陳旭文，吳永娜

(揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，廣東 揭陽522000)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，精品課程、網(wǎng)絡(luò)課程等精品資源共享模式受到廣大師生的青睞，用戶通過移動終端(如手機、ipad等)或電腦便可快速訪問，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，精品資源共享成為各高校教學(xué)改革不可或缺的一大要素。然而，在精品資源共享推廣過程中，傳統(tǒng)多服務(wù)器模式存在很多弊端，如:(1)資源多、種類雜。共享資源的課程門數(shù)繁多、種類豐富，包括視頻、圖片、音頻、動畫、文檔等，沒有統(tǒng)一科學(xué)的管理方法很容易造成數(shù)據(jù)混亂，在缺乏統(tǒng)籌的管理模式下，校園網(wǎng)中大量重復(fù)資源造成了極大浪費;(2)設(shè)備投入多、異構(gòu)性強 傳統(tǒng)單服務(wù)器共享模式下，設(shè)備投入是解決需求增長和設(shè)備老化最簡捷的方法。遞增式設(shè)備建設(shè)環(huán)境下，前期購置和后續(xù)增加設(shè)備的資源異構(gòu)性給管理員增添了不少麻煩，而對設(shè)備需求增長趨勢預(yù)測的判斷錯誤也常造成不少資源的浪費;(3)設(shè)備復(fù)雜、管理開銷大在傳統(tǒng)模式下，管理員需要管理多種不同設(shè)備，而不同設(shè)備具有不同管理方案和維護(hù)方式，由于設(shè)備數(shù)量多、異構(gòu)性強及地理位置分散等特點，大大增加了管理員的維護(hù)難度和人員開銷。

因此，高校精品資源共享急需一種集中統(tǒng)籌的管理模式進(jìn)行資源整合，從而提升效率。云存儲作為一種新型的數(shù)據(jù)服務(wù)模式，專注于解決海量數(shù)據(jù)的存儲挑戰(zhàn)［1］。本文通過分析高校傳統(tǒng)資源共享模式，結(jié)合云存儲技術(shù)，提出一種新型高效的資源共享模式。

1 云存儲技術(shù)

云存儲(Cloud Storage)伴隨著云計算產(chǎn)生，專注于解決云計算中海量數(shù)據(jù)的存儲挑戰(zhàn)，它能夠給云計算提供專業(yè)的存儲解決方案，也可以作為存儲服務(wù)獨立發(fā)布。云存儲利用集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。云存儲的本質(zhì)是服務(wù)，用戶通過簡易終端訪問后，便可享受高速、廉價、便捷、可擴展的Web服務(wù)［2］。

1.1 云存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

云存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由訪問層、應(yīng)用接口層、基礎(chǔ)管理層和存儲層4個層次構(gòu)成［3］，如圖1所示。用戶在訪問層通過標(biāo)準(zhǔn)的公用應(yīng)用接口登錄云存儲系統(tǒng)，享受云存儲服務(wù);利用應(yīng)用接口層，云存儲運營單位可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)類型來開發(fā)不同的應(yīng)用服務(wù)接口，提供不同的應(yīng)用服務(wù);作為云存儲最核心部分，基礎(chǔ)管理層通過集群、分布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)格計算等技術(shù)，實現(xiàn)云存儲中多個存儲設(shè)備之間的協(xié)同工作，對外提供相同服務(wù)及更強大數(shù)據(jù)訪問性能;存儲層是云存儲最基礎(chǔ)的部分，由數(shù)量龐大且地域分布不同的設(shè)備構(gòu)成，各設(shè)備彼此之間通過廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或FC光纖通道網(wǎng)絡(luò)連接在一起。從用戶角度來看，本結(jié)構(gòu)可簡化為用戶客戶端和云后臺程序。

圖1 云存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 應(yīng)用云存儲的優(yōu)勢

運用云存儲虛擬化技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一的后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可解決現(xiàn)有共享模式中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。

(1)資源整合管理，降低系統(tǒng)成本。云存儲虛擬化技術(shù)能將獨立的新老服務(wù)器進(jìn)行整合，統(tǒng)籌管理包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，再根據(jù)服務(wù)需求合理分配［4］。在將舊資源變廢為寶的同時，避免因分配不均引起資源浪費及重復(fù)投資問題，減少硬件投入，大大降低系統(tǒng)成本。

(2)減少單點故障，增強服務(wù)質(zhì)量。云存儲使用冗余備份技術(shù)將文件保存在不同設(shè)備、不同位置上，某個硬件設(shè)備意外故障時，它能將讀寫請求轉(zhuǎn)向其它完好設(shè)備，保持服務(wù)的繼續(xù)。另外，傳統(tǒng)系統(tǒng)的定期維護(hù)升級造成業(yè)務(wù)終止問題也可避免:云存儲能將待升級服務(wù)器的文件動態(tài)遷移至其它服務(wù)器，等該服務(wù)器更新上線后，再將文件遷移回去。

(3)節(jié)約能源，減少運行成本。云存儲可根據(jù)業(yè)務(wù)請求動態(tài)分配系統(tǒng)資源，大大降低了傳統(tǒng)單服務(wù)器模式下各服務(wù)器7×24 h不間斷運行帶來的資源浪費問題。另外，云存儲統(tǒng)一系統(tǒng)管理接口，完全忽略了底層存儲設(shè)備的異構(gòu)性，減少了管理員的工作難度及人員開銷。

2 云存儲在高校資源共享平臺中的應(yīng)用

資源共享系統(tǒng)從用戶角度可簡化為用戶客戶端和云后臺程序，本文重點討論云后臺系統(tǒng)的存儲架構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用比較成熟的云存儲架構(gòu)HDFS(Hadoop Distributed File System，Hadoop分布式文件系統(tǒng))［5］，基于虛擬化平臺VMware vSphere整合物理機資源構(gòu)建存儲平臺［6］。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1.1 Web Server服務(wù)器 系統(tǒng)采用B/S工作模式，通過Web Server服務(wù)器對外提供業(yè)務(wù)接口。Web Server服務(wù)器受理用戶業(yè)務(wù)請求后，將信息提交給云后臺控制中心Vmware vCenter進(jìn)行控制處理，并將結(jié)果反饋回用戶端。

2.1.2 Vmware vCenter服務(wù)器 作為VMware vSphere虛擬化平臺的控制中心，VMware vCenter［7］使用虛擬集群管理應(yīng)用統(tǒng)一管理VMware ESXS-erver虛擬服務(wù)器，建立系統(tǒng)資源池，并進(jìn)行資源的合理分配。另外，基于VMware vCenter管理平臺建立各種應(yīng)用服務(wù)器系統(tǒng)，可實現(xiàn)高效、安全、節(jié)能的功能。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1.3 Vmware ESX服務(wù)器 Vmware ESX服務(wù)器直接構(gòu)建在物理機之上，將物理機的處理器、存儲器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行整合，抽象到多個虛擬機中，實現(xiàn)云存儲平臺的Iaas構(gòu)建。虛擬機與物理機實現(xiàn)多對多的映射關(guān)系，可以自動開啟及關(guān)閉，合理統(tǒng)籌系統(tǒng)資源，減少運營成本。同時，虛擬機有效地屏蔽了底層基礎(chǔ)硬件的異構(gòu)特征，大大提高服務(wù)質(zhì)量，并為管理維護(hù)帶來了極大方便。

2.1.4 物理機 物理計算機是最底層的存儲設(shè)備，包括高?，F(xiàn)有的各種計算機、服務(wù)器，在虛擬機的管理下共同構(gòu)成一個大規(guī)模的數(shù)據(jù)資源中心。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 多副本備份機制 (1)服務(wù)器備份。HDFS客戶端通過Namenode單服務(wù)器節(jié)點執(zhí)行文件系統(tǒng)原數(shù)據(jù)操作，跟蹤文件-文件塊分割、文件塊存儲位置，監(jiān)督分布式文件系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，是整個系統(tǒng)的核心部分，若NameNode出現(xiàn)故障將導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因此，為提高系統(tǒng)的可靠性，必須為Namenode及各Vmware ESX服務(wù)器增加備份服務(wù)器，實時保存數(shù)據(jù)副本，并在相關(guān)服務(wù)器故障時代替運行，保障系統(tǒng)連貫運作;(2)數(shù)據(jù)塊冗余備份。HDFS用數(shù)據(jù)塊存儲文件，數(shù)據(jù)塊默認(rèn)大小為64 MB。為增強容錯性能，系統(tǒng)采用冗余備份［8］策略，默認(rèn)副本數(shù)為3，各數(shù)據(jù)塊存放在多個機架上。分布靈活的副本為服務(wù)響應(yīng)提供了地域優(yōu)勢，服務(wù)器可選擇最近最佳的副本區(qū)域快速完成通訊，提升數(shù)據(jù)傳輸效果。

2.2.2 數(shù)據(jù)動態(tài)遷移 數(shù)據(jù)動態(tài)遷移包括2種情況:主動遷移和備份遷移。當(dāng)某個存儲服務(wù)器要升級軟硬件設(shè)備時，HDFS系統(tǒng)自動將其文件動態(tài)遷移到其它存儲服務(wù)器上，待其更新完成重新上線后，再將文件遷移回去，保證業(yè)務(wù)連續(xù)，為用戶提供無縫不間斷的服務(wù)。HDFS系統(tǒng)使用監(jiān)聽請求和心跳(Heartbeat)檢測等功能監(jiān)測各數(shù)據(jù)完整性，當(dāng)檢測到某數(shù)據(jù)異常時，則自動為該數(shù)據(jù)增加備份，確保冗余備份的實現(xiàn)［9］。

2.2.3 負(fù)載均衡 HDFS系統(tǒng)的Namenode服務(wù)器通過各節(jié)點控制器動態(tài)收集存儲數(shù)據(jù)塊的情況，實時掌握各節(jié)點的當(dāng)前狀態(tài)，更新資源信息表［10］。在收到業(yè)務(wù)請求時，通過資源信息表的狀態(tài)情況，快速選擇負(fù)載輕、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間短、讀寫速度快的節(jié)點，平衡資源分配，提高系統(tǒng)性能。

2.2.4 低耗節(jié)能 云存儲采用節(jié)能管理模式，動態(tài)為服務(wù)分配CPU、內(nèi)存、存儲等系統(tǒng)資源，杜絕了所有機器不間斷運行問題，大大降低了系統(tǒng)能耗。兩種模式的負(fù)載-功耗情況如圖3所示。

圖3 負(fù)載-功耗比較圖

3 結(jié)束語

基于云存儲的高校資源共享模式，充分整合現(xiàn)有硬件資源，解決了投入大、管理難等問題，為實現(xiàn)一個更高效、節(jié)能的服務(wù)模式提出了一個全新思路。

(1)基于虛擬化平臺VMware vSphere構(gòu)建高校資源共享平臺的云后臺存儲架構(gòu)，解決傳統(tǒng)服務(wù)器設(shè)備投入大、異構(gòu)性強的不足，充分整合物理機資源。

(2)應(yīng)用云存儲技術(shù)4個關(guān)鍵技術(shù)，包括多副本備份機制、數(shù)據(jù)動態(tài)遷移、負(fù)載均衡、低耗節(jié)能等關(guān)鍵技術(shù)，解決傳統(tǒng)服務(wù)器設(shè)備復(fù)雜，管理開銷大的關(guān)鍵技術(shù)問題，并提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)能耗。

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