混合云存儲(chǔ)在高校中的應(yīng)用研究與分析

吳旨競(jìng)

摘要：為了把云存儲(chǔ)技術(shù)很好的運(yùn)用到高等教育信息化建設(shè)過(guò)程中。充分發(fā)揮云存儲(chǔ)技術(shù)的可靠性、易管理性和數(shù)據(jù)安全性，調(diào)取速度快等方面的優(yōu)點(diǎn)。從而推動(dòng)高校教育資源信息化建設(shè)。本文首先給出了目前學(xué)校教育信息化進(jìn)程中存儲(chǔ)系統(tǒng)現(xiàn)狀，指出了他目前存在的問(wèn)題。然后給出了運(yùn)用混合云存儲(chǔ)技術(shù)部署數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)架構(gòu)和方案，著重分析了混合云存儲(chǔ)技術(shù)在學(xué)校教育信息化建設(shè)中能夠解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：云存儲(chǔ);混合云;教學(xué)資源;教育信息化;云數(shù)據(jù)中心

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）28-0246-02

Abstract： In order to make good use of cloud storage technology in higher education information construction process. Give full play to the cloud storage technology reliability， ease of management， data security， fast access and other advantages. Promoting information construction of educational resources in colleges and universities. This paper first gives the current situation of the storage system in the process of school education informatization， and points out the existing problems. The system architecture and scheme of deploying data center with hybrid cloud storage technology are given.This paper mainly analyzes the problems that hybrid cloud storage technology can solve in the school education information construction.

Key words： cloud storage; mixed cloud; teaching resources; education Informatization; cloud data center

在進(jìn)行教育信息化的建設(shè)過(guò)程里，教學(xué)資源的信息化是教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。教學(xué)資源多指一些能被教學(xué)過(guò)程所利用的素材，通常指電子教材、教學(xué)影片、ppt課件和教具等。教學(xué)資源管理系統(tǒng)是促進(jìn)主動(dòng)式學(xué)習(xí)、協(xié)作式研究，形成高效新型教育教學(xué)模式的重要途徑和手段。用傳統(tǒng)的多級(jí)分布式存儲(chǔ)技術(shù)手段來(lái)制作教學(xué)資源管理系統(tǒng)，在新時(shí)代的今天會(huì)暴露出很多缺點(diǎn)和不足，特別是運(yùn)維成本高和操作不夠人性化。

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展以及云計(jì)算技術(shù)的產(chǎn)生，云存儲(chǔ)技術(shù)被提出來(lái)了。其中的混合云存儲(chǔ)更適用于在線事務(wù)處理、關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，滿足教育教學(xué)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)可用性的要求。混合云存儲(chǔ)提供了海量數(shù)據(jù)和文檔的集中存儲(chǔ)和管理、文檔協(xié)作和在線預(yù)覽等多種功能，并且能夠建立可控制的學(xué)校資源庫(kù)，推動(dòng)協(xié)同辦公，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種資源的整合和優(yōu)化集成，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了資源有效配置和充分利用。因此，混合云存儲(chǔ)必將會(huì)是教育教學(xué)領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心建設(shè)的最好的選擇方案，也是我們未來(lái)研究的主要方向[1]。

1 云存儲(chǔ)的定義

“云”的概念最早被提出是基于互聯(lián)網(wǎng)的，隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用云技術(shù)也得到了大量的運(yùn)用。實(shí)際上“云”是一個(gè)比喻的說(shuō)法，一般指的是后端。我們不能看見(jiàn)他，因此把他稱為“云”。最早的時(shí)候是在2006年谷歌提出的“Google101計(jì)劃”中，“云”的概念及理論正式被提出來(lái)。隨后“云計(jì)劃”、云存儲(chǔ)、云技術(shù)和云安全等云概念也相繼誕生。

云存儲(chǔ)他是基于互聯(lián)網(wǎng)的一種在線存儲(chǔ)方式。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商根據(jù)使用的用戶具體需求制定存儲(chǔ)虛擬化資源。在云端進(jìn)行存儲(chǔ)操作時(shí)，我們不需要維護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器。存儲(chǔ)操作是通過(guò)應(yīng)用程序接口來(lái)完成的，用戶只需掌握web化的用戶界面就可以隨時(shí)隨地的在有網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源的存取非常的高效和快捷。因此，越來(lái)越多的學(xué)校用戶也選擇云存儲(chǔ)作為自己數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式[2]。

2 ?混合云存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)

建設(shè)基于云存儲(chǔ)技術(shù)的教育教學(xué)資源管理系統(tǒng)的總體目標(biāo)是將異構(gòu)的、分散的、種類非常多的教育教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)資源在存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。

混合云是私有云和公有云功能的疊加和優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)?；旌显葡到y(tǒng)架構(gòu)一般可分為六大層，其中包括數(shù)據(jù)層、緩存層、服務(wù)層、網(wǎng)關(guān)層、入口層和最外層客戶端。其中基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)層，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)雙活操作把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。其中的緩存層主要是對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加速。其中的服務(wù)層是核心業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)邏輯包括服務(wù)注冊(cè)和服務(wù)調(diào)用等。其中的網(wǎng)關(guān)層主要負(fù)責(zé)安全問(wèn)題和流控等。其中的入口層主要涉及智能dns和負(fù)載均衡等。最外層客戶端主要是提供可視化的用戶界面來(lái)完成用戶各種操作。以下我們給出混合云總的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。從圖示的這個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，我們可以看到通常用戶訪問(wèn)混合云是先訪問(wèn)私有云，如果不能滿足需求之后再去訪問(wèn)公有云完成相關(guān)用戶操作。在整個(gè)操作過(guò)程中私有云執(zhí)行數(shù)據(jù)的完整性、真實(shí)性、保密性等方面的操作，而公有云執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等功能[3]。

3 混合云存儲(chǔ)系統(tǒng)部署

云存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心的基本設(shè)施和相關(guān)服務(wù)則是云存儲(chǔ)的支撐點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響建設(shè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)的高效性和安全性。學(xué)校用戶對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有安全可控制性的要求，而不是全部的教育信息資源都可以放置到公有云上，所以多數(shù)的學(xué)校必會(huì)采用混合云模式構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，學(xué)校用戶可以將私密的文件存放在學(xué)校內(nèi)部服務(wù)器中其他的放到公有云服務(wù)器上方便管理。在學(xué)校信息化中心搭建混合云操作平臺(tái)進(jìn)，服務(wù)器中要安裝學(xué)校的內(nèi)部存儲(chǔ)插件，通過(guò)專線與每個(gè)部門(mén)的老師和員工客戶端進(jìn)行連接。

混合云存儲(chǔ)系統(tǒng)中有多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，他們相互之間通過(guò)集群功能和分布式文件系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，利用一定的應(yīng)用接口或者應(yīng)用軟件來(lái)為用戶提供具體的存儲(chǔ)和訪問(wèn)服務(wù)。在操作過(guò)程中，混合云存儲(chǔ)系統(tǒng)中包含的所有設(shè)備對(duì)用戶來(lái)說(shuō)都是透明的，用戶只需通過(guò)授權(quán)就可利用線纜來(lái)連接云存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中的信息資源進(jìn)行訪問(wèn)和相關(guān)操作。當(dāng)用戶通過(guò)云存儲(chǔ)接口進(jìn)行統(tǒng)一身份認(rèn)證后，就可以利用終端訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心。用戶不僅可以查詢、下載和修改云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，還可以海量存入新的數(shù)據(jù)。這些新存入的數(shù)據(jù)首先要在云存儲(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)服務(wù)器中保存，隨后系統(tǒng)會(huì)對(duì)同一用戶和其他用戶存入的重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和刪除，最后系統(tǒng)在有空閑的時(shí)間把篩選后的相關(guān)數(shù)據(jù)在云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行存儲(chǔ)和備份。

按照使用功能的不同，云儲(chǔ)存網(wǎng)點(diǎn)被分為存儲(chǔ)接口層、用戶接口層、存儲(chǔ)管理層三層。存儲(chǔ)接口層是用來(lái)實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中心與云存儲(chǔ)各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換，并且他還要負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。在數(shù)據(jù)進(jìn)行存取訪問(wèn)時(shí)，我們?yōu)榱颂岣邤?shù)據(jù)安全性會(huì)采用數(shù)據(jù)加密與存取訪問(wèn)控制相結(jié)合的技術(shù)。數(shù)據(jù)加密的功能是通過(guò)數(shù)據(jù)加解密模塊實(shí)現(xiàn)的，存取訪問(wèn)控制則是通過(guò)用戶統(tǒng)一身份認(rèn)證和授權(quán)等相關(guān)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用戶接口層則是用來(lái)管理云存儲(chǔ)各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)與存儲(chǔ)用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的。這個(gè)接口可以對(duì)用戶信息進(jìn)行維護(hù)，包括用戶權(quán)限的級(jí)別、賬號(hào)和密碼等。他還可以實(shí)現(xiàn)iSCSI網(wǎng)絡(luò)無(wú)盤(pán)啟動(dòng)為用戶提供透明訪問(wèn)接口。如果云存儲(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)中包含很多個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器，則混合云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的高可用模塊能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的高可用[4]。

4 云存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)分析

學(xué)校云存儲(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)是否能夠達(dá)到信息化建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)安全的要求，主要看信息安全問(wèn)題、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索和數(shù)據(jù)的容錯(cuò)性這幾方面。

（1）信息安全方面要處理好用戶權(quán)限問(wèn)題

單向指針是云存儲(chǔ)技術(shù)中用來(lái)分離不同用戶的技術(shù)方法中的一種。這種技術(shù)可以把用戶權(quán)限和用戶自己能夠訪問(wèn)的層級(jí)映像起來(lái)，然后根據(jù)用戶的不同層級(jí)給予不同權(quán)限，最后訪問(wèn)系統(tǒng)的用戶根據(jù)自己的權(quán)限訪問(wèn)要使用的數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)先要進(jìn)行身份統(tǒng)一認(rèn)證來(lái)確保數(shù)據(jù)的安全性。存儲(chǔ)系統(tǒng)與學(xué)校自有的認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證登錄系統(tǒng)，不用再注冊(cè)其他的用戶名。利用云存儲(chǔ)系統(tǒng)把本地私有云和公有云劃分開(kāi)。所有數(shù)據(jù)的下載、使用和共享指令通過(guò)網(wǎng)盤(pán)云端調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送給客戶端，然后現(xiàn)由客戶端把文件存放到學(xué)校內(nèi)部服務(wù)器從而保證學(xué)校數(shù)據(jù)的安全性[5]。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索方面要保護(hù)好用戶的隱私

學(xué)校教師有些學(xué)術(shù)研究成果是不公開(kāi)的這時(shí)就需要進(jìn)行加密存儲(chǔ)。這種加密技術(shù)要求保護(hù)教師研究成果的隱私性、安全性，又能夠具有快速的檢索和信息提取能力。這種技術(shù)關(guān)鍵在于要找出適用于數(shù)據(jù)共享機(jī)制的。我們?cè)谕ㄟ^(guò)加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和加密的同時(shí)又要能夠提供端到端加密長(zhǎng)期存儲(chǔ)共享，這樣才能夠保證用戶數(shù)據(jù)能夠被精確、高效的存取。

檢索采用線性檢索算法其中的對(duì)稱加密算法。該算法可以通過(guò)關(guān)鍵詞來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)加密，他可以用一個(gè)詞的一段密文信息合成一串偽隨機(jī)的加密序列，然后再由密文信息及偽隨機(jī)序列合成校驗(yàn)序列，最后通過(guò)合成的一串校驗(yàn)序列結(jié)合偽隨機(jī)序列重新對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。用該方法進(jìn)行加密處理之后的數(shù)據(jù)就隱藏了最終的內(nèi)容，而全部通過(guò)信息序列來(lái)體現(xiàn)。當(dāng)執(zhí)行搜索操作時(shí)，我們就可以將提供的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的密文信息序列來(lái)進(jìn)行線性搜索[5]。

（3）數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)方面要保護(hù)好用戶的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)的容錯(cuò)技術(shù)是通過(guò)增加數(shù)據(jù)冗余來(lái)保證數(shù)據(jù)在時(shí)效和丟失的時(shí)候仍然能夠進(jìn)行查詢。但這種技術(shù)操作過(guò)程中會(huì)增加數(shù)據(jù)冗余，所以就導(dǎo)致出現(xiàn)了大量多余的數(shù)據(jù)量，而這些數(shù)據(jù)量會(huì)消耗非常多的存儲(chǔ)資源。所以目前數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)急需解決的是怎樣在降低大量多余數(shù)據(jù)侵占存儲(chǔ)空間問(wèn)題的同時(shí)來(lái)保證數(shù)據(jù)本身的容錯(cuò)性。糾刪碼容錯(cuò)技術(shù)是一種基于信道傳輸?shù)木幋a技術(shù)，他能夠利用多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行編碼，當(dāng)數(shù)據(jù)生成相對(duì)應(yīng)的編碼之后就可以不再需要進(jìn)行完全數(shù)據(jù)復(fù)制，從而能夠大量減少存儲(chǔ)空間的占用。

在學(xué)校數(shù)據(jù)共享的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)資料遺失的問(wèn)題。由于在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，因此當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)遺失后，我們能夠從云端快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)恢復(fù)。另外數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)的過(guò)程中能夠自行完成數(shù)據(jù)更新，這也進(jìn)一步保障了數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。最為重要的是，云存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層能夠及時(shí)地對(duì)云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性能進(jìn)行加固，從而高級(jí)別的保障數(shù)據(jù)信息安全。除此之外我們?cè)谠贫诉€可以架設(shè)防病毒系統(tǒng)及時(shí)有效地對(duì)病毒進(jìn)行查殺來(lái)預(yù)防病毒攻擊導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失事件的發(fā)生[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于上述這種技術(shù)的教學(xué)資源數(shù)據(jù)中心的開(kāi)發(fā)是充滿挑戰(zhàn)的，我們簡(jiǎn)單地用一些代碼是不能將私有服務(wù)器與公有云連接起來(lái)的，其中必然會(huì)涉及潛在的數(shù)據(jù)遷移和建立應(yīng)用與混合云架構(gòu)映射等問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不斷帶動(dòng)下，云存儲(chǔ)技術(shù)也會(huì)不斷發(fā)展和完善，所有問(wèn)題也會(huì)被解決，最終他會(huì)把教育信息化建設(shè)推向更高的層次，促使我國(guó)整體教育信息化水平的進(jìn)步。

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【通聯(lián)編輯：王力】