王永平

摘? 要： 隨著云計算技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的集中存儲技術(shù)已經(jīng)越來越不適應(yīng)當(dāng)今社會的需要，云存儲技術(shù)通過虛擬化、分布式系統(tǒng)、對象存儲等逐漸替代了傳統(tǒng)存儲技術(shù)的市場。文章從云存儲技術(shù)實現(xiàn)層次、ZTE集中式存儲架構(gòu)、ZTE分布式存儲架構(gòu)三個方面入手，結(jié)合虛擬化、分布式系統(tǒng)等核心架構(gòu)技術(shù)，設(shè)計并整合了兩種可以實施的云存儲技術(shù)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞： ZTE; 云存儲; 集中式; 分布式; 架構(gòu)

中圖分類號：TP393.08? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）02-15-03

Analysis of the architecture of ZTE cloud storage technology

Wang Yongping

（Zhejiang Institute of Communications， Hangzhou， Zhejiang 311112， China）

Abstract： With the rapid development of cloud computing technology， traditional centralized storage technology has become more and more unsuitable for the needs of today's society. Cloud storage technology has gradually replaced the market of traditional storage technology through virtualization， distributed system， and object storage. This paper starts from three aspects： cloud storage technology implementation level， ZTE centralized storage architecture and ZTE distributed storage architecture， combined with virtualization， distributed system and other core architecture technologies， designs and integrates two implementable cloud storage technology architectures.

Key words： ZTE; cloud storage; centralized; distributed; architecture

0 引言

傳統(tǒng)的存儲技術(shù)是將所有的數(shù)據(jù)集成到單一的存儲體系之中，以滿足業(yè)務(wù)持續(xù)性需求。在當(dāng)今信息量暴增的時代，數(shù)據(jù)的索引效率變得越來越為人們關(guān)注。在一些大型項目中，前端圖像視頻信息采集點過多，單臺服務(wù)器承載量有限，造成需要配置成百上千臺服務(wù)器的狀況，這就必然導(dǎo)致建設(shè)成本、管理成本、維護(hù)成本、能耗成本急劇增加。在這個大數(shù)據(jù)時代，對于數(shù)據(jù)的安全存儲和應(yīng)用需要與之相適應(yīng)的新的技術(shù)手段，而以分布式和并行處理為基礎(chǔ)的云計算和云存儲技術(shù)，在此過程中得到了極大地發(fā)展。

相對傳統(tǒng)存儲而言，云存儲改變了數(shù)據(jù)垂直存儲在某一臺物理設(shè)備的存放模式，通過寬帶網(wǎng)絡(luò)集合大量的存儲設(shè)備，通過存儲虛擬化、分布式文件系統(tǒng)、底層對象化等技術(shù)將位于各單一存儲設(shè)備上的物理存儲資源進(jìn)行整合，構(gòu)成邏輯上統(tǒng)一的存儲資源池，對外提供服務(wù)，從而在存儲容量上得以從單設(shè)備TB級橫向擴(kuò)展至數(shù)十、數(shù)百PB，由于云存儲系統(tǒng)中各節(jié)點能夠并行提供讀寫訪問服務(wù)，系統(tǒng)整體性能隨著業(yè)務(wù)節(jié)點的增加而獲得同步提升。同時，通過冗余編碼技術(shù)、遠(yuǎn)程復(fù)制技術(shù)，進(jìn)一步為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)中心級的故障保護(hù)能力。容量和性能的按需擴(kuò)展、極高的系統(tǒng)可用性，是云存儲系統(tǒng)最核心的技術(shù)特征。

1 云存儲技術(shù)實現(xiàn)層次

從云存儲的技術(shù)實現(xiàn)層次上看，從底層向上，可以分為存儲層、管理調(diào)度層、訪問接口層、應(yīng)用服務(wù)層等四個層次，如圖1所示。

存儲層是云存儲的基礎(chǔ)，一臺云存儲節(jié)點設(shè)備能安裝24個以上的硬盤，通過IP接口將大量的存儲設(shè)備互連在一起，形成存儲設(shè)備資源池。在一個云存儲系統(tǒng)中，底層物理存儲設(shè)備數(shù)量龐大，而且設(shè)備形態(tài)允許異構(gòu)（這樣可以接入傳統(tǒng)的IP SAN或FC SAN），在物理存儲設(shè)備之上是一個統(tǒng)一的存儲設(shè)備管理層，實現(xiàn)對物理存儲設(shè)備的邏輯虛擬化管理、狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)等功能。

管理調(diào)度層是云存儲核心部分。管理調(diào)度層的主要功能是在存儲層提供的存儲資源上部署分布式文件系統(tǒng)，建立和組織存儲資源對象，并將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分片處理，按照設(shè)定的保護(hù)策略將分片后的數(shù)據(jù)分散存儲到具體的存儲資源上。同時，在節(jié)點間進(jìn)行讀寫負(fù)載均衡調(diào)度，以及節(jié)點或存儲資源失效后的業(yè)務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)重建恢復(fù)等任務(wù)，以便始終提供高性能、高可用的訪問服務(wù)[1]。

訪問接口層是業(yè)務(wù)應(yīng)用和云存儲平臺之間的一個橋梁，提供應(yīng)用服務(wù)所需要調(diào)用的函數(shù)接口，通常云存儲系統(tǒng)會提供一套專用的API或客戶端軟件，業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件直接調(diào)用API或者使用云存儲系統(tǒng)客戶端軟件對云存儲系統(tǒng)進(jìn)行讀寫訪問。由于一個云存儲系統(tǒng)需要支持多種不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，而很多業(yè)務(wù)系統(tǒng)只能采用特定的訪問接口，例如塊接口或者POSIX接口，因此一個優(yōu)秀的云存儲系統(tǒng)，應(yīng)該同時提供多種訪問接口，例如ISCSI、NFS、CIFS、FTP、REST等，以便在業(yè)務(wù)適配方面具有更好靈活性[2]。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層通過云存儲系統(tǒng)提供的各種訪問接口，對用戶提供豐富的業(yè)務(wù)類型，例如空間租賃服務(wù)、高清視頻監(jiān)控、視頻圖片智能分析、大數(shù)據(jù)查找等。

2 ZTE集中式存儲架構(gòu)分析

集中式云存儲系統(tǒng)是一種典型的非對稱式系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，通常具有一個中央管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和處理查詢與修改請求?？蛻舳嗣看螌?shù)據(jù)流的I/O操作，都需要先向管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，客戶端在獲得需要讀寫的數(shù)據(jù)塊物理位置等信息后，對于數(shù)據(jù)的I/O操作則直接在客戶端和數(shù)據(jù)存儲節(jié)點之間進(jìn)行。相對于傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)，集中元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)將控制流和數(shù)據(jù)流進(jìn)行了分離，系統(tǒng)在擴(kuò)展性和處理性能方面獲得了較大的提升，同時，由于元數(shù)據(jù)集中在一臺服務(wù)器上進(jìn)行管理，整個系統(tǒng)架構(gòu)比較簡單，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性[3]。

ZXCLOUD KS3200是一款模塊化程度高的存儲系統(tǒng)，提供iSCSI主機(jī)和FC主機(jī)連接技術(shù)，系統(tǒng)通過采用全冗余的、可熱插拔的模塊化技術(shù)構(gòu)建，有高級別的數(shù)據(jù)存儲可靠性。ZXCLOUD KS3200存儲系統(tǒng)主要面向企業(yè)用戶海量數(shù)據(jù)存儲和硬盤數(shù)據(jù)備份等應(yīng)用，包括高標(biāo)清節(jié)目的制作、多媒體視頻數(shù)據(jù)存儲、IPTV、視頻監(jiān)控、中小數(shù)據(jù)庫，以及文件歸檔與數(shù)據(jù)備份等應(yīng)用。ZTE集中存儲解決方案的組網(wǎng)如圖2所示。

該方案中，ZXCLOUD KS3200作為核心存儲設(shè)備，通過FC SAN、IP SAN和DAS等多種存儲架構(gòu)與局域網(wǎng)多臺服務(wù)器建立連接，服務(wù)器通過普通千兆網(wǎng)卡或HBA（FC、iSCSI和SAS）卡接入。ZXCLOUD KS3200可以配備高性能的SAS磁盤和大容量的SATA磁盤，單臺設(shè)備即可滿足兩種不同的應(yīng)用需求。

雖然集中云存儲系統(tǒng)架構(gòu)簡單，但存在兩個主要問題。

⑴ 性能瓶頸問題。數(shù)據(jù)的基本特性要求任何時候?qū)τ脩魯?shù)據(jù)的訪問，需要同步地修改元數(shù)據(jù)，由于每次I/O訪問都需要首先訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器，隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要管理的存儲節(jié)點、文件數(shù)量、I/O操作數(shù)量等都會急劇增加，而對元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的物理服務(wù)器性能有限，從而形成性能瓶頸。

⑵ 數(shù)據(jù)服務(wù)器單點故障問題。在集中元數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的性能和可靠性完全依賴于數(shù)據(jù)服務(wù)器，一旦數(shù)據(jù)服務(wù)器故障，系統(tǒng)將無法提供任何服務(wù)。為解決這一問題，通常對數(shù)據(jù)服務(wù)器采用備份機(jī)形成HA解決方案來提供更高的系統(tǒng)可用性，主用服務(wù)器和備用服務(wù)器之間的元數(shù)據(jù)必須隨時同步，否則一旦主用服務(wù)器故障，則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致問題[4]。

3 ZTE分布式存儲架構(gòu)分析

ZTE分布式存儲架構(gòu)的主要思想是：生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心各部署一套ZXCLOUD KS3200存儲系統(tǒng)，利用遠(yuǎn)程復(fù)制功能、卷遷移、NDMP復(fù)制等多種手段實現(xiàn)基于WAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)復(fù)制。若數(shù)據(jù)中心的設(shè)備硬件上發(fā)生故障，災(zāi)備中心的ZXCLOUD KS3200可以直接升級成為在線設(shè)備，支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行。在線系統(tǒng)恢復(fù)正常后，可通過反向數(shù)據(jù)復(fù)制，把災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)恢復(fù)到生產(chǎn)中心中[5]。ZTE分布式存儲解決方案的組網(wǎng)如圖3所示。

采用多臺數(shù)據(jù)服務(wù)器形成集群工作的方式提供元數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，集群中的每一臺設(shè)備都可以提供元數(shù)據(jù)訪問，從而提高整體訪問性能，并且解決了數(shù)據(jù)服務(wù)器單點故障問題。

4 結(jié)束語

近年來，教育部與中興通訊開展合作，中興在全國諸多高校建立基于云計算的數(shù)據(jù)處理中心。本文主要探討了中興在部分高校部署云存儲的兩種架構(gòu)。對于企事業(yè)單位而言，需要根據(jù)自己的應(yīng)用、服務(wù)、數(shù)據(jù)等建立相應(yīng)的云存儲架構(gòu)，管理人員需要將現(xiàn)有的存儲資源、存儲技術(shù)和存儲虛擬化相關(guān)聯(lián)，找到適合自己的存儲策略才是最為重要的，從而更好的利用資源、節(jié)約成本、簡化存儲管理。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 張繼平編著.云存儲解析[M].人民郵電出版社，2013.

[2] 劉洋編著.云存儲技術(shù)——分析與實踐[M].經(jīng)濟(jì)管理出版社，2017.

[3] （美）Greg Schulz著.云和虛擬數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)[M].國防工業(yè)版社，2017.

[4]（美）Tom White著.Hadoop權(quán)威指南：大數(shù)據(jù)的存儲與分析（第4版）[M].清華大學(xué)出版社，2017.

[5] 胡世杰著.分布式對象存儲[M].人民郵電出版社，2017.