云存儲在水產(chǎn)健康養(yǎng)殖中的應(yīng)用

劉光明　邢克智　田云臣等

摘要：針對目前水產(chǎn)大規(guī)模、高密度的集約化養(yǎng)殖使得管理、控制的難度增大，數(shù)據(jù)存儲面臨的資源利用率低、管理維護(hù)成本高等問題，運用HDFS（Hadoop Distributed File System）API的方式設(shè)計了云存儲服務(wù)平臺，實現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶訪問模塊、水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶管理模塊、目錄管理模塊、資源管理模塊和集群管理模塊及數(shù)據(jù)存儲，以及對集群的狀態(tài)監(jiān)控和管理等功能。該系統(tǒng)可以提高服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源利用率，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的有效檢測、信息化生產(chǎn)管理、精細(xì)飼喂、病害防控、安全可追溯，增加經(jīng)濟(jì)效益，對保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境和綠色無公害食品生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖；云存儲；海量數(shù)據(jù)；HDFS；健康養(yǎng)殖

中圖分類號： S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0246-02

收稿日期：2013-10-14

基金項目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201203017）；國家星火計劃（編號：2011GA610009）。

作者簡介：劉光明（1980—），男，天津人，碩士，實驗師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。Tel：（022）23793887；E-mail：liugm2005@126.com。

通信作者：邢克智（1956—），男，天津人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖的研究。E-mail：kzxing@yahoo.com.cn。伴隨著人們的消費模式已轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量型，在不破壞環(huán)境前提下，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化的信息管理、健康養(yǎng)殖智能化方式是未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的方向[1]。如今水產(chǎn)制品在生產(chǎn)和流通過程中，質(zhì)量的檢驗監(jiān)督還剛剛起步，水產(chǎn)制品質(zhì)量安全問題存有一定的隱患。水產(chǎn)制品健康養(yǎng)殖的信息化建設(shè)水平不高，數(shù)據(jù)分布不均勻，更新速度慢，并且在健康養(yǎng)殖過程中還有很多數(shù)據(jù)、圖表存儲和查詢匯總等工作[2]。隨著水產(chǎn)健康養(yǎng)殖管理工作的不斷開展，對健康養(yǎng)殖手段提出了更高、更新的要求，怎樣運用信息化技術(shù)提高水產(chǎn)健康養(yǎng)殖管理水平成了急需解決的問題[3]。開發(fā)的適合水產(chǎn)健康養(yǎng)殖的云存儲系統(tǒng)，可以很好地解決這些問題，實現(xiàn)以下功能：（1）適應(yīng)水產(chǎn)健康養(yǎng)殖數(shù)據(jù)存儲不斷的發(fā)展，支撐存儲節(jié)點的不斷增加，使數(shù)據(jù)可以在每個存儲單元均勻分布，均衡存儲空間與帶寬的負(fù)載；（2）建立海量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，可迅速查詢到所需數(shù)據(jù)，減少平均響應(yīng)時間和吞吐量；（3）可提高硬件的利用率，減少管理成本。結(jié)合云存儲技術(shù)與數(shù)字化信息平臺的特點，應(yīng)用云存儲技術(shù)解決水產(chǎn)健康養(yǎng)殖管理相關(guān)的問題，改善目前信息平臺服務(wù)器存儲單一管理的現(xiàn)狀，筆者介紹了云存儲技術(shù)在水產(chǎn)健康養(yǎng)殖中的作用，建立了水產(chǎn)健康養(yǎng)殖云存儲服務(wù)的功能模塊。

1云存儲系統(tǒng)對水產(chǎn)健康養(yǎng)殖的作用

1.1水產(chǎn)養(yǎng)殖品種的選育管理

利用運存儲技術(shù)，同步各養(yǎng)殖品種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用戶可通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行良種引入、選育和自育、繁殖、提純復(fù)壯工作，實行自動數(shù)據(jù)對接，并對系統(tǒng)運行進(jìn)行分析，進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)，為水產(chǎn)健康養(yǎng)殖提供基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，水產(chǎn)養(yǎng)殖抗疾病、品種品系的抗逆實施還剛剛開始，要進(jìn)一步在這方面取得進(jìn)展，就需要信息技術(shù)與傳統(tǒng)育種技術(shù)相結(jié)合。

1.2科學(xué)放養(yǎng)

用戶將養(yǎng)殖品種搭配、放養(yǎng)密度、投入產(chǎn)出水平等數(shù)據(jù)上傳云存儲，然后系統(tǒng)根據(jù)不同品種、池塘的生產(chǎn)條件、資金、設(shè)備等得出相應(yīng)的放養(yǎng)模式與密度。健康養(yǎng)殖應(yīng)當(dāng)是合理搭配品種結(jié)構(gòu)，投入和產(chǎn)出水平最佳，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)與云存儲技術(shù)相結(jié)合，利用廢棄物循環(huán)，取得各種資源的最佳效果，可以極大地降低養(yǎng)殖過程中廢棄物的排放，使生態(tài)環(huán)境得到保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益得到提升。

1.3溯源管理

將養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云存儲系統(tǒng)，用戶可利用水產(chǎn)品條形碼或二維碼等相關(guān)數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)查詢此產(chǎn)品產(chǎn)自于哪個養(yǎng)殖場、何時出場、水產(chǎn)種群規(guī)模、養(yǎng)殖周期、水產(chǎn)品健康情況等，達(dá)到放心食用的目的[4]。

1.4飼料配方和投喂管理

投飼、投喂管理是開展健康、可持續(xù)發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵。用戶把飼料的存儲量、種群需要的營養(yǎng)成分和成本價格等各方面信息傳入云存儲，經(jīng)過系統(tǒng)計算得出合理的飼料配方，而后將配方傳至云存儲。通過輸入飼料類型、投喂條件和所需的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、營養(yǎng)成分及相關(guān)價格，便可從存儲系統(tǒng)中查詢出飼料配方。然后通過系統(tǒng)控制的飼料投喂技術(shù)，滿足養(yǎng)殖生物生長的需要，減少對飼料的浪費和養(yǎng)殖環(huán)境的污染。

1.5健康管理和病害控制

目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖的病害控制和健康管理直接影響我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展[5]。水產(chǎn)養(yǎng)殖中健康管理和病害控制主要包括：水產(chǎn)健康養(yǎng)殖管理系統(tǒng)、病害控制系統(tǒng)和無公害魚藥系統(tǒng)[6]。將以上3個系統(tǒng)接入云存儲后，把常見疾病進(jìn)行整理和分類，按病理名、病理圖、病源類、癥狀、防治方法及治療藥物實時同步進(jìn)系統(tǒng)。通過利用海量數(shù)據(jù)推算，幫助用戶判斷水產(chǎn)動物的疾病癥狀，并進(jìn)行及時、有效的治療和預(yù)防。

2技術(shù)實現(xiàn)

云存儲系統(tǒng)使用HDFS（Hadoop Distributed File System）作為底層存儲，為上層應(yīng)用提供高可靠、高性能的存儲服務(wù)。HDFS在很大程度上借鑒了Google GFS分布式文件系統(tǒng)的設(shè)計思想和關(guān)鍵技術(shù)，它具有高容錯、高可擴(kuò)展、兼容不同硬件設(shè)備、支持海量數(shù)據(jù)等諸多特性，相比目前的文件分布式系統(tǒng)，HDFS降低了POSIX（portable operating system interface of unix）的部分限制，達(dá)到數(shù)據(jù)流式讀取的目標(biāo)[10]。HDFS可移植性強(qiáng)，可極好地在不同硬件與軟件中進(jìn)行設(shè)計，可運行在不同分布式服務(wù)器平臺與存儲，為數(shù)據(jù)中心及子業(yè)務(wù)系統(tǒng)的平臺提供底層的技術(shù)支持。

3設(shè)計與實現(xiàn)

3.1平臺設(shè)計

水產(chǎn)健康養(yǎng)殖云存儲平臺的架構(gòu)如圖1所示，采用了分布式文件系統(tǒng)HDFS作為底層存儲架構(gòu)，由于HDFS提供的高可用性、高可靠性及容錯機(jī)制等特性，增強(qiáng)了分布式云存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性。為方便上層邏輯往底層文件系統(tǒng)中讀寫數(shù)據(jù)，設(shè)計并實現(xiàn)了文件讀寫模塊；在上層業(yè)務(wù)的具體處理邏輯中，兼容了Amazon S3接口，使得整個系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)上更加規(guī)范合理，除此之外，還增加了安全控制模塊以及訪問模塊等[8]。endprint

3.2平臺模塊

本平臺主要包含4個模塊：養(yǎng)殖戶訪問、養(yǎng)殖戶管理、養(yǎng)殖戶權(quán)限與存儲集群管理[8-9]。（1）養(yǎng)殖戶訪問：養(yǎng)殖戶登錄，養(yǎng)殖戶信息修改，養(yǎng)殖文件復(fù)制、傳遞，對文件的共享與加密，建立和編輯文件目錄的等功能。（2）養(yǎng)殖戶管理：維護(hù)養(yǎng)殖戶信息和狀態(tài)，分配養(yǎng)殖戶屬于哪個子系統(tǒng)。（3）養(yǎng)殖戶子系統(tǒng)權(quán)限：設(shè)置基礎(chǔ)的信息，分配與管理系統(tǒng)權(quán)限。（4）存儲集群管理：后臺管理員可以設(shè)定集群中主從節(jié)點IP地址、從節(jié)點數(shù)量，還可以對集群運轉(zhuǎn)狀態(tài)、任務(wù)完成狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；同時，還可對集群障礙和存儲空間余量情況進(jìn)行報警。該云存儲平臺的各功能模塊如圖2所示。

3.3系統(tǒng)實現(xiàn)

HDFS使用方法有2種：一種是使用HDFS的API在客戶端上對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作；另一種是通過mount命令掛載到Linux文件系統(tǒng)中，調(diào)用Fuse-DFS一個Hadoop文件系統(tǒng)[7]，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的Unix命令與之交互。對于前者，由于運用Fuse-DFS后的讀寫操作會有30%左右的效率損耗，因此，直接調(diào)用HDFS的API接口方式實現(xiàn)各功能[11]。系統(tǒng)管理平臺包括4個功能：管理用戶、管理目錄、管理資源、管理集群，后3個涉及到與HDFS通信。

3.3.1管理用戶主要實現(xiàn)管理水產(chǎn)養(yǎng)殖注冊用戶的基本功能，只有用戶通過審核和激活，才能對申請資源及對相應(yīng)的文件和目錄進(jìn)行操作。頁面主要包括用戶注冊類別、空間分配大小、激活進(jìn)程、審批進(jìn)程等。

3.3.2目錄管理主要實現(xiàn)創(chuàng)建、修改水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶目錄及目錄下的文件查看等操作，以文件夾的形式在客戶端瀏覽器上呈現(xiàn)。

3.3.3資源管理主要涉及文件上傳、文件下載和修改、刪除文件等功能。

3.3.4集群管理主要管理與監(jiān)控集群中設(shè)備的狀態(tài)，包括管理集群控制點的范圍、任務(wù)執(zhí)行情況的查看、各種預(yù)警的處理等。

4結(jié)語

基于云存儲技術(shù)的水產(chǎn)健康養(yǎng)殖存儲平臺，完全改變了傳統(tǒng)存儲的架構(gòu)，使得數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用更靈活與可靠，具有訪問數(shù)據(jù)資源速率快和存儲成本低[12-13]的特點，相比一個服務(wù)雙存儲熱備份，系統(tǒng)中不同水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)資源可成功地整合進(jìn)云存儲平臺，使得存儲空間化零為整，系統(tǒng)資源得到很好的利用[14]。云存儲技術(shù)的利用可以實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖全程智能控制，養(yǎng)殖生態(tài)、生產(chǎn)指導(dǎo)、病害決策、精細(xì)飼喂、質(zhì)量安全追溯等信息發(fā)布，提高疾病預(yù)防水平，降低養(yǎng)殖風(fēng)險和養(yǎng)殖能耗，因此，云存儲技術(shù)的應(yīng)用可改變水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，為水產(chǎn)信息化養(yǎng)殖的實現(xiàn)提供技術(shù)保障。

利用云存儲技術(shù)構(gòu)建的水產(chǎn)集約化健康養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺已在水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用，增強(qiáng)了水產(chǎn)集約化健康

養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺的可靠性與靈活性，提高了資源的訪問速度，降低了存儲成本。該技術(shù)有兩處需要改進(jìn)：（1）HDFS作業(yè)調(diào)度算法與通信機(jī)制；（2）較小文件傳輸過程中讀取與寫入的速率。

參考文獻(xiàn)：

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[14]石利平. 淺析基于Web的云存儲技術(shù)[J]. 現(xiàn)代計算機(jī)，2010（3）：67- 69.endprint

3.2平臺模塊

本平臺主要包含4個模塊：養(yǎng)殖戶訪問、養(yǎng)殖戶管理、養(yǎng)殖戶權(quán)限與存儲集群管理[8-9]。（1）養(yǎng)殖戶訪問：養(yǎng)殖戶登錄，養(yǎng)殖戶信息修改，養(yǎng)殖文件復(fù)制、傳遞，對文件的共享與加密，建立和編輯文件目錄的等功能。（2）養(yǎng)殖戶管理：維護(hù)養(yǎng)殖戶信息和狀態(tài)，分配養(yǎng)殖戶屬于哪個子系統(tǒng)。（3）養(yǎng)殖戶子系統(tǒng)權(quán)限：設(shè)置基礎(chǔ)的信息，分配與管理系統(tǒng)權(quán)限。（4）存儲集群管理：后臺管理員可以設(shè)定集群中主從節(jié)點IP地址、從節(jié)點數(shù)量，還可以對集群運轉(zhuǎn)狀態(tài)、任務(wù)完成狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；同時，還可對集群障礙和存儲空間余量情況進(jìn)行報警。該云存儲平臺的各功能模塊如圖2所示。

3.3系統(tǒng)實現(xiàn)

HDFS使用方法有2種：一種是使用HDFS的API在客戶端上對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作；另一種是通過mount命令掛載到Linux文件系統(tǒng)中，調(diào)用Fuse-DFS一個Hadoop文件系統(tǒng)[7]，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的Unix命令與之交互。對于前者，由于運用Fuse-DFS后的讀寫操作會有30%左右的效率損耗，因此，直接調(diào)用HDFS的API接口方式實現(xiàn)各功能[11]。系統(tǒng)管理平臺包括4個功能：管理用戶、管理目錄、管理資源、管理集群，后3個涉及到與HDFS通信。

3.3.1管理用戶主要實現(xiàn)管理水產(chǎn)養(yǎng)殖注冊用戶的基本功能，只有用戶通過審核和激活，才能對申請資源及對相應(yīng)的文件和目錄進(jìn)行操作。頁面主要包括用戶注冊類別、空間分配大小、激活進(jìn)程、審批進(jìn)程等。

3.3.2目錄管理主要實現(xiàn)創(chuàng)建、修改水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶目錄及目錄下的文件查看等操作，以文件夾的形式在客戶端瀏覽器上呈現(xiàn)。

3.3.3資源管理主要涉及文件上傳、文件下載和修改、刪除文件等功能。

3.3.4集群管理主要管理與監(jiān)控集群中設(shè)備的狀態(tài)，包括管理集群控制點的范圍、任務(wù)執(zhí)行情況的查看、各種預(yù)警的處理等。

4結(jié)語

基于云存儲技術(shù)的水產(chǎn)健康養(yǎng)殖存儲平臺，完全改變了傳統(tǒng)存儲的架構(gòu)，使得數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用更靈活與可靠，具有訪問數(shù)據(jù)資源速率快和存儲成本低[12-13]的特點，相比一個服務(wù)雙存儲熱備份，系統(tǒng)中不同水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)資源可成功地整合進(jìn)云存儲平臺，使得存儲空間化零為整，系統(tǒng)資源得到很好的利用[14]。云存儲技術(shù)的利用可以實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖全程智能控制，養(yǎng)殖生態(tài)、生產(chǎn)指導(dǎo)、病害決策、精細(xì)飼喂、質(zhì)量安全追溯等信息發(fā)布，提高疾病預(yù)防水平，降低養(yǎng)殖風(fēng)險和養(yǎng)殖能耗，因此，云存儲技術(shù)的應(yīng)用可改變水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，為水產(chǎn)信息化養(yǎng)殖的實現(xiàn)提供技術(shù)保障。

利用云存儲技術(shù)構(gòu)建的水產(chǎn)集約化健康養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺已在水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用，增強(qiáng)了水產(chǎn)集約化健康

養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺的可靠性與靈活性，提高了資源的訪問速度，降低了存儲成本。該技術(shù)有兩處需要改進(jìn)：（1）HDFS作業(yè)調(diào)度算法與通信機(jī)制；（2）較小文件傳輸過程中讀取與寫入的速率。

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[14]石利平. 淺析基于Web的云存儲技術(shù)[J]. 現(xiàn)代計算機(jī)，2010（3）：67- 69.endprint

3.2平臺模塊

本平臺主要包含4個模塊：養(yǎng)殖戶訪問、養(yǎng)殖戶管理、養(yǎng)殖戶權(quán)限與存儲集群管理[8-9]。（1）養(yǎng)殖戶訪問：養(yǎng)殖戶登錄，養(yǎng)殖戶信息修改，養(yǎng)殖文件復(fù)制、傳遞，對文件的共享與加密，建立和編輯文件目錄的等功能。（2）養(yǎng)殖戶管理：維護(hù)養(yǎng)殖戶信息和狀態(tài)，分配養(yǎng)殖戶屬于哪個子系統(tǒng)。（3）養(yǎng)殖戶子系統(tǒng)權(quán)限：設(shè)置基礎(chǔ)的信息，分配與管理系統(tǒng)權(quán)限。（4）存儲集群管理：后臺管理員可以設(shè)定集群中主從節(jié)點IP地址、從節(jié)點數(shù)量，還可以對集群運轉(zhuǎn)狀態(tài)、任務(wù)完成狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；同時，還可對集群障礙和存儲空間余量情況進(jìn)行報警。該云存儲平臺的各功能模塊如圖2所示。

3.3系統(tǒng)實現(xiàn)

HDFS使用方法有2種：一種是使用HDFS的API在客戶端上對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作；另一種是通過mount命令掛載到Linux文件系統(tǒng)中，調(diào)用Fuse-DFS一個Hadoop文件系統(tǒng)[7]，然后利用標(biāo)準(zhǔn)的Unix命令與之交互。對于前者，由于運用Fuse-DFS后的讀寫操作會有30%左右的效率損耗，因此，直接調(diào)用HDFS的API接口方式實現(xiàn)各功能[11]。系統(tǒng)管理平臺包括4個功能：管理用戶、管理目錄、管理資源、管理集群，后3個涉及到與HDFS通信。

3.3.1管理用戶主要實現(xiàn)管理水產(chǎn)養(yǎng)殖注冊用戶的基本功能，只有用戶通過審核和激活，才能對申請資源及對相應(yīng)的文件和目錄進(jìn)行操作。頁面主要包括用戶注冊類別、空間分配大小、激活進(jìn)程、審批進(jìn)程等。

3.3.2目錄管理主要實現(xiàn)創(chuàng)建、修改水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶目錄及目錄下的文件查看等操作，以文件夾的形式在客戶端瀏覽器上呈現(xiàn)。

3.3.3資源管理主要涉及文件上傳、文件下載和修改、刪除文件等功能。

3.3.4集群管理主要管理與監(jiān)控集群中設(shè)備的狀態(tài)，包括管理集群控制點的范圍、任務(wù)執(zhí)行情況的查看、各種預(yù)警的處理等。

4結(jié)語

基于云存儲技術(shù)的水產(chǎn)健康養(yǎng)殖存儲平臺，完全改變了傳統(tǒng)存儲的架構(gòu)，使得數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用更靈活與可靠，具有訪問數(shù)據(jù)資源速率快和存儲成本低[12-13]的特點，相比一個服務(wù)雙存儲熱備份，系統(tǒng)中不同水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)資源可成功地整合進(jìn)云存儲平臺，使得存儲空間化零為整，系統(tǒng)資源得到很好的利用[14]。云存儲技術(shù)的利用可以實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖全程智能控制，養(yǎng)殖生態(tài)、生產(chǎn)指導(dǎo)、病害決策、精細(xì)飼喂、質(zhì)量安全追溯等信息發(fā)布，提高疾病預(yù)防水平，降低養(yǎng)殖風(fēng)險和養(yǎng)殖能耗，因此，云存儲技術(shù)的應(yīng)用可改變水產(chǎn)養(yǎng)殖方式，為水產(chǎn)信息化養(yǎng)殖的實現(xiàn)提供技術(shù)保障。

利用云存儲技術(shù)構(gòu)建的水產(chǎn)集約化健康養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺已在水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用，增強(qiáng)了水產(chǎn)集約化健康

養(yǎng)殖精細(xì)管理平臺的可靠性與靈活性，提高了資源的訪問速度，降低了存儲成本。該技術(shù)有兩處需要改進(jìn)：（1）HDFS作業(yè)調(diào)度算法與通信機(jī)制；（2）較小文件傳輸過程中讀取與寫入的速率。

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