近幾年IT 領(lǐng)域最熱門的關(guān)鍵詞非“云計(jì)算”莫屬。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、帶寬資源等，“云計(jì)算”是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念在商業(yè)環(huán)境中的綜合應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。
云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)新的概念，是指通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等技術(shù)手段，讓網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備在應(yīng)用軟件的管理下協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能的系統(tǒng)。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。
隨著云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的日益普及，用戶對(duì)云存儲(chǔ)的需求越來(lái)越迫切，各大IT 廠商順應(yīng)市場(chǎng)需求，逐漸推出相應(yīng)的解決方案，Nasuni 和TwinStrata 等供應(yīng)商已經(jīng)引入這類產(chǎn)品。
云存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示，云存儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)相比具有顯著的差異，傳統(tǒng)存儲(chǔ)是指某一具體的存儲(chǔ)設(shè)備或者由大量相同的存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成的集合體。而云存儲(chǔ)可以理解為一種由大量同構(gòu)或者異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備集合構(gòu)成的分布式存儲(chǔ)服務(wù)。
圖1 云存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)圖
具體而言兩種有下不同：第一，從功能需求角度看，傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)則關(guān)注于數(shù)據(jù)如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事務(wù)處理、數(shù)據(jù)備份等應(yīng)用，而云存儲(chǔ)系統(tǒng)更關(guān)注用戶，面向用戶提供多種類型的存儲(chǔ)服務(wù)；第二，從性能需求來(lái)看，傳統(tǒng)存儲(chǔ)對(duì)資源利用率低，對(duì)存儲(chǔ)資源的分配通常是靜態(tài)的，而云存儲(chǔ)對(duì)資源利用率非常高，采用動(dòng)態(tài)的方法分配存儲(chǔ)資源；第三，從管理和成本角度看，傳統(tǒng)存儲(chǔ)的投資成本和管理成本都十分昂貴，而云存儲(chǔ)系統(tǒng)可有有效降低投資成本和管理成本；第四，從服務(wù)需求角度來(lái)看，傳統(tǒng)存儲(chǔ)故障率相對(duì)較高，而云存儲(chǔ)則采用業(yè)務(wù)遷移、數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)備份等技術(shù)手段保證服務(wù)的正常運(yùn)行；第五，從實(shí)時(shí)性角度來(lái)看，傳統(tǒng)存儲(chǔ)存在于本地，無(wú)法隨用戶移動(dòng)，而云存儲(chǔ)屬于托管存儲(chǔ)，只要有互聯(lián)網(wǎng)接入用戶即可實(shí)時(shí)地存取數(shù)據(jù)。
基于上述特點(diǎn)，云存儲(chǔ)平臺(tái)整體架構(gòu)可劃分為4 個(gè)層次，自底向上依次是：物理層、存儲(chǔ)管理層、業(yè)務(wù)服務(wù)層以及用戶訪問(wèn)層。云存儲(chǔ)系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2 所示。
圖2 云存儲(chǔ)系統(tǒng)整體架構(gòu)圖
1. 物理層
云存儲(chǔ)系統(tǒng)物理層由包括多種不同各類的存儲(chǔ)設(shè)備，以及將設(shè)備連接起來(lái)的物理鏈路。云存儲(chǔ)系統(tǒng)多應(yīng)用于復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在這種情況下，傳統(tǒng)的基于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)組織難以滿足廣域網(wǎng)多用戶條件下的功能和性能要求，實(shí)際應(yīng)用中可能以光纖、VPN 等多種形式將分散在不同位置的存儲(chǔ)設(shè)備連接起來(lái)，形成一個(gè)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)外提供服務(wù)。
云存儲(chǔ)的物理層將不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備互連起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的集中管理和狀態(tài)監(jiān)控，其實(shí)質(zhì)是一種面向服務(wù)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)。
2. 存儲(chǔ)管理層
存儲(chǔ)管理層是物理層的邏輯抽象，它隱藏了云存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理特性，封裝了物理設(shè)備與邏輯設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將復(fù)雜的管理策略模塊化，為上層應(yīng)用提供高度集成的管理接口。上層應(yīng)用通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)多存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)同工作，以更好的性能對(duì)外提供服務(wù)。
3. 業(yè)務(wù)服務(wù)層
業(yè)務(wù)服務(wù)層在物理層、存儲(chǔ)管理層的支持下對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，它具有多樣性和靈活性的特點(diǎn)。在不用應(yīng)用環(huán)境中，業(yè)務(wù)服務(wù)層的表現(xiàn)形式可以是不同的。基于不同的應(yīng)用需求和開(kāi)發(fā)環(huán)境，業(yè)務(wù)服務(wù)層可能表現(xiàn)為網(wǎng)站、移動(dòng)應(yīng)用程序、WEBSERVICE等多種形式，但本質(zhì)上都是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和共享。
4. 用戶訪問(wèn)層
用戶訪問(wèn)層從根本上講，是一套用戶授權(quán)、認(rèn)證機(jī)制，它決定用戶以怎樣的形式對(duì)既定的數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些權(quán)限范圍內(nèi)的操作。多數(shù)情況下，用戶訪問(wèn)層以模塊的形式集成于業(yè)務(wù)服務(wù)層和存儲(chǔ)管理層中，這些模塊共同構(gòu)成數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)則。
根據(jù)使用環(huán)境的不同，云存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式不同，云存儲(chǔ)系統(tǒng)可以劃分為不同種類。Google，Amazon等網(wǎng)絡(luò)公司在線提供的服務(wù)稱為共有云；使用技術(shù)廠商現(xiàn)成的解決方案，或者根據(jù)實(shí)際情況購(gòu)買軟硬件設(shè)施自主建設(shè)私有云；結(jié)合共有云和私有云而成的混合云等。
筆者在一個(gè)局域網(wǎng)教育培訓(xùn)系統(tǒng)的過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際需求探索出一條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、管理方便的云存儲(chǔ)解決方案。
因工作需要，公司需建設(shè)一套局域網(wǎng)內(nèi)的教育培訓(xùn)系統(tǒng)，用于開(kāi)展員工的在線教育培訓(xùn)工作，以節(jié)約成本、提高工作效率。公司組織結(jié)構(gòu)分為三層，一級(jí)機(jī)構(gòu)下設(shè)多個(gè)二級(jí)營(yíng)銷部，每個(gè)營(yíng)銷部下設(shè)若干個(gè)市場(chǎng)部，員工總數(shù)近一千人。各級(jí)單位聯(lián)網(wǎng)辦公，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。由于在地理位置上距離較遠(yuǎn)，二級(jí)、三級(jí)單位通過(guò)VPN 方式連接至一級(jí)單位。核心網(wǎng)絡(luò)千兆交換，下級(jí)單位VPN 連接帶寬為2M。
圖3 應(yīng)用環(huán)境網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
教育培訓(xùn)平臺(tái)需要在用戶終端與服務(wù)器之間傳輸處理大量的視頻、文檔等數(shù)據(jù)，這一需求在純粹的千兆，或者百兆局域網(wǎng)內(nèi)使用傳統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)十分容易實(shí)現(xiàn)，但在上圖所示的實(shí)際環(huán)境中，卻面臨著效率上的問(wèn)題。這一問(wèn)題主要表現(xiàn)在二級(jí)、三級(jí)單位層面，因網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶數(shù)量大，實(shí)時(shí)的在線視頻、文件傳輸無(wú)法保證流暢性，同時(shí)還會(huì)嚴(yán)重影響其它業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。只有使用云存儲(chǔ)系統(tǒng)，將用戶的大數(shù)據(jù)量請(qǐng)求限制在用戶所在百兆或者千兆局域網(wǎng)內(nèi)，才能解決這一問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)對(duì)公司網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和教育培訓(xùn)系統(tǒng)需求的深入分析，參考了當(dāng)下比較成熟通用的云存儲(chǔ)技術(shù)Hadoop，項(xiàng)目組決定應(yīng)用系統(tǒng)集中部署，文件則使用分布式存儲(chǔ)，建立公司內(nèi)部私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)。該教育培訓(xùn)系統(tǒng)采用服務(wù)訪問(wèn)層，請(qǐng)求處理層，云端存儲(chǔ)層三層結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。
圖4 應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖
服務(wù)訪問(wèn)層隱藏了系統(tǒng)所提供服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)為用戶提供服統(tǒng)一的務(wù)接口，請(qǐng)求處理層負(fù)責(zé)處理用戶的服務(wù)請(qǐng)求訪問(wèn)云端數(shù)據(jù)，云端存儲(chǔ)層管理所有用戶的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署為中心機(jī)房部署一臺(tái)主文件服務(wù)器，每個(gè)下級(jí)單位所在的局域網(wǎng)部署一臺(tái)二級(jí)文件服務(wù)器，文件服務(wù)器采用帶HTTP、FTP 管理功能的NAS 設(shè)備。整體的硬件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示：
圖5 云存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
在圖5 所示的硬件結(jié)構(gòu)中，軟件系統(tǒng)需要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：
1.用戶請(qǐng)求與存儲(chǔ)設(shè)備的映射
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，中心管理系統(tǒng)接收到文件請(qǐng)求時(shí)，首先根據(jù)用戶的身份信息查找文件存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)地址映射表，判斷用戶所處的局域網(wǎng)，然后將文件請(qǐng)求鏈接至對(duì)應(yīng)局域網(wǎng)的文件服務(wù)器，在進(jìn)行文件存在性判斷，如果所在節(jié)點(diǎn)存在請(qǐng)求文件則向用戶傳輸所請(qǐng)求文件，如果不存在該文件則將請(qǐng)求重新定位到中心文件服務(wù)器請(qǐng)求文件，通過(guò)中心服務(wù)器想用戶傳輸文件。存儲(chǔ)設(shè)備地址映射過(guò)程如圖6 所示。
圖6 云存儲(chǔ)映射示意圖
2.文件服務(wù)器同步
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在多臺(tái)文件服務(wù)器，在工作過(guò)程中，管理員只將文件發(fā)布到中心文件服務(wù)器上，其它子文件服務(wù)器由系統(tǒng)根據(jù)培訓(xùn)任務(wù)，自動(dòng)將相應(yīng)的培訓(xùn)資料下發(fā)至對(duì)應(yīng)的子文件服務(wù)器。
由于各級(jí)單位都劃分了單獨(dú)的網(wǎng)段，上述第一個(gè)問(wèn)題解決起來(lái)十分簡(jiǎn)單，通過(guò)客戶端IP地址就能將文件請(qǐng)求對(duì)應(yīng)到所在局域網(wǎng)的文件服務(wù)器。第二個(gè)問(wèn)題相對(duì)而言較為復(fù)雜，需要綜合考慮用戶所在單位、單位所在網(wǎng)段、單位對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)以及培訓(xùn)關(guān)聯(lián)的文件等各方面因素，形成一套存儲(chǔ)管理策略。管理員根據(jù)工作需要，調(diào)用管理策略，在業(yè)務(wù)空閑時(shí)段安排文件同步任務(wù)，就能實(shí)現(xiàn)文件服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步。文件同步過(guò)程如圖7所示。
圖7 云存儲(chǔ)同步示意圖
從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，上述云存儲(chǔ)方案較好地解決了多級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的帶寬瓶頸問(wèn)題，很好地支持了應(yīng)用的運(yùn)行。相比其它解決方案，體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
實(shí)現(xiàn)成本低
該方案從根本上講，采用了“以空間換取效率”的原則，在各個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部署文件服務(wù)器，以保障系統(tǒng)運(yùn)行效率。對(duì)原有的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和軟件環(huán)境沒(méi)有進(jìn)行升級(jí)改造，主要的投入體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器上。目前千元級(jí)大容量的局域網(wǎng)文件服務(wù)器產(chǎn)品很多，實(shí)施過(guò)程中這方面的投入很容易控制。相比使用成套的云存儲(chǔ)產(chǎn)品，該方案的成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。
管理方便
使用該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以十分靈活地對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行管理。增加、刪除一個(gè)文件服務(wù)器節(jié)點(diǎn)需要做的工作非常少，存儲(chǔ)的擴(kuò)容也很靈活，除中心服務(wù)器外，子文件服務(wù)器相互之間不受影響，方便進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)。
擴(kuò)展性強(qiáng)
該方案的云存儲(chǔ)管理軟件使用HTTP、FTP 等成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，完全自主開(kāi)發(fā)，不涉及任何第三方的協(xié)議和接口，方便進(jìn)行系統(tǒng)完善和功能擴(kuò)展。結(jié)束語(yǔ)
隨著信息技術(shù)和業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展，云存儲(chǔ)技術(shù)必將被越來(lái)越多的應(yīng)用，筆者在應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際需求，在云存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了一次有價(jià)值的探索和思考。期待云存儲(chǔ)技術(shù)在經(jīng)歷不斷的發(fā)展后，能夠更加多樣化，具有更好的適應(yīng)性，讓各個(gè)層次的企業(yè)都能應(yīng)用云存儲(chǔ)、用好云存儲(chǔ)。
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本文標(biāo)題：使用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)廣域網(wǎng)內(nèi)存儲(chǔ)集中管理
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