基于校园网的高校云存储系统的设计与实现

张亮　赵妍

摘要：本文主要对高校私有云存储系统的背景、需求和技术进行了介绍，结合本院的实际需求给出了高校云盘系统的逻辑构架和拓扑构架，然后给出了校园云盘系统的详细功能设计实现，最后探讨了高校云盘系统的关键问题和解决思路。

关键词：云存储;网盘;私有云;HDFS

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）04-0041-03

Abstract： This paper mainly introduces the background， requirements and technology of the private cloud storage system in Colleges and universities， gives the logical framework and topological framework of the cloud disk system in Colleges and Universities Based on the actual needs of our college， then gives the detailed function design and implementation of the cloud disk system in campus， and finally discusses the key problems and solutions of the cloud disk system in Colleges and universities.

Key words： cloud storage; online disk; private cloud; HDFS

1 绪论

“互联网+教育”的不断发展促使着各高职院校的信息化水平，早期高职院校的信息化建设主要是底层硬件和网络的建设，但随着师生对信息化功能需求的提升，如今高职院校的信息化建设组件转移到上层的系统平台系统的建设以及教学数据资源的建设，新时期高职院校的信息化建设主要以内容和服务的建设为主，而内容的建设又是信息化建设的基础和核心，高职院校的数据建设涉及教学，科研以及管理等部门，并且数据的建设是一个逐渐积累的过程，只有长时间的积累和沉淀，才能逐渐形成真正体现学校特色和特质的校本资源。当前学院的数据来源非常复杂，形式多种多样，包括教师的电子教学资源科研课题资源、学生的学习记录资料和个人积累的学习资料、行政部门的办公资料以及一些公共公开的资源资料甚至包含一些学习内部的保密关键资料数据等等。所以高职院校急需一套私有云存储系统来管理这些数据资料。

2 系统需求

随着大数据时代的到来，云存储成为一种新型的数据存储解决方案。国外成熟的云存储厂商和产品主要有微软的Azure，IMB的“蓝云”，亚马逊的S3（简单存储服务），国内也有一些成熟的云存储产品，比如阿里云的OSS，百度的百度网盘，360公司的360网盘，腾讯的微云等等。这些云存储产品在可靠性，安全性和易用性方面都得到了很好的拓展，也能让用户在不同的设备终端上方便地访问云上的文件，让越来越多的普通用户体验到了云存储的功能与便利。

而目前的高校校园网还不能将互联网中的云存储系统直接在校园中推广主要有以下四方面原因：

1）外网带宽限制，高职院校的外网一般接入的有教育网，移动联通电信等商业网络，受到经费限制，外网的出口带宽远低于校园网内网的网速，造成高校师生在校园网内访问外网的云存储系统会有速度上的影响。

2）受知识产权保护的制约，公网上的商业云存储平台受知识产权保护，而高校的很多资料有些事仅授权教育教学使用的，一旦上传到外网的云平台上，会有泄露知识产权资料的风险，因此在数据公开共享上会受到很大的限制。

3）数据安全无法保障，数据安全主要是两方面：一是云平台自身运营方面的，云平台由于自身的资金和运营的因素很多无法一直运营下去，导致很多知名的云平台倒闭或者停止服务。二是网络由于云平台缺乏主管单位的监管力度，导致存储在平台上得学院内部资料的安全性不是可控的。

4）平台使用资金昂贵，商业存储平台由于需要自身运营，往往需要会对使用者收取昂贵的使用费用，即使有免费的平台但是也仅仅是适用于个人，并且在速度和空间上有诸多的限制。

鉴于以上的限制，各高校开始探究建设自己的私有云存储系统，例如北京师范大学的“师大云盘”，中央财经大学也建设了自己的云存储网盘系统，这些私有云网盘系统主要解决高校文档统一管理，文档在线协作，保护知识财产等方面的需求。其他高校也急需结合本校的实际情况建设自己的高校私有云存储系统。

3 系统构架

高校云存储系统以高速的校园网为依托，集成底层硬件服务器和云存储基础构架产品，整合了数据存儲、基础服务管理、应用程序接口、多端访问等等功能模块、详细的逻辑架构图如图1所示：

对外支持多种终端访问方式，不仅可以提供面向个人云存储应用产品易用美观的客户端以及文件共享功能，还着力打造了私有云存储服务所需要的数据私有化，数据高速传输、系统全冗余、数据高可用、负载均衡以数据传输存储加密等高级功能特性，并可以按照高校用户的组织架构进行文档分发共享的控制管理功能。

4 应用功能设计

如图2所示，高校的私有云存储系统应该是为高校的师生量身定制的文件管理平台，要具备传统FTP、文件服务器系统的功能，做到数据更安全、管理更方便、工作更愉快。包括个人私有网盘、校园公共网盘、收发文件（教师之间收发备课课件、师生之间收发作业）、PC客户端（自动备份与同步）、移动端（移动分享查阅）、用户管理与授权、数据统计与备份等功能模块。提供了对云盘文件的浏览查看功能、文件的上传下载功能，文件的移动、分享、删除等功能。

1）文件（夹）批量上传：支持上传文件时可选择多个文件批量上传，可显示文件上传百分比进度和上传文件大小，上传时可随时删除未上传完成的文件;实时显示当前个人网盘和公共网盘的空间使用情况，批量上传的同时支持文件秒传功能。PC客户端支持断点续传。上传文件时选择上传文件夹并选择本地某个文件夹，即可创建该文件夹以及里面的所有子文件夹，并同时批量上传文件夹中的所有文件，可显示文件上传百分比进度和上传文件大小，上传时可随时删除未上传完成的文件。支持多端管理文件，支持多个文件批量上传。文件夹拖拽上传时也可实现上传文件夹中的多个文件，Web端和PC客户端都支持拖拽上传。支持选中多个文件和文件夹批量打包下载，系统可将选中的文件（夹）打包压缩成ZIP文件后进行下载，以提高下载效率，不限制文件大小和数量。PC客户端支持断点下载。

2）文件（夹）分享、共享：有私密分享和公开分享，轻松进行文件及文件夹的分享，让你的好友和你一起High起来。好友分享时设有相应的提取码，只有输入相应的提取码才能访问分享的文件，并且分享链接地址做了加密处理，有效确保了隐私安全。还可通过手机浏览器或微信扫描分享二维码，便于手机查看分享内容。个人私有文件或文件夹可共享到公共文件夹，可选择共享到多个文件夹中，可供其他人查看、下载或作为公共资料。

3）回收站：云平台上不不使用的文件删除后不会彻底伤处，而是会临时存放在回收站的文件夹中，用户可以在30天内还原被删除的文件，也可以在回收站中彻底的删除文件。

4）权限管理：对文件的管理仿照Linux的文件权限管理方式，对文件的管理细粒度到单个文件的读写和运行，可以对用户，分组，部门进行授权管理。

5）文件（夹）查找：文件和文件夹的查找，支持名称的模糊查询，查询到文件（夹）时候可以点击跳转到该文件原来所在的位置。由于支持了文件（夹）复制和移动，就会产生一些重复文件，因此系统支持重复文件的查找，便于用户对重复文件进行整理，节约存储空间。

6）多媒体文件在线预览播放：视频、文档在线转码：提供文档和视频在线转码，文档转码是基于MS Office原生转码策略，保证排版格式不出现乱码不变形，支持转码器集群部署、极大提高文件转码效率。视频统一转码成mp4格式，保障所有终端都可查看此视频格式文件。上传的视频文件后，在线统一转码成mp4格式，并且提供在线播放功能，并且兼容IE8/9/10/11 、360浏览器、QQ浏览器、Firefox、 Chrome等主流浏览器，视频播放支持多种格式并且支持拖动进度条播放。音频格式的文件上传后，可直接在线听，比如音乐、英语听力资料等。swf也支持上传在线预览。对于上传的Office办公文档，支持在线预览和文字复制。在文件夹或图片库中可支持图片翻轉特效预览，每一张图片都有图片标题悬浮在图片上，图片预览支持全屏、缩放和定时自动轮播特效。音频格式的文件上传后，可直接在线听，比如音乐、听力资料等。

7）文件秒传：支持类似百度网盘、360网盘的秒传功能，上传文件时智能识别相同文件时则无须重复上传实体文件，系统能自动对应至同一个实体文件，避免网盘中存储多个相同文件，实现智能文件去重功能，有效节约网盘服务器磁盘存储空间。

8）收发文件：（1）教师之间收发文件：教师之间收备课教案、教学论文、教师荣誉、研修感言、听课笔记、成绩分析报告等。（2）教师向学生分发文件、收文件：教师给班级学生分发课程学习内容，如PPT课件、微课等;收集学生的作业（朗读或背诵课件的音视频）、作文、美术作品、手抄报、获奖荣誉等。

9）公共网盘：公共网盘是学校的一个公共访问存储空间管理云盘，系统管理员可随意新建和维护公共网盘文件夹。

10）虚拟目录：虚拟目录即模拟传统FTP服务器的虚拟目录原理，可授权用户关联多个公共网盘目录空间，并可独立设置不同级别的权限（只读、读写、管理）。可以作为个人公共网盘根目录下的子目录来使用，尽管这些虚拟目录并不是根目录真正意义上的子目录。虚拟目录是在公共网盘的根目录下创建一个子目录，然后将这个子目录映射到个人公共网盘根目录中。把公共网盘中某个文件夹映射到个人公共网盘根目录下的某个虚拟文件夹，并且可以设置只读、读写、管理三种不同权限。

11）文件自动归类：上传到网盘里的文件，会被自动智能分类，分成图片、文档、音频、视频、应用、其他，方便您的快速查找。

12）右键与快捷键：网盘支持右键功能，包括文件（夹）打开、排序内容、选取、列表显示、上传文件、新建文件夹、复制、剪切、共享（至公共网盘）、分享、删除、重命名、下载、加密、属性等。

13）文件（夹）加密：可以对云平台上得文件或者文件夹进行加密，一旦经过加密的文件或者文件夹在访问，下载，移动，播放，预览的时候都需要输入正确的密码才能进行相对应的操作。

14）数据安全备份：支持数据库手动备份与自动定时备份功能，并可以下载数据以防系统故障;提供服务器Raid技术或专业存储服务器实体资源文件定期备份技术支持。

15）集成调用：提供集成接口，与第三方应用深度集成整合、互联互通，第三方应用可调用网盘资源、上传的资源也可同步到网盘，并支持与第三方统一认证系统对接，实现用户同步和单点登录。

5 关键问题

1）各种硬件的兼容性问题：由于高校再发展过程中会积累淘汰很多旧的服务器和存储设备，这些都可以用来作为分布式文件存储的硬件，但是由于学院淘汰下来的服务器和存储设备的厂商不统一，型号也不统一，新旧程度更不一样，在进行私有存储系统的搭建过程中会遇到硬件兼容性的问题，有可能影响到系统的稳定性和健壮性。解决办法尽量选择型号统一的硬件设备，同时选择稳定的分布式文件存储软件例如Hadoop，来解决硬件不兼容问题以及硬件故障导致的系统宕机问题。

2）网络带宽问题：校园网盘中存储的大部分都是教学资源文件，视频，音频，电子文档居多，这些文件都比价大，在校园内因为课程原因，同一时段可能很多人共同访问下载，对校园网网速和流量造成很大的压力，可以通过对不同的资源类型进行限定网速，对账号的类型进行网络限制，也可以分时段进行网速限制，不过在高速校园网内，基本上能满足师生在资源使用上得网速要求。

3）数据安全问题：数据存储在云上，最重要的就是数据安全问题，数据安全威胁主要来源于自然灾害，软硬件故障，计算机病毒，黑客入侵，用户误操作等，对于自然灾害和软硬件可以采取多地系统镜像方式进行数据的镜像备份，对于计算机病毒和黑客入侵的威胁，由于私有云存储系统安装部署在学校的内网中，校园网有自己的防火墙，杀毒软件，入侵检测系统等一系列的安装保障措施，基本上可以防备这些因素对数据的威胁。

6 总结

总之，高校建立自己的私有云存储系统，无疑是未来高校信息化发展的新方向，本文只是对高校私有云存储系统的建设意义，构建体系结构，功能结构以及关键问题进行了研究和阐述，如何构建各高校符合自己学校和专业相符的私有云存储系统，还需要各私有云平台的厂商和各高校依据实际情况进行不断的合作，研究与探讨。

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【通联编辑：王力】