＩ数值，将图２读写方式的时间延迟关系产生相应的传送和同步等处理的执行计划，使得传送、同步、备份执行写等中间步骤可以在后台执行，可以严格保证一致性，并且紧密耦合（无多余从而降低读写操作的时间窗口，实现多样化一致性。步骤）的组合有W１R１、W２R２、W３R３、W４R４。但是，这我

6、们以符号“～”来表述ＤＴＩ的后台处理过程，种离散分布的一致性强度级别，仅仅平衡了读写密于是离散一致性中定义的读写组合可以扩展为Wi度间的关系，在读和写密度差距较大的系统中，具有～Rj的形式。设单位数据量条件下，读写中间过程明显优化效果，而对于读写相对平衡的系统来说，优传送、同步、备份执行写的时间成本分别为CＴ、CＳ、化效果并不明显。CＷ，则中间步骤执行总时间为Cｔｓｗ＝CＴ＋CＳ＋CＷ，1畅2基于DTI的连续一致性机制令Cｔｓｗ－m＝ｍａｘｏｆ（Cｔｓｗ－i），ＤＴＩ连续一致性模型可以当某一节点上进行的数据更新操作时，在多长描述为４∪WiRiＤＴＩ＜Cｔｓｗ－mi＝１P（ＤＴＩ

7、）＝（１）４４４∪W１～Ri＋∪W２～Ri＋∪W３～RiCｔｓｗ＜ＤＴＩ＜αCｔｓｗ－mi＝２i＝３i＝４｛W１R４｝ＤＴＩ＞αCｔｓｗ－m式中：P（ＤＴＩ）表示给定ＤＴＩ时，可选的一致性方式一致性模式，有以下优势，首先，系统中经常被访问组合，α为可调参数，当ＤＴＩ＞αCｔｓｗ时，认为系统的数据只占较小的比例，因此，实现的空间代价和管－m的自发机制可以保证读取最新数据，故采取效率最理复杂度较小，更重要的是，数据访问频度和备份一高的W１R４。致性直接相关，是备份一致性处理的触发条件。值得注意的