論云存儲(chǔ)在視訊領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

趙華 江西省農(nóng)業(yè)信息中心 江西南昌 330046

論云存儲(chǔ)在視訊領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢

趙華 江西省農(nóng)業(yè)信息中心 江西南昌 330046

本文概述了云存儲(chǔ)在視訊領(lǐng)域應(yīng)用的工作原理、并且介紹如何實(shí)現(xiàn)視訊資源的存儲(chǔ)、管理、共享、維護(hù)等，以及云存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)化和海量視頻共享需求在實(shí)際工作中所產(chǎn)生的效益。

網(wǎng)絡(luò) 云存儲(chǔ) 資源共享

近年來，隨著多媒體信息、尤其是海量視頻信息的快速增長，傳統(tǒng)的視訊技術(shù)越來越難以滿足部分行業(yè)在傳輸、存儲(chǔ)及大數(shù)據(jù)計(jì)算分析上的需要，或者說很難以更低的成本、更靈活的擴(kuò)展性、更健壯更可靠更安全的系統(tǒng)架構(gòu)來滿足這些需要。因此，云計(jì)算的概念這兩年開始越來越多的滲透到視訊領(lǐng)域。其中，云存儲(chǔ)取得的突破性應(yīng)用尤為引人注目。本文將主要就云存儲(chǔ)在視訊領(lǐng)域的應(yīng)用展開分析。

網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的普及，使得視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程會(huì)商、按遠(yuǎn)程教育等的應(yīng)用越來越廣泛，信息量越來越多，每時(shí)每刻都在增加新的視頻資源。同時(shí)，720P、1080P以及4K高分辨率的視頻資源包含著更大的信息量，而這些視頻資源的共享、點(diǎn)播等也成為很多行業(yè)日益迫切的需求，促使現(xiàn)有分散的視頻資源正朝著大集中的方向推進(jìn)。這些不斷增長的視頻數(shù)據(jù)在帶來海量視頻存儲(chǔ)需求的同時(shí)，也對當(dāng)前的視頻存儲(chǔ)技術(shù)提出了一系列新的挑戰(zhàn)：如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)容量的平滑擴(kuò)展？如何有效的降低由此帶來的存儲(chǔ)成本？如何更可靠地保存、更安全地使用和更便捷地分享這些數(shù)據(jù)？如何解決越來越龐大的系統(tǒng)給維護(hù)管理帶來的困擾？答案就在云存儲(chǔ)。

1、云存儲(chǔ)的定義

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算概念上衍生和發(fā)展出來的一種技術(shù)或服務(wù)。將網(wǎng)絡(luò)中各類存儲(chǔ)設(shè)備匯集在云計(jì)算系統(tǒng)當(dāng)中，通過云計(jì)算的概念組織起來協(xié)同工作，對外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問的功能以及與存儲(chǔ)相關(guān)的增值應(yīng)用，即稱為云存儲(chǔ)。

云存儲(chǔ)和云計(jì)算都是云架構(gòu)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，任何應(yīng)用都需要一個(gè)計(jì)算模型、一個(gè)存儲(chǔ)模型和一個(gè)通信模型。云計(jì)算中，為了實(shí)現(xiàn)資源的彈性利用以及給用戶造成資源無限的假象，必須實(shí)現(xiàn)資源的復(fù)用。云存儲(chǔ)也是一樣，它通過虛擬化和精簡配置技術(shù)，讓資源的效益最大化。與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備相比，云存儲(chǔ)不再僅僅是一個(gè)硬件，而是一個(gè)集合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪問接口、接入網(wǎng)和客戶端程序等多個(gè)部分組成的復(fù)雜系統(tǒng)。各部分以存儲(chǔ)設(shè)備為核心，通過應(yīng)用軟件來對外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問服務(wù)。云存儲(chǔ)對外提供的是與存儲(chǔ)相關(guān)的服務(wù)。云存儲(chǔ)可以提供類似于磁盤陣列的裸空間服務(wù)，也可以提供基于存儲(chǔ)的特定服務(wù)。

2、云存儲(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)

要了解云存儲(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)，需要先了解其應(yīng)用架構(gòu)。我們以平安城市為例來看云存儲(chǔ)的應(yīng)用架構(gòu)。在平安城市中，云存儲(chǔ)可為多個(gè)系統(tǒng)提供存儲(chǔ)服務(wù)，包括視頻監(jiān)控、卡口電警、圖像資源庫、圖偵分析研判等。其可完成日常視頻錄像資源、各個(gè)案件中所涉及的視頻和圖片等資源、卡口電警所產(chǎn)生的車輛抓拍圖片等資源的統(tǒng)一存儲(chǔ)。從應(yīng)用架構(gòu)上看，云存儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)差異并不明顯，其更本質(zhì)的區(qū)別其實(shí)體現(xiàn)在內(nèi)部軟件架構(gòu)上。

云存儲(chǔ)的應(yīng)用架構(gòu)

云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用大規(guī)模分布式并行文件系統(tǒng)，以大量的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)大規(guī)模存儲(chǔ)集群，提供上百PB的存儲(chǔ)容量，并能夠在線進(jìn)行容量的擴(kuò)充，由此搭建的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)整體成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)，并且具有良好的可擴(kuò)充性和靈活性。

云存儲(chǔ)系統(tǒng)通過元數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分離的非對稱式架構(gòu)，通過負(fù)載均衡和數(shù)據(jù)并發(fā)訪問策略，在普通硬件條件下獲得高達(dá)數(shù)十Gbps的傳輸速率以及上百PB級的存儲(chǔ)容量，并可根據(jù)用戶應(yīng)用發(fā)展的趨勢，適時(shí)按需進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。與單機(jī)的文件系統(tǒng)不同，分布式文件系統(tǒng)不是將這些數(shù)據(jù)放在一塊磁盤上由上層操作系統(tǒng)來管理，而是存放在一個(gè)服務(wù)器集群上，由集群中的服務(wù)器，各盡其責(zé)，通力合作，提供整個(gè)文件系統(tǒng)的服務(wù)。云存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)置了基于對象數(shù)據(jù)管理策略，能夠保證在系統(tǒng)局部發(fā)生故障時(shí)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，徹底消除存儲(chǔ)系統(tǒng)中的單點(diǎn)故障，結(jié)合自動(dòng)故障探測和快速故障恢復(fù)技術(shù)，確保用戶的應(yīng)用持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，同時(shí)減少部署和管理的難度。

更直觀的理解，云存儲(chǔ)系統(tǒng)本身也是構(gòu)建在通用磁盤陣列之上的，它通過通過操作系統(tǒng)的API管理磁盤上的數(shù)據(jù)，只不過這樣一個(gè)系統(tǒng)在邏輯上可以分為元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（控制節(jié)點(diǎn)）、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)）、管理節(jié)點(diǎn)以及客戶端四個(gè)部分。

云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模型

2.1 元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（控制節(jié)點(diǎn)）

元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)即控制節(jié)點(diǎn)，用于記錄所存儲(chǔ)的文件的各種屬性，相當(dāng)于整個(gè)文件系統(tǒng)的大腦，管理各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，收集數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)信息，了解所有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)狀，然后給它們分配任務(wù)，協(xié)調(diào)指示各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)服務(wù)；

2.2 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)）

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)即存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，用于管理磁盤和卷和存儲(chǔ)用戶的文件數(shù)據(jù)，是整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)資源提供者，它同時(shí)還負(fù)責(zé)集群構(gòu)建，包括節(jié)點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)分片，并承擔(dān)數(shù)據(jù)冗余保護(hù)和對數(shù)據(jù)訪問的負(fù)載均衡；

2.3 管理節(jié)點(diǎn)

管理節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的集群節(jié)點(diǎn)、文件、日志、告警、網(wǎng)關(guān)等，同時(shí)提供日志管理、性能監(jiān)控、配置管理、故障管理等能力，方便系統(tǒng)管理維護(hù)人員管理云存儲(chǔ)系統(tǒng)；

2.4 客戶端

客戶端在一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程中提供服務(wù)，為用戶提供文件讀寫、目錄操作等APIs，當(dāng)用戶需要使用分布式文件系統(tǒng)進(jìn)行文件讀寫的時(shí)候，將客戶端安裝至需使用系統(tǒng)的服務(wù)器，即可使用系統(tǒng)提供的服務(wù)。

3、云存儲(chǔ)與傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的對比優(yōu)勢

與傳統(tǒng)存儲(chǔ)相比，云存儲(chǔ)具備以下幾個(gè)方面的顯著優(yōu)勢：

3.1 存儲(chǔ)容量的彈性擴(kuò)展

傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備最大容量有限，當(dāng)達(dá)到一定擴(kuò)展能力就很難再擴(kuò)展，同時(shí)存儲(chǔ)性能、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性都大大降低。云存儲(chǔ)能夠通過集群很容易獲得PB級存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)擴(kuò)展沒有限制，可隨時(shí)隨地在線增加存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)來滿足存儲(chǔ)容量需求，并且能夠做到“增加存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)自動(dòng)重組，減少存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)自動(dòng)恢復(fù)”的彈性和可伸縮性。

3.2 高并發(fā)讀寫性能

傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備的并發(fā)讀寫性能容易受到NAS機(jī)頭、CPU或控制器的能力限制，而云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用控制與數(shù)據(jù)分離的架構(gòu)，脫離了單臺設(shè)備的能力束縛，整個(gè)系統(tǒng)的性能主要受網(wǎng)絡(luò)吞吐能力的限制。云存儲(chǔ)技術(shù)可將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的帶寬聚合，隨著存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的增加可以實(shí)現(xiàn)帶寬的線性增長，理論上帶寬是無限的。同時(shí)在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)文件是拆分成數(shù)據(jù)塊進(jìn)行條帶化存儲(chǔ)在多臺物理存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的，能夠最快速的并發(fā)訪問數(shù)據(jù)。另外云存儲(chǔ)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是采用多副本策略存儲(chǔ)的，可以實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡訪問。

3.3 可維護(hù)性

云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)冗余存儲(chǔ)機(jī)制，硬盤或存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)損壞時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)重組，數(shù)據(jù)不丟失，系統(tǒng)運(yùn)行不受影響。這一點(diǎn)大大提升了海量存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的可維護(hù)性。當(dāng)前來看，最直觀、最能夠體現(xiàn)云存儲(chǔ)優(yōu)勢的就是可維護(hù)性。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備，通常用RAID方式進(jìn)行冗余備份，當(dāng)有硬盤損壞時(shí)，RAID重構(gòu)時(shí)間通常要十幾個(gè)小時(shí)。而采用分布式文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份不再依賴單臺設(shè)備的能力，有硬盤壞掉時(shí)，其余的硬盤將自動(dòng)進(jìn)行重構(gòu)，恢復(fù)受損的數(shù)據(jù)，這只需要十幾分鐘的時(shí)間，維護(hù)人員只需要定期檢查硬盤的損壞情況，并更換新硬盤即可，維護(hù)非常簡單。

3.4 安全性、可靠性

傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備提供的是一個(gè)透明的存儲(chǔ)空間，原始數(shù)據(jù)直接存在存儲(chǔ)設(shè)備上的，數(shù)據(jù)可以直接訪問和使用，并不具有信息安全和私密性。云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)傳輸是加密的，首先用戶并不知道數(shù)據(jù)存在哪個(gè)物理硬盤上，而且數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)設(shè)備上是按文件塊存儲(chǔ)的無法直接進(jìn)行訪問。用戶存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)只有自己有權(quán)限進(jìn)行訪問和管理，系統(tǒng)管理員也無法讀取。

3.5 資源共享性

傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備一般是以單一形式工作，無法做到多臺設(shè)備之間的容量和帶寬聚合。而云存儲(chǔ)集群文件系統(tǒng)，不受限于硬件存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，可靈活的進(jìn)行統(tǒng)一管理和共享。云存儲(chǔ)可以把一個(gè)存儲(chǔ)池共享給多個(gè)用戶進(jìn)行訪問，傳統(tǒng)存儲(chǔ)受限于容量和帶寬的性能是無法做到的。云存儲(chǔ)提供全局統(tǒng)一命名空間，提供示準(zhǔn)的文件訪問接口，支持主流的文件傳輸協(xié)議，同時(shí)支持API接口可于應(yīng)用程序更完美的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)最佳訪問效率。

3.6 總擁有成本低

云存儲(chǔ)系統(tǒng)采用高性價(jià)比的以太網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，比傳統(tǒng)的中高端存儲(chǔ)設(shè)備具有更好的性價(jià)比優(yōu)勢。云存儲(chǔ)擴(kuò)容相對比較靈活，可根據(jù)業(yè)務(wù)隨時(shí)隨地的進(jìn)行彈性擴(kuò)展，用戶不需要在前期一次性購入，需要時(shí)可在線進(jìn)行性能和容量的擴(kuò)展，從而能夠保護(hù)用戶的前期投資。更重要的是，云存儲(chǔ)通過前面提到的可維護(hù)性，可以在管理維護(hù)上大大節(jié)省用戶的總擁有成本（TCO）。

結(jié)束語

視頻圖像的存儲(chǔ)特點(diǎn)是對實(shí)時(shí)的存取性能要求較高，而云存儲(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)決定了它能夠以較低的總擁有成本很好的滿足海量高清或標(biāo)清視頻的并發(fā)寫入、讀取，并能實(shí)現(xiàn)快速配置和即插即用。因此，雖然短期來看，云存儲(chǔ)的需求當(dāng)前主要還將集中在大型行業(yè)市場以及基于公有云架構(gòu)的民用市場，但相信未來隨著網(wǎng)絡(luò)化更全面普及和海量視頻共享需求的更快速增長，其應(yīng)用前景將更加廣闊。

1009-0940(2014)-4-0028-03

2014-10-08