高校信息化建設(shè)中云存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用的思考與測(cè)試

張程 馬武

洛陽(yáng)師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與電化教育中心，河南 洛陽(yáng) 471022

引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正快速發(fā)展，云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云服務(wù)等各種云技術(shù)給各行各業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。特別是在教育領(lǐng)域，不可否認(rèn)的是近20多年來(lái)，信息技術(shù)的發(fā)展給教育技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)極其重要的影響。當(dāng)信息技術(shù)發(fā)展到“云時(shí)代”的如今，它在教育信息化的建設(shè)和發(fā)展中有哪些方面的應(yīng)用呢？

1 高校教育信息化建設(shè)面臨的問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)的教育信息化發(fā)展主要是靠高等院校來(lái)帶動(dòng)的，而高等院校的信息化建設(shè)均以信息系統(tǒng)（包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)）為基礎(chǔ)。大多數(shù)高等院校的信息系統(tǒng)建立的模式如圖1所示。

圖1 教育信息化的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隨著高等院校教育信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的、應(yīng)用較廣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及訪問(wèn)模式已不能滿足教育信息化快速發(fā)展的需要。這是因?yàn)?，多媒體教育資源（如文本、圖片、flash、音視頻）和管理數(shù)據(jù)（如師生個(gè)人信息、教學(xué)信息、一卡通脹務(wù)信息、辦公自動(dòng)化信息等）迅速累積，以幾何數(shù)據(jù)增長(zhǎng)；而且由于信息化的日益普及，用戶在線并發(fā)訪問(wèn)教育教學(xué)網(wǎng)站或其他各種應(yīng)用信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)越來(lái)越頻繁，這就不可避免地造成網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源日益緊張。因此，就必然要求教育信息化系統(tǒng)能有一個(gè)大容量、高數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

2 云存儲(chǔ)

云存儲(chǔ)是基于云計(jì)算（cloud computing）延伸出的一個(gè)新的概念，它是指通過(guò)應(yīng)用網(wǎng)格技術(shù)、集群應(yīng)用和分布式文件系統(tǒng)等功能，將大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)并協(xié)同工作，共同對(duì)外提供一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能的系統(tǒng)[1]。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)需要處理（包括存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用等）大量的數(shù)據(jù)時(shí)，就必須要配置一個(gè)海量的存儲(chǔ)設(shè)備以供系統(tǒng)使用，此時(shí)它就轉(zhuǎn)變成為云存儲(chǔ)系統(tǒng)。從這種意義上來(lái)說(shuō)，云存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)的云計(jì)算系統(tǒng)[2]。

云存儲(chǔ)系統(tǒng)是由存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層與訪問(wèn)層四層組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 云存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 云存儲(chǔ)在教育信息化中的應(yīng)用

筆者試提出以云存儲(chǔ)為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建大規(guī)模的教育信息化系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，云存儲(chǔ)主要為教育信息化的應(yīng)用系統(tǒng)提供易于管理、高可靠性、高訪問(wèn)響應(yīng)性的存儲(chǔ)基礎(chǔ)支撐，其體系架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 基于云存儲(chǔ)的教育信息化系統(tǒng)體系架構(gòu)

這種架構(gòu)是以存儲(chǔ)為中心的信息系統(tǒng)體系架構(gòu)。系統(tǒng)在存儲(chǔ)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的分配、整合、共享、容錯(cuò)與監(jiān)控等功能；而對(duì)于應(yīng)用層來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)擁有一個(gè)海量存儲(chǔ)，所有的應(yīng)用服務(wù)器均可充分共享這個(gè)海量的存儲(chǔ)空間。因此，它的優(yōu)勢(shì)在于存儲(chǔ)與應(yīng)用相對(duì)分離，從而避免了多存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來(lái)的信息孤島現(xiàn)象，很大程度上提高了數(shù)據(jù)的管理與訪問(wèn)效率。

4 HepyCloud云存儲(chǔ)系統(tǒng)驗(yàn)證

可以通過(guò)實(shí)際測(cè)試HepyCloud存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證云存儲(chǔ)對(duì)于教育信息化系統(tǒng)的支撐。HepyCloud是一個(gè)大尺度文件系統(tǒng)，能夠支持海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，輕松管理數(shù)百TB的存儲(chǔ)空間；HepyCloud存儲(chǔ)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)底層是基于開(kāi)放架構(gòu)的存儲(chǔ)服務(wù)器，面向應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。這些存儲(chǔ)服務(wù)器組成對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，向客戶端提供統(tǒng)一命名空間?？蛻舳丝梢酝ㄟ^(guò)多種協(xié)議訪問(wèn)HepyCloud，包括基于FUSE實(shí)現(xiàn)的Linux本地文件系統(tǒng)，完全兼容POSIX語(yǔ)義；傳統(tǒng)的NFS文件系統(tǒng)；CIFS、FTP、HTTP等數(shù)據(jù)訪問(wèn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)Windows、Linux、Mac等跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享。服務(wù)器或客戶端之間通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)（千兆以太網(wǎng)、萬(wàn)兆以太網(wǎng)或InfinBand等）進(jìn)行互連[3]。

圖4 HepyCloud云存儲(chǔ)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

5 性能測(cè)試

5.1 小文件訪問(wèn)測(cè)試

小文件的測(cè)試環(huán)境選用實(shí)際應(yīng)用小文件的信息化網(wǎng)站，Web 網(wǎng)站上存儲(chǔ)都是幾十k的小文件,當(dāng)文件存儲(chǔ)數(shù)量達(dá)到億級(jí)的時(shí)候，傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)文件的管理性能下降，數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和讀寫(xiě)的速度不高，這使目前是造成Web服務(wù)器性能下降，響應(yīng)慢得主要原因。HepyCloud的海量存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)海量文件的管理和高聚合貸款訪問(wèn)功能能夠滿足海量小文件訪問(wèn)的需要。

測(cè)試環(huán)境：

4臺(tái)內(nèi)核2.6.18存儲(chǔ)服務(wù)器，13 塊用于存儲(chǔ)web數(shù)據(jù)的sas盤(pán)，共3.4T；

測(cè)試說(shuō)明：

-p ：并發(fā)的用戶進(jìn)程數(shù)；

-s ： 持續(xù)訪問(wèn)時(shí)間列表里URL random方式遍歷；

fetches/sec 服務(wù)器每秒能夠響應(yīng)的查詢次數(shù)；

msecs/connect每連接的平均響應(yīng)時(shí)間這個(gè)選項(xiàng)；

1000個(gè)用戶持續(xù)60s并發(fā)訪問(wèn)訪問(wèn)web網(wǎng)站的頁(yè)面。107066次訪問(wèn)，服務(wù)器每秒能夠響應(yīng)的查詢次數(shù)1784.43次，每個(gè)連接的平均響應(yīng)時(shí)間為159.372毫秒；

從上面的測(cè)試結(jié)果來(lái)看服務(wù)器反應(yīng)及應(yīng)用性能是足夠的，能夠滿足大并發(fā)的持續(xù)訪問(wèn)。

5.2 大文件傳輸測(cè)試

測(cè)試環(huán)境由兩臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器組成的HepyCloud存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)mount點(diǎn)web-vol掛載在ftp服務(wù)器。通過(guò)ftp下載大文件，測(cè)試存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)傳輸能力；

同過(guò)ftp并發(fā)上傳下載1GB的大文件進(jìn)行測(cè)試大文件的并發(fā)傳輸能力；

1個(gè)ftp下載1個(gè)1GB大小的文件，下載速度為91.6711MB/s。

47個(gè)ftp并發(fā)下載47個(gè)1GB大小文件的速度如下圖。

圖5 測(cè)試速度圖

平均一個(gè)連接的下載速度3.79021MB/s，總下載速度178.14MB/s。

從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，當(dāng)大量數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸時(shí)，兩臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的下載速度能夠達(dá)到線性增長(zhǎng)。這適用于多任務(wù)，多并發(fā)，大數(shù)據(jù)訪問(wèn)的應(yīng)用。

6 小結(jié)

測(cè)試結(jié)果證明云存儲(chǔ)可以為教育信息化系統(tǒng)帶來(lái)一種新的存儲(chǔ)方式。通過(guò)對(duì)HepyCloud云存儲(chǔ)系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證了以云存儲(chǔ)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)的教育信息化系統(tǒng)能夠滿足大型的數(shù)據(jù)和海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而其聚合帶寬的優(yōu)異性能可以滿足教育信息化系統(tǒng)高并發(fā)訪問(wèn)的要求，具有較高的可行性。

[1]張程，馬武.云存儲(chǔ)在精品課程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)中的應(yīng)用探究. 中國(guó)科技信息,2013年第7期

[2]趙志峰，張衛(wèi). 一種云存儲(chǔ)目錄元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) .廣播與電視技術(shù), 2013年第2期

[3]程耀東，劉寶旭，孫功星，陳剛. 高能物理與云計(jì)算. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù),2011年第31卷第11期