基于云存储的数字校园存储架构研究

董启雄，穆道生，唐清安

（中国人民解放军装备学院 训练部数字校园工程建设中心，北京 101416）

数字校园是教育信息化发展的必然趋势，随着数字校园的建设，学校的管理、教学将会步入一个全新的网络信息化时代。数字校园包括很多业务系统，如：门户系统、迎新系统、教务系统、一卡通系统、数字图书系统、校园监控系统、教学资源系统等等，这些系统存储了学校里最重要的信息资源，它们是应用的核心和基础，如何科学、有效地存储、管理、利用这些信息资源是当前数字校园建设中面临的一个重要课题。

1 数字校园的存储需求

当前数字校园中的主要应用及数据存储需求主要有以下5种情况。

（1）门户网站

包括学院的统一门户网站，各部系的网站以及专题网站等，其特点为网站数目众多、访问量大、存储的内容绝大多数为非结构化数据，表现为htm l等格式的小文件，负载主要为远程用户对W eb页面的访问，对存储的主要需求是具有较高的IOPS（每秒读写次数）性能。

（2）网络存储系统

如网盘、FTP等为用户提供网络存储空间，其特点为访问量小、实时性不高，要存储的绝大多数为文档、图片、软件等非结构化数据，对存储的主要需求是便于扩展。

（3）业务系统

如：教务管理系统、资产管理系统和一卡通系统、迎新系统等，其范围涵盖了学校各部门的主要业务。与门户网站不同，业务系统的数据主要存放在数据库中，很少生成htm l等格式的静态网页，所以，业务系统对存储的压力非常小。

（4）多媒体资源

如：精品课程、声像教材、视频监控存储等，其特点为单一文件大、资源总量大、增长速度快。对存储的主要需求是具有较好的Throughout（传输带宽）性能并易于扩展。

（5）数据库系统

如SQL Server、Oracle以及MySQL等，存储的是结构化数据，其特点为数据量相对不大、冗余度低、共享性高、独立性强、数据读写频率高、并发请求数量大，对存储的主要需求是良好的IOPS性能。

2 存储现状及问题

在以往，由于存储系统的建设往往是业务系统建设的附属内容，因此，在学校信息化建设的不同时期、不同单位、不同项目中建设的存储系统基本上是分别建设，而且很多采用了异构技术及设备，目前的主要存储技术有以下3种：

（1）网络连接存储（NAS）

NAS（Network Attached Storage）使用以太网作为存储的基础，利用网络文件协议 （NFS，CIFS）实现对存储设备中的文件级存储。结构简单，配置管理方便，可实现跨平台的数据共享，但是NAS架构下，数据存储和正常的网络业务同时使用网络带宽，因此其Throughout和IOPS性能较差，难以承载关键应用。

（2）基于光纤通道的存储区域网络（FC－SAN）

SAN（Storage Area Network）是一个独立的存储网络，实现了直接对物理硬件的块级存储访问，存储数据流不占用业务网络带宽。基于光纤通道的FC－SAN传输带宽高，性能稳定可靠，但是造价高，维护及配置复杂，管理成本高。

（3）基于 IP 协议的存储网络（IP－SAN）

IP－SAN是在FA－SAN基础上发展起来的一种存储技术，它采用iSCSI协议，利用以太网组建相对廉价的SAN，部署简单，管理方便，但其效率、性能和安全性均不如FC－SAN。

NAS、FC－SAN和IP－SAN各有所长，但是它们有一个共同的不足，即这些存储模式中的每一个业务系统都有独立的磁盘使用空间和预留空间，其他业务系统无法利用其预留空间，形成了一个个的“存储孤岛”，必然会造成存储资源的浪费；同时，这些存储系统彼此独立，也增加了管理和维护的难度。

3 云存储结构设计

云存储是在云计算（cloud computing）概念上延伸和发展出来的新技术，它通过集群应用、分布式文件系统等，使网络中的异构存储设备协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能，实现了从提供存储设备向提供存储服务的根本性变革。数字校园云存储结构模型如图1所示。

数字校园云存储结构模型共分4层，分别承担物理存储设备管理、提供存储服务等功能。

（1）存储层

云存储设备可以是FC－SAN，也可以是IP－SAN或NAS。通过统一的存储设备管理系统实现对不同物理存储设备的逻辑化和虚拟化管理、多链路冗余管理，以及硬件设备的状态监控和故障维护。

图1 数字校园云存储结构模型

（2）基础管理层

基础管理层是云存储的核心部分。该层通过集群存储、分布式存储和网格存储等技术，实现众多存储设备之间的协同工作，对外提供统一的存储访问服务，而多个存储设备的并发处理则能够显著提高云存储系统的IOPS和Throughout性能。

（3）应用接口层

应用接口层是由众多的第三方软硬件厂商提供的插件层。可以利用应用接口快速开发各类数字校园业务系统，如在云存储基础上的视频监控应用、视频点播应用、网络存储的硬盘、远程数据备份应用等。

（4）访问层

任何一个授权用户都可以按照标准的公共应用接口，在任何地方访问云存储平台，享受云存储服务。

传统存储NAS／SAN目前仍是数字校园存储领域的主流，但其自身存在难以解决的缺陷。云存储是行业的最新发展，具有传统存储所不具备的诸多优势，包括海量的存储能力，快速的响应能力和数据传输能力，安全、灵活的存储扩容能力，统一、方便的集中管理方式，相对低廉的总体拥有成本，能够很好地满足数字校园各类应用的存储需求。

4 结束语

本文通过对数字校园存储需求和现有存储系统进行分析，提出了建立基于云存储技术的数字校园的高效、可靠、安全、跨平台的存储架构，以满足数字校园中迅猛增长、类型复杂、需求各异的个人及单位数据存储需要。同时，云存储的利用还将为学校进一步挖掘大数据价值，在教学、科研、管理方面进行科学决策提供有力支撑。

［1］王峥．云存储在图书馆数字化中的应用研究［J］.合肥工业大学学报，2014，28（3）．

［2］孙小雁．云存储技术及发展［J］．玉林师范学院学报，2014，35（2）.