私有云存儲(chǔ)助力高校智慧校園建設(shè)*

魯學(xué)亮，陳金燾

（北京師范大學(xué) 信息化建設(shè)辦公室，北京100875）

一、云存儲(chǔ)建設(shè)形態(tài)

從云盤(pán)功能上來(lái)看，目前的云盤(pán)服務(wù)主要包括文件的上傳下載、用戶(hù)的身份認(rèn)證、用戶(hù)文件的共享、添加好友、文件管理、文件提取、用戶(hù)及文件的搜索功能以及回收站功能。因?yàn)樵票P(pán)服務(wù)是一種基于Web的服務(wù)形式，所以功能的實(shí)現(xiàn)也支持以HTTP語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括HTML、RESTAPI、SOAP等等。目前主流云盤(pán)均依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)的REST API進(jìn)行編寫(xiě)。

從架構(gòu)上來(lái)看，云盤(pán)的實(shí)現(xiàn)主要分為兩種大的分支：一種是基于傳統(tǒng)NAS設(shè)備構(gòu)建的云盤(pán)系統(tǒng)；另外一種是基于對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)搭建的云盤(pán)系統(tǒng)。傳統(tǒng)NAS設(shè)備搭建的系統(tǒng)，雖然從某種程度上彌補(bǔ)了使用SAN網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，如提高了可擴(kuò)展性，但是自身對(duì)帶寬的消耗太大無(wú)法彌補(bǔ)，同時(shí)性能上較SAN網(wǎng)絡(luò)也存在著明顯的不足。并且NAS依賴(lài)于底層的文件系統(tǒng)，而一旦NAS設(shè)備提供給外網(wǎng)服務(wù)，勢(shì)必存在NAS依賴(lài)的文件系統(tǒng)也完全暴露在外網(wǎng)，從而帶來(lái)了很大的隱患。而越來(lái)越多的廠(chǎng)商和用戶(hù)將目光投向基于對(duì)象的云盤(pán)系統(tǒng)，特別是云盤(pán)的應(yīng)用，基于對(duì)象的云盤(pán)系統(tǒng)有著自己獨(dú)特的地方。從云盤(pán)的底層架構(gòu)上看，越來(lái)越多的用戶(hù)和企業(yè)轉(zhuǎn)向了分布式特點(diǎn)明顯的架構(gòu)建設(shè)上。這些云盤(pán)服務(wù)的提供商不再采用集中存儲(chǔ)，而是在多個(gè)站點(diǎn)之間構(gòu)建多個(gè)存儲(chǔ)空間，通過(guò)云盤(pán)的統(tǒng)一命名空間對(duì)所有資源進(jìn)行整合，應(yīng)用不需要關(guān)心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到哪一個(gè)地方、存了多少份、怎么存的過(guò)程等等，只需要關(guān)心需要多大空間，文件需要什么樣的保護(hù)級(jí)別即可。

私有云在云存儲(chǔ)中是最為傳統(tǒng)的方式，需要搭建一系列服務(wù)器集群，搭建服務(wù)器云環(huán)境，軟件系統(tǒng)、存儲(chǔ)內(nèi)容均搭載于本地機(jī)房。學(xué)校作為萬(wàn)人級(jí)使用單位，時(shí)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)的不斷增加，服務(wù)器的運(yùn)行壓力會(huì)不斷增大。另一方面，私有云建設(shè)中的軟件存儲(chǔ)系統(tǒng)升級(jí)、后續(xù)維護(hù)、服務(wù)由于本地化部署有明顯的限制，造成了升級(jí)難、維護(hù)難、服務(wù)難的現(xiàn)象。但在數(shù)據(jù)安全和訪(fǎng)問(wèn)便利方面，私有云則有更大的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)高校中的上海交通大學(xué)、中央財(cái)經(jīng)大學(xué)、中國(guó)公安大學(xué)均采用私有云方式[1]。浙江師范大學(xué)采用公有云方式，浙江大學(xué)在校園云盤(pán)建設(shè)中采用混合云方式。

二、“師大云盤(pán)”建設(shè)目標(biāo)

北京師范大學(xué)“師大云盤(pán)”系統(tǒng)一期建于2011年，滿(mǎn)足了校內(nèi)教學(xué)、科研、個(gè)人文件的存儲(chǔ)共享等需求。云盤(pán)系統(tǒng)部署在6臺(tái)服務(wù)器中，后端接8臺(tái)NAS集中式存儲(chǔ)設(shè)備。提供的可用總空間為220TB，總用戶(hù)數(shù)為26399，日均活躍用戶(hù)數(shù)為1000左右。2018年“師大云盤(pán)”二期啟動(dòng)建設(shè)。“師大云盤(pán)”部署拓?fù)鋱D如圖1所示?！皫煷笤票P(pán)”架構(gòu)設(shè)計(jì)原則如下：

（1）高容量：支持海量數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足客戶(hù)目前及未來(lái)發(fā)展的需求，提供十萬(wàn)級(jí)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)能力，這是傳統(tǒng)NAS的架構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的。

（2）高可用：可以做到磁盤(pán)和服務(wù)器故障，而業(yè)務(wù)不中斷，無(wú)縫動(dòng)態(tài)升級(jí)擴(kuò)容，多站點(diǎn)異地容災(zāi)無(wú)縫切換，24小時(shí)在線(xiàn)。

（3）低運(yùn)營(yíng)成本：采用傳統(tǒng)的x86服務(wù)器構(gòu)建集群，大大減少硬件設(shè)備的成本。

（4）可管理性好：統(tǒng)一管理界面，豐富的系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)和告警功能。

（5）豐富的客戶(hù)端體驗(yàn)：支持 Windows、Android、iOS系統(tǒng)的PC和移動(dòng)設(shè)備在本地客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)。

（6）完善的數(shù)據(jù)管理、同步機(jī)制：支持桌面數(shù)據(jù)同步、備份，以及跨本地桌面系統(tǒng)、虛擬化桌面系統(tǒng)、移動(dòng)終端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。

圖1 “師大云盤(pán)”部署拓?fù)鋱D

云存儲(chǔ)系統(tǒng)支持通過(guò)部署OWA在線(xiàn)預(yù)覽服務(wù)器（Office Web Apps），實(shí)現(xiàn)不借助本地軟件的Office文檔在線(xiàn)預(yù)覽。通過(guò)部署DOCS模塊，實(shí)現(xiàn)文檔協(xié)同在線(xiàn)多人同時(shí)編輯。通過(guò)部署殺毒模塊，實(shí)現(xiàn)文件的防病毒過(guò)濾引擎。

云存儲(chǔ)系統(tǒng)所有模塊均可獨(dú)立部署，且每個(gè)模塊均可負(fù)載均衡至多節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)完全高可用架構(gòu)。節(jié)點(diǎn)可橫向無(wú)縫擴(kuò)展，節(jié)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)增減，當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)用訪(fǎng)問(wèn)或存儲(chǔ)容量無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用需求的情況下，云存儲(chǔ)系統(tǒng)只需橫向增加應(yīng)用或存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)即可滿(mǎn)足擴(kuò)展的需求?！拔迮_(tái)”部署方案為生產(chǎn)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)高可用方案，提供“訪(fǎng)問(wèn)層-業(yè)務(wù)層-數(shù)據(jù)層”整體高可用方案，負(fù)載均衡、應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)均提供多活架構(gòu)，并提供兩副本存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)可靠性和線(xiàn)上業(yè)務(wù)連續(xù)性。模塊部署如圖2所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分布式部署在節(jié)點(diǎn)1至節(jié)點(diǎn)3上，提供專(zhuān)屬數(shù)據(jù)庫(kù)高可用集群能力。應(yīng)用服務(wù)模塊部署在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3上，提供完全負(fù)載均衡的應(yīng)用訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)支撐。負(fù)載均衡模塊部署在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3上，利用主從模式實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)切換的HA冗余能力。存儲(chǔ)模塊部署在所有節(jié)點(diǎn)上，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。此部署集群架構(gòu)可完全滿(mǎn)足高并發(fā)量、高存儲(chǔ)量、高可用性的云存儲(chǔ)應(yīng)用需求。這樣的集群架構(gòu)可完全滿(mǎn)足50000用戶(hù)量的高并發(fā)云存儲(chǔ)應(yīng)用需求。

圖2 模塊部署圖

三、“師大云盤(pán)”典型應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)

1.校園文件共享，資料在線(xiàn)學(xué)習(xí)

“師大云盤(pán)”為師生提供了一個(gè)文件協(xié)同辦公的共享空間，為學(xué)校內(nèi)部各部門(mén)、各團(tuán)隊(duì)進(jìn)行文件資料匯總，減免文件傳輸帶來(lái)的時(shí)間成本?！皫煷笤票P(pán)”提供消息通知功能，當(dāng)云端重要文件發(fā)生更新時(shí)，自身文件權(quán)限發(fā)生變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送公告時(shí)，會(huì)第一時(shí)間通過(guò)消息提醒、郵件等方式告知相關(guān)用戶(hù)?！皫煷笤票P(pán)”提供基于文件內(nèi)容的全文檢索能力，并同時(shí)提供文件標(biāo)簽插入及檢索功能，幫助用戶(hù)最快速定位文件，提高辦公效率。

圖3 校園數(shù)據(jù)存儲(chǔ)現(xiàn)狀需求

2.團(tuán)隊(duì)協(xié)作

“師大云盤(pán)”支持根據(jù)不同使用場(chǎng)景、不同組織架構(gòu)設(shè)置靈活的文件管理權(quán)限，系統(tǒng)默認(rèn)為每位用戶(hù)分配個(gè)人空間和單位空間，個(gè)人空間為僅限用戶(hù)使用，單位空間由系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)所屬部門(mén)進(jìn)行劃分，同部門(mén)用戶(hù)共享單位空間。另外，學(xué)?？梢愿鶕?jù)行政班級(jí)、選修課班級(jí)、教師教研組等組織架構(gòu)，為師生配置不同場(chǎng)景下的文件夾，科學(xué)有效地滿(mǎn)足高校使用場(chǎng)景。教師可針對(duì)相應(yīng)文件靈活設(shè)置權(quán)限，例如學(xué)生只可上傳不可修改或刪除，導(dǎo)師可設(shè)置修改、刪除文件權(quán)限，這樣就可以輕松應(yīng)對(duì)學(xué)生誤刪、替換等常見(jiàn)問(wèn)題。

3.教學(xué)科研

在絕大多數(shù)高校，學(xué)生在完成課后作業(yè)或論文后，不僅要發(fā)送電子版到教師郵箱里，還得再上交一份紙質(zhì)版論文作為備份，以免電子版損壞。這樣繁瑣的流程讓老師和學(xué)生都感到頭疼。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，發(fā)送電子版論文后，學(xué)生們不知道老師是不是真的看到了郵件，更不知道是不是成功發(fā)送了附件。對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，在論文收集截止的前幾天，他們的信箱或者郵箱都會(huì)收到大量的紙質(zhì)版或者電子版論文，少則幾十、多則幾百封，混淆、投錯(cuò)、投漏、投丟甚至被偷，都會(huì)造成學(xué)術(shù)成果的泄漏或被竊，隱患重重。云盤(pán)系統(tǒng)可通過(guò)班級(jí)內(nèi)共享文件目錄或外鏈的形成完成作業(yè)收集。共享文件目錄和外鏈支持上傳數(shù)量和加密功能，確保文件安全，如圖4所示。

圖4 交作業(yè)場(chǎng)景

4.在線(xiàn)協(xié)同

云盤(pán)系統(tǒng)支持多人在線(xiàn)編輯功能，用戶(hù)無(wú)需打開(kāi)本地Office軟件更不用下載客戶(hù)端，只要打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)版師大云盤(pán)即可在線(xiàn)編輯并實(shí)時(shí)保存。同時(shí)，“師大云盤(pán)”多人同時(shí)在線(xiàn)編輯功能還支持包括Word、Excel、PPT等20多種格式文件的多人實(shí)時(shí)在線(xiàn)編輯，項(xiàng)目成員能同時(shí)完成各自負(fù)責(zé)的模塊，教師也可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)指導(dǎo)點(diǎn)評(píng)并及時(shí)在線(xiàn)保存，效率大幅提升還不用擔(dān)心文件意外損壞。協(xié)同編輯場(chǎng)景如圖5所示。

5.數(shù)據(jù)傳承，一鍵交接

學(xué)生離校、教師離崗等情況下，師生曾經(jīng)管理的團(tuán)隊(duì)公共數(shù)據(jù)需要快速地交接給接任者，“師大云盤(pán)”可方便地實(shí)現(xiàn)“一鍵傳承”，保證數(shù)據(jù)資產(chǎn)不外泄流失。一鍵交接場(chǎng)景如圖6所示。

圖5 協(xié)同編輯

圖6 一鍵交接

6.促進(jìn)無(wú)紙化辦公

“師大云盤(pán)”的宗旨是實(shí)現(xiàn)“讓你的文件跟你走”，無(wú)論在什么位置，只要能聯(lián)網(wǎng)就可以通過(guò)終端設(shè)備獲取文件，徹底減少了大量文件的打印，并減少移動(dòng)存儲(chǔ)的使用?！皫煷笤票P(pán)”支持二維碼掃碼文件分發(fā)，會(huì)議開(kāi)始前參會(huì)人員掃一下二維碼即可獲取會(huì)議資料，不用再大量打印會(huì)議材料，如圖7所示。

圖7 文件分享

四、“師大云盤(pán)”安全性措施

“師大云盤(pán)”支持通過(guò)Web、手機(jī)瀏覽器、PC客戶(hù)端、MAC客戶(hù)端、IOS客戶(hù)端、Android客戶(hù)端、學(xué)校微信號(hào)等多種方式登錄使用，多重安全加密備份，確保用戶(hù)數(shù)據(jù)安全。

（1）傳輸通道安全：“師大云盤(pán)”所有數(shù)據(jù)均存放于北京師范大學(xué)校內(nèi)數(shù)據(jù)中心機(jī)房，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器不與校外網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。用戶(hù)與服務(wù)器間數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)https協(xié)議，數(shù)據(jù)在用戶(hù)端加密后傳輸?shù)椒?wù)器端，確保傳輸過(guò)程中不被竊取和篡改。

（2）存儲(chǔ)架構(gòu)先進(jìn)：“師大云盤(pán)”采用先進(jìn)的分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，并行處理存儲(chǔ)文件，能夠?yàn)閹熒峁└咝阅?、穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)平臺(tái)，分布式架構(gòu)將系統(tǒng)所有的硬盤(pán)性能聚集到一起，可以將存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能擴(kuò)展到TB/s的傳輸速度。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全：“師大云盤(pán)”在服務(wù)器底層采用先進(jìn)的切片加密存儲(chǔ)機(jī)制，文件進(jìn)入服務(wù)器后可以防止病毒文件在服務(wù)器擴(kuò)散，并且“師大云盤(pán)”擁有先進(jìn)的文件歷史版本管理體系，可以實(shí)現(xiàn)文件感染病毒后，在歷史版本中將感染前的“最新”文件找回，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件數(shù)據(jù)的安全保護(hù)，防止病毒感染造成數(shù)據(jù)丟失。

（4）數(shù)據(jù)備份機(jī)制：“師大云盤(pán)”分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)采用多副本安全機(jī)制，可保證硬件與軟件出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)不丟失，服務(wù)不中斷，能夠有效地避免數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)異常。未來(lái)的擴(kuò)展中，分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)擴(kuò)展與動(dòng)態(tài)卷擴(kuò)容，真正實(shí)現(xiàn)服務(wù)不中斷、不遷移。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)擴(kuò)容上限可達(dá)到ZB級(jí)別，滿(mǎn)足未來(lái)學(xué)校其他信息化系統(tǒng)的存儲(chǔ)使用要求。

（5）勒索病毒防范：數(shù)據(jù)備份是對(duì)抗包括勒索病毒在內(nèi)的所有病毒最有效的途徑，不要等到病毒爆發(fā)后再后悔。在這個(gè)問(wèn)題上，所有用戶(hù)都不應(yīng)該偷懶，不要心存僥幸，只有做好備份才能在病毒侵襲中做到有備無(wú)患。

五、展望

為滿(mǎn)足未來(lái)學(xué)?！耙惑w兩翼”的辦學(xué)格局，系統(tǒng)建設(shè)之初就考慮到多地部署的架構(gòu)，在北京師范大學(xué)總校部署一套云存儲(chǔ)系統(tǒng)作為主數(shù)據(jù)中心，為全局元數(shù)據(jù)管理服務(wù)，分校區(qū)部署一套應(yīng)用云存儲(chǔ)平臺(tái)，作為分?jǐn)?shù)據(jù)中心，提供分校區(qū)及外部用戶(hù)就近訪(fǎng)問(wèn)。主數(shù)據(jù)中心提供元數(shù)據(jù)管理服務(wù)（同時(shí)也提供存儲(chǔ)服務(wù)），分站點(diǎn)只提供存儲(chǔ)服務(wù)。每個(gè)站點(diǎn)分別是一套集群系統(tǒng)，所有站點(diǎn)都由主數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一控制和管理。元數(shù)據(jù)集中存放在主數(shù)據(jù)中心，文件數(shù)據(jù)分散存放在各個(gè)站點(diǎn)（具體位置根據(jù)歸屬關(guān)系而定）。當(dāng)用戶(hù)第一次訪(fǎng)問(wèn)異地站點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)緩存到本地站點(diǎn)上，提供第二次的數(shù)據(jù)就近訪(fǎng)問(wèn)。云盤(pán)部署架構(gòu)如圖8所示。

圖8 云盤(pán)部署架構(gòu)圖

升級(jí)后的“師大云盤(pán)”可以方便地進(jìn)行文件集中存儲(chǔ)、分享、分發(fā)，為教師提高教學(xué)水平、學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)提供更大便利。