CN115001969A - 一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备，属于数据存储领域；首先设置哈希环，然后根据衰减排列算法将待部署节点部署在哈希环的点位，其中衰减排列算法采用对称原则，加上半衰期参数，在进行扩容时，无需移动以前的节点，在保持了和一致性Hash算法的扩容能力的同时，使得节点部署在哈希环上时，存储在各个节点的数据较为均匀。

Description

一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及数据存储领域，特别地，涉及一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备。
背景技术
在现有的技术下，当使用分布式环境保存数据时，会在hash环上创建一系列虚拟节点，按照最近原则存储，决定数据保存在哪台服务器上。节点的位置选择常采用的方式包括平均分布算法和一致性hash算法。
采用平均分布算法的情况下，节点数据存放相对是均匀的，但一旦虚拟节点进行扩容，所有的虚拟节点需要重新配置，原有节点的数据也需要进行整体的数据重新迁移，系统扩容能力很差，故对于有扩容需求的系统基本上不会使用平均分布算法。在考虑系统扩容能力的情况下，虚拟节点的创建常采用的算法是一致性hash算法。例如redis，就是使用一致性hash算法，决定保存数据所使用的物理机的。
一致性Hash算法能解决系统快速扩容能力的问题。在增加一个节点的时候，利用Hash值确定下一个虚拟节点的位置，在不用进行大范围数据配置迁移的情况下，只需要重新配置和重组该新节点的相邻节点数据即可，大大提升了虚拟节点的扩容能力。
但是一致性Hash算法也具有很大的缺陷，就是数据分布极不均衡，造成某些节点的负担过重，降低了整体系统分布式存储的效率，不能充分的利用虚拟存储节点的性能。
一致性hash算法是在一个0-(231-1)的hash环上，存在着若干个虚拟节点。虚拟节点的位置，是使用hash算法计算随机生成的。当进行数据缓存时，会按照最近原则存储到最近的一个虚拟节点上。
一致性hash算法每次扩容一个新节点时，取Hash作为新扩容节点的位置，并调整该新节点相邻的两个节点上的数据，随即完成新扩容虚拟节点的创建。但由于hash算法散列性随机性很大，造成虚拟节点在hash环上的分配是不均衡的，由于节点的分布不均，造成每个节点上的数据量相差很大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备，以解决现有数据存储方式节点分布不均导致每个节点数据量相差较大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，
一种数据存储节点部署方法，包括以下步骤：
设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。
进一步地，所述哈希环的点位数量为2n，所述基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位，包括：
定义衰减跨度x＝2n-1和衰减周期y＝2i，i从0开始，当部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，i自增1；
将所述哈希环上任一点位设置为原点，原点处A＝0，A为哈希环上待部署节点部署的点位位置；
节点部署方式为：若部署次数不大于y，先部署一次A＝A+x，再部署一次A＝A+2n-1，按照两种方式轮流部署；若部署过程中，部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，部署次数归零，令x＝x/2。
进一步地，所述n＝31。
第二方面，一种数据存储方法，将所述数据存储在按照第一方面技术方案中任一项所述的方法部署的节点上。
第三方面，
一种数据存储节点部署装置，包括：
哈希环设置模块，用于设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
节点部署模块，用于基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。
第四方面，
一种数据存储装置，包括：存储模块，用于将所述数据存储在第一方面技术方案中任一项所述的方法部署的节点上。
第五方面，
一种数据存储节点部署设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行第一方面技术方案中任一项所述的方法。
第六方面，
一种数据存储设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行第二方面技术方案任一项所述的方法。
有益效果：
本申请技术方案提供一种数据存储节点部署方法、数据存储方法、装置及设备，首先设置哈希环，然后根据衰减排列算法将待部署节点部署在哈希环的点位，其中衰减排列算法采用对称原则，加上半衰期参数，在进行扩容时，无需移动以前的节点，在保持了和一致性Hash算法的扩容能力的同时，使得节点部署在哈希环上时，存储在各个节点的数据较为均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种数据存储节点部署方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种数据存储节点部署示意图；
图3是本发明实施例提供的一种数据存储节点部署装置结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
第一实施例，参照图1，本发明实施例提供了一种数据存储节点部署方法，包括以下步骤：
设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。
具体地，哈希环的点位数量为2n，所述基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位，包括：
定义衰减跨度x＝2n-1和衰减周期y＝2i，i从0开始，当部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，i自增1；
将所述哈希环上任一点位设置为原点，原点处A＝0，A为哈希环上待部署节点部署的点位位置；
节点部署方式为：若部署次数不大于y，先部署一次A＝A+x，再部署一次A＝A+2n-1，按照两种方式轮流部署，即当部署次数为奇数时，A＝A+x；部署次数为偶数时，A＝A+2n-1；若部署过程中，部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，本次节点部署完毕后，部署次数归零，令x＝x/2。需要说明的是，本申请中A＝A+x、A＝A+2n-1和x＝x/2为程序中常用的赋值过程，以A＝A+x为例说明，可以理解为当前A的值等于上一个A的值加上当前x的值。
如图2所示，以一致性Hash算法中常用的哈希环为例说明，其中n＝31，上述节点为0-231-1
当部署第一个节点node1时，部署次数为1，衰减跨度x此时等于230，衰减周期y＝20＝1，此时部署次数与衰减周期y相等，则将第一个节点部署在A＝0+x＝0+230＝230处，即哈希环第230节点处。由于此时部署次数与衰减周期相等，则部署次数清零，衰减跨度x＝230/2＝229，衰减周期中i自增1此时i＝1，y＝2；因此部署第二个节点node2时，部署次数为1，小于衰减周期y，则将第二节点部署在A＝230+229处，此时部署次数为1小于衰减周期y，部署次数无需清零；则当部署第三个节点node3时，部署次数为2，部署在A＝(230+229)+220，虽然此时A大于231，但是因为哈希环为圆环，即此时A＝229，则将第三节点node3设置在A＝229处。由于此时部署次数为2与衰减周期y相等，则将部署次数清零，然后衰减跨度x＝229/2＝228；当部署第四节点node4时，部署次数从1重新开始计算，依据上述步骤进行部署。节点node5、node6和node7及后续节点nodeN都依据上述步骤进行部署。当新增节点时，仅需要按照上述步骤进行步骤即可，无需变更以前节点的位置。同时，由于当部署次数为偶数时节点的部署位置与上一部署节点的位置为对称(因为整个哈希环为231，部署次数为偶数时的当前节点的部署位置与上一节点部署位置相差为230，即半个圆环)。
本发明实施例提供的方法节点的分布上产生了优于一致性Hash算法的平均分布，所以存储到节点上的数据量也会平均分布，因此标准差会大大降低。同时保持了和一致性Hash算法一致的扩容能力，在进行系统扩容时，不需要移动之前的虚拟节点。
第二实施例，本发明提供一种数据存储方法，将所述数据存储在按照第一实施例中提供的方法部署的节点上，存储时，从原点开始以顺时针的顺序将数据存储在距离原点最近的节点，如图2所示，存储方式为node6-node3-node4……。每个节点存储数据次数在预设值，如每个节点存储一次或两次后，存储到下一节点。如图2所示，当仅有2个节点时，存储的顺序依次为node1-node2。而当扩容两个节点后，存储的顺序为node3-node4-node1-node2。最终部署得到的节点存储的数据在各个节点分配也较为平均；数据分布的均匀程度可以用标准差来进行评价，标准差越小代表着数据分布越均衡。最理想的平均分布算法标准差为0，但因为没有扩容能力所以实际系统中不会使用此算法。支持快速扩容的一致性Hash算法，在2000个节点，1000000个数据时，标准差约为18891。相同条件下，采用本申请的技术方案的标准差约为339。
本发明实施例提供的数据存储方法，能够时存储的数据更均匀，标准差更小，大大提高了各个节点的使用率，避免某一个节点存储较多的数据，而其他节点存储数据较小，浪费存储成本。
第三实施例，本发明提供一种数据存储节点部署装置，如图3所示，包括：
哈希环设置模块31，用于设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
节点部署模块32，用于基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。具体为：所述哈希环的点位数量为2n，所述基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位，包括：
定义衰减跨度x＝2n-1和衰减周期y＝2i，i从0开始，当部署次数等于y时，i自增1；
将所述哈希环上任一点位设置为原点，原点处A＝0，A为哈希环上待部署节点部署的点位位置；
节点部署方式为：若部署次数小于y，先部署一次A＝A+x，再部署一次A＝A+2n-1，按照两种方式轮流部署；若部署过程中，部署次数等于y时，部署次数归零，令x＝x/2。优选地，n＝31。
本发明实施例提供的数据存储节点部署装置，首先设置哈希环，然后根据衰减排列算法将待部署节点部署在哈希环的点位，其中衰减排列算法采用对称原则，加上半衰期参数，在进行扩容时，无需移动以前的节点，在保持了和一致性Hash算法的扩容能力的同时，使得节点部署在哈希环上时，存储在各个节点的数据较为均匀。
第四实施例，本发明提供一种数据存储装置，存储模块，用于将所述数据存储在按照第一实施例提供的方法部署的节点上。
第五实施例，本发明提供一种数据存储节点部署设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行第一实施例中提供的方法。
第六实施例，本发明提供一种数据存储设备，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行第二实施例中提供的方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种数据存储节点部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述哈希环的点位数量为2n，所述基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位，包括：
定义衰减跨度x＝2n-1和衰减周期y＝2i，i从0开始，当部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，i自增1；
将所述哈希环上任一点位设置为原点，原点处A＝0，A为哈希环上待部署节点部署的点位位置；
节点部署方式为：若部署次数不大于y，先部署一次A＝A+x，再部署一次A＝A+2n-1，按照两种方式轮流部署；若部署过程中，部署次数等于y时，本次节点部署完毕后，部署次数归零，令x＝x/2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述n＝31。
4.一种数据存储方法，其特征在于：将所述数据存储在按照权利要求1-3任一项所述的方法部署的节点上。
5.一种数据存储节点部署装置，其特征在于，包括：
哈希环设置模块，用于设置哈希环，所述哈希环上的点位数量不小于待部署节点的数量；
节点部署模块，用于基于衰减排列算法将所述待部署节点部署在所述哈希环上的点位。
6.一种数据存储装置，其特征在于，包括：存储模块，用于将所述数据存储在按照权利要求1-3任一项所述的方法部署的节点上。
7.一种数据存储节点部署设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行权利要求1-3任一项所述的方法。
8.一种数据存储设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
所述存储器被配置为用于执行权利要求4任一项所述的方法。
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