基于云存儲的數字校園存儲架構研究

董啟雄，穆道生，唐清安

（中國人民解放軍裝備學院 訓練部數字校園工程建設中心，北京 101416）

數字校園是教育信息化發展的必然趨勢，隨著數字校園的建設，學校的管理、教學將會步入一個全新的網絡信息化時代。數字校園包括很多業務系統，如：門戶系統、迎新系統、教務系統、一卡通系統、數字圖書系統、校園監控系統、教學資源系統等等，這些系統存儲了學校里最重要的信息資源，它們是應用的核心和基礎，如何科學、有效地存儲、管理、利用這些信息資源是當前數字校園建設中面臨的一個重要課題。

1 數字校園的存儲需求

當前數字校園中的主要應用及數據存儲需求主要有以下5種情況。

（1）門戶網站

包括學院的統一門戶網站，各部系的網站以及專題網站等，其特點為網站數目眾多、訪問量大、存儲的內容絕大多數為非結構化數據，表現為htm l等格式的小文件，負載主要為遠程用戶對W eb頁面的訪問，對存儲的主要需求是具有較高的IOPS（每秒讀寫次數）性能。

（2）網絡存儲系統

如網盤、FTP等為用戶提供網絡存儲空間，其特點為訪問量小、實時性不高，要存儲的絕大多數為文檔、圖片、軟件等非結構化數據，對存儲的主要需求是便于擴展。

（3）業務系統

如：教務管理系統、資產管理系統和一卡通系統、迎新系統等，其范圍涵蓋了學校各部門的主要業務。與門戶網站不同，業務系統的數據主要存放在數據庫中，很少生成htm l等格式的靜態網頁，所以，業務系統對存儲的壓力非常小。

（4）多媒體資源

如：精品課程、聲像教材、視頻監控存儲等，其特點為單一文件大、資源總量大、增長速度快。對存儲的主要需求是具有較好的Throughout（傳輸帶寬）性能并易于擴展。

（5）數據庫系統

如SQL Server、Oracle以及MySQL等，存儲的是結構化數據，其特點為數據量相對不大、冗余度低、共享性高、獨立性強、數據讀寫頻率高、并發請求數量大，對存儲的主要需求是良好的IOPS性能。

2 存儲現狀及問題

在以往，由于存儲系統的建設往往是業務系統建設的附屬內容，因此，在學校信息化建設的不同時期、不同單位、不同項目中建設的存儲系統基本上是分別建設，而且很多采用了異構技術及設備，目前的主要存儲技術有以下3種：

（1）網絡連接存儲（NAS）

NAS（Network Attached Storage）使用以太網作為存儲的基礎，利用網絡文件協議 （NFS，CIFS）實現對存儲設備中的文件級存儲。結構簡單，配置管理方便，可實現跨平臺的數據共享，但是NAS架構下，數據存儲和正常的網絡業務同時使用網絡帶寬，因此其Throughout和IOPS性能較差，難以承載關鍵應用。

（2）基于光纖通道的存儲區域網絡（FC－SAN）

SAN（Storage Area Network）是一個獨立的存儲網絡，實現了直接對物理硬件的塊級存儲訪問，存儲數據流不占用業務網絡帶寬。基于光纖通道的FC－SAN傳輸帶寬高，性能穩定可靠，但是造價高，維護及配置復雜，管理成本高。

（3）基于 IP 協議的存儲網絡（IP－SAN）

IP－SAN是在FA－SAN基礎上發展起來的一種存儲技術，它采用iSCSI協議，利用以太網組建相對廉價的SAN，部署簡單，管理方便，但其效率、性能和安全性均不如FC－SAN。

NAS、FC－SAN和IP－SAN各有所長，但是它們有一個共同的不足，即這些存儲模式中的每一個業務系統都有獨立的磁盤使用空間和預留空間，其他業務系統無法利用其預留空間，形成了一個個的“存儲孤島”，必然會造成存儲資源的浪費；同時，這些存儲系統彼此獨立，也增加了管理和維護的難度。

3 云存儲結構設計

云存儲是在云計算（cloud computing）概念上延伸和發展出來的新技術，它通過集群應用、分布式文件系統等，使網絡中的異構存儲設備協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能，實現了從提供存儲設備向提供存儲服務的根本性變革。數字校園云存儲結構模型如圖1所示。

數字校園云存儲結構模型共分4層，分別承擔物理存儲設備管理、提供存儲服務等功能。

（1）存儲層

云存儲設備可以是FC－SAN，也可以是IP－SAN或NAS。通過統一的存儲設備管理系統實現對不同物理存儲設備的邏輯化和虛擬化管理、多鏈路冗余管理，以及硬件設備的狀態監控和故障維護。

圖1 數字校園云存儲結構模型

（2）基礎管理層

基礎管理層是云存儲的核心部分。該層通過集群存儲、分布式存儲和網格存儲等技術，實現眾多存儲設備之間的協同工作，對外提供統一的存儲訪問服務，而多個存儲設備的并發處理則能夠顯著提高云存儲系統的IOPS和Throughout性能。

（3）應用接口層

應用接口層是由眾多的第三方軟硬件廠商提供的插件層。可以利用應用接口快速開發各類數字校園業務系統，如在云存儲基礎上的視頻監控應用、視頻點播應用、網絡存儲的硬盤、遠程數據備份應用等。

（4）訪問層

任何一個授權用戶都可以按照標準的公共應用接口，在任何地方訪問云存儲平臺，享受云存儲服務。

傳統存儲NAS／SAN目前仍是數字校園存儲領域的主流，但其自身存在難以解決的缺陷。云存儲是行業的最新發展，具有傳統存儲所不具備的諸多優勢，包括海量的存儲能力，快速的響應能力和數據傳輸能力，安全、靈活的存儲擴容能力，統一、方便的集中管理方式，相對低廉的總體擁有成本，能夠很好地滿足數字校園各類應用的存儲需求。

4 結束語

本文通過對數字校園存儲需求和現有存儲系統進行分析，提出了建立基于云存儲技術的數字校園的高效、可靠、安全、跨平臺的存儲架構，以滿足數字校園中迅猛增長、類型復雜、需求各異的個人及單位數據存儲需要。同時，云存儲的利用還將為學校進一步挖掘大數據價值，在教學、科研、管理方面進行科學決策提供有力支撐。

［1］王崢．云存儲在圖書館數字化中的應用研究［J］.合肥工業大學學報，2014，28（3）．

［2］孫小雁．云存儲技術及發展［J］．玉林師范學院學報，2014，35（2）.