基于校園網(wǎng)的云盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

尚鵬

摘要：校園網(wǎng)用戶對(duì)文件存儲(chǔ)和分享的需求日益增加，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)分享方式不能適應(yīng)這種需求。該文提出了一種基于云存儲(chǔ)的校園網(wǎng)云盤(pán)系統(tǒng)，使用了網(wǎng)絡(luò)異步通訊模式應(yīng)對(duì)高負(fù)載的用戶并發(fā)；使用了文件散列算法解決了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的文件多拷貝現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了多用戶共享一份拷貝；文件分享使用了對(duì)稱密鑰算法；使用廉價(jià)的分布式存儲(chǔ)方便存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展。校園網(wǎng)云盤(pán)系統(tǒng)適應(yīng)了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶寬高，出口帶寬低的特點(diǎn)，解決了師生的遠(yuǎn)程文件存儲(chǔ)與分享的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：校園網(wǎng)；云盤(pán)；存儲(chǔ)；分享

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）01-0076-03

隨著電腦和手機(jī)等電子設(shè)備在工作和生活中的日益的普及，高校師生在使用的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)信息，如照片，視頻，課件，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。需要大量的磁盤(pán)空間存儲(chǔ)這些資料，傳統(tǒng)的本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程的郵箱存儲(chǔ)由于存儲(chǔ)空間和帶寬的限制，不能提供大容量的高帶寬存儲(chǔ)空間。需要一種適用于校園網(wǎng)的個(gè)人文件存儲(chǔ)與分享系統(tǒng)。本文介紹了一種C/S構(gòu)建的基于云存儲(chǔ)的遠(yuǎn)程文件存儲(chǔ)、分享系統(tǒng)。

1 校園網(wǎng)云盤(pán)系統(tǒng)分析

云存儲(chǔ)是依靠高速網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲(chǔ)方式，提供了低成本、易擴(kuò)展、可靠的海量存儲(chǔ)資源，將用戶的本地存儲(chǔ)遷移到遠(yuǎn)端的服務(wù)器群中。高校的校園網(wǎng)是用戶密集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大且頻繁，網(wǎng)絡(luò)劃分復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)利用率低；由于校園網(wǎng)特點(diǎn)和出口帶寬的限制，公共的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式不適應(yīng)于校園網(wǎng)用戶。校園網(wǎng)的萬(wàn)兆主干、百兆到桌面的高速帶寬為大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提供了極好的基礎(chǔ)設(shè)施，特別是用戶上網(wǎng)位置移動(dòng)頻繁，云盤(pán)能夠在校園網(wǎng)的任何位置存取數(shù)據(jù)。因此，基于校園網(wǎng)的云盤(pán)是滿足師生存儲(chǔ)需求的最好解決方案。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)使用C/S模式。客戶端負(fù)責(zé)用戶交互，實(shí)現(xiàn)用戶登錄，文件的上傳，同步，下載，重命名，刪除，分享等操作。服務(wù)器端分為三層：接入層，服務(wù)層以及云存儲(chǔ)層。接入層負(fù)責(zé)用戶認(rèn)證，監(jiān)控用戶信息，用戶通過(guò)接入層連接系統(tǒng)，向服務(wù)層發(fā)出操作請(qǐng)求。服務(wù)層是系統(tǒng)的核心功能層，負(fù)責(zé)響應(yīng)接入層的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求的操作。調(diào)用云存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)功能，完成文件的存儲(chǔ)。云存儲(chǔ)層提供存儲(chǔ)資源，提供分布式的海量存儲(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于校園網(wǎng)的云盤(pán)系統(tǒng)分為用戶管理，文件的管理，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)的多拷貝識(shí)別及分享，文件分布式存儲(chǔ)幾部分。

3.1用戶認(rèn)證登錄流程

登錄云盤(pán)錄賬號(hào)使用校園網(wǎng)的用戶賬戶，禁止用戶自己注冊(cè)賬號(hào)，校園網(wǎng)中的每個(gè)合法用戶都擁有一個(gè)“云盤(pán)”賬號(hào)。用戶管理和校園網(wǎng)用戶管理合二為一，能夠大大方便師生使用，同時(shí)保證了賬戶的安全。

客戶端通過(guò)接入層發(fā)出用戶的登錄請(qǐng)求，服務(wù)層接受用戶請(qǐng)求，查詢數(shù)據(jù)庫(kù)用戶名和密碼是否合法；用戶通過(guò)驗(yàn)證登錄系統(tǒng)；用戶驗(yàn)證失敗，退回到請(qǐng)求狀態(tài)。

3.2數(shù)據(jù)傳輸

客戶端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸使用基于TCP的套件字連接。服務(wù)器端使用了IOCP模型滿足高負(fù)載下的并發(fā)處理，滿足多用戶的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。IOCP模型是一種I/O的異步操作，可以高效的處理多客戶端的數(shù)據(jù)交換。

clientSocket = socket（AF_INET， SOCK_STREAM， IPPROTO_TCP）；

nRet = connect（clientSocket，（sockaddr*）&SockAddr， sizeof（SockAddr））；

3.3文件上傳及管理

文件在存儲(chǔ)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)相同的文件被不同的用戶分別存儲(chǔ)。為了節(jié)約云存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬，相同的文件在系統(tǒng)中只保存一份拷貝。

用戶上傳文件到云存儲(chǔ)，服務(wù)器會(huì)對(duì)比文件信息數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷該文件是新文件還是舊文件。如果是新文件，則完整上傳文件數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)記錄該文件的信息；否則不傳輸，使用已有的文件拷貝。文件上傳流程如圖2所示。

用戶在向服務(wù)器上傳文件前，先計(jì)算文件的識(shí)別碼（FileHash）。FileHash是文件的散列值，使用了MD5和SHA-1方法。

FileHash=MD5（file）+SHA（file） （1）

FileID=FileHash+FileName+FileLength （2）

FileHash、文件名和文件長(zhǎng)度一起作為文件的唯一識(shí)別信息FileID?？蛻舳嗽诒镜赜?jì)算文件的FileHash，合成FileID后傳輸給服務(wù)器；服務(wù)器檢索文件信息數(shù)據(jù)庫(kù)，如果沒(méi)有匹配，服務(wù)器通知客戶端上傳文件；如果有匹配，則不用上傳。

服務(wù)器接收文件后，要確定傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)完整性。服務(wù)器重新計(jì)算文件的FileID，與客戶端計(jì)算的相比較，相同則接受正確，否則重傳。在文件在存儲(chǔ)過(guò)程中，服務(wù)器為正確接受的文件的建立元信息記錄，存儲(chǔ)到文件數(shù)據(jù)庫(kù)中。文件元信息記錄包括文件名稱，文件長(zhǎng)度，識(shí)別信息，存儲(chǔ)位置，引用數(shù)（name，length，F(xiàn)ileID，place，quote）。字段place記錄了文件在云存儲(chǔ)的位置信息，字段quote記錄文件被用戶引用的次數(shù)。

服務(wù)器為每位用戶建立該用戶的文件列表，其中記錄了用戶擁有的所有文件的信息（name，length，place）。用戶文件的增加和刪除操作就是對(duì)文件列表中文件信息記錄的增加和刪除；文件的重命名只是修改了列表里的文件信息中的name字段。

3.4文件下載

用戶在客戶端選擇需要下載的文件，想服務(wù)器提出下載請(qǐng)求。服務(wù)器查找用戶的文件列表，找到選中文件的存儲(chǔ)位置，傳輸給客戶端。

3.5文件的分享

用戶間的文件分享方便地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。云盤(pán)的數(shù)據(jù)共享過(guò)程中避免了數(shù)據(jù)的拷貝，不用消耗大量的計(jì)算資源和存儲(chǔ)空間，不同用戶在云盤(pán)系統(tǒng)中共享一份文件的拷貝。

客戶端選擇需要分享的文件，向服務(wù)器申請(qǐng)共享；服務(wù)器隨機(jī)選擇分享碼K，使用加密算法E，對(duì)文件的FileID加密，計(jì)算出密文M，作為分享鏈接。

M=E（FileID，K） （3）

用戶將分享鏈接和分享傳給其他用戶。等到分享鏈接和分享碼的用戶，通過(guò)客戶端向服務(wù)器申請(qǐng)獲取分享文件，服務(wù)器接收請(qǐng)求，使用解密算法D，計(jì)算出FileID。

FileID=D（M，K） （4）

服務(wù)器查詢文件信息數(shù)據(jù)庫(kù)，得到被分享文件的信息（name，length，place）并添加到用戶的文件列表中。

3.6文件分布式存儲(chǔ)

文件存儲(chǔ)使用了分布式的云存儲(chǔ)方案。云存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方面有著成本低，擴(kuò)展靈活，部署方便等優(yōu)點(diǎn)。采用的是開(kāi)源項(xiàng)目OpenStack Object Storage（Swift），該方案便宜的標(biāo)準(zhǔn)硬件作為存儲(chǔ)介質(zhì)，在硬件層上使用性散列技術(shù)和數(shù)據(jù)冗余性保證數(shù)據(jù)的高效和可靠性，具有較高的可伸縮性。

4 結(jié)束語(yǔ)

校園網(wǎng)云盤(pán)系統(tǒng)提供了便捷、快速的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份以及分享功能。它滿足師生對(duì)大容量的免費(fèi)存儲(chǔ)需求，豐富了校園網(wǎng)的應(yīng)用，為師生的學(xué)習(xí)和娛樂(lè)提供了更多的便捷，大大提高了校園網(wǎng)的使用效率。云盤(pán)系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的本地存儲(chǔ)，有巨大的優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的發(fā)展趨勢(shì)。

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