基于IPv6的分布式云盤(pán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周兆永，王 園，高 爍，崔騁宇

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，楊凌 712100；2.楊凌高新初級(jí)中學(xué)，楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，楊凌 712100）

1 引言

隨著高校信息化的發(fā)展，在教學(xué)、科研、辦公及生活中產(chǎn)生了大量的電子資源，大多以文檔、圖片、視頻類(lèi)文件的形式而存在。這些資源大多分散存放在校園網(wǎng)內(nèi)的各服務(wù)器上或個(gè)人電腦上，這些有價(jià)值的文件資料從智慧校園共建共享角度來(lái)看，形成一個(gè)統(tǒng)一的校園文檔存儲(chǔ)中心早已成為客觀存在的需求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一些商業(yè)的或免費(fèi)的公網(wǎng)云盤(pán)系統(tǒng)，但校園網(wǎng)用戶(hù)使用公網(wǎng)云盤(pán)有以下不便之處：受限于校園網(wǎng)出口緊張或國(guó)內(nèi)外連接速度的影響，速度無(wú)法保證、用戶(hù)需支付上網(wǎng)流量且免費(fèi)空間有限。對(duì)于智慧校園而言，使用公網(wǎng)云盤(pán)不利于校園內(nèi)個(gè)體間和公共組織間海量文檔資料的共享。本文針對(duì)校園網(wǎng)內(nèi)的教師間文件收發(fā)、學(xué)生提交作業(yè)、部門(mén)內(nèi)共享公共資源等需求，同時(shí)兼顧了云盤(pán)原有的自動(dòng)備份、在線預(yù)覽、加密等功能，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于IPv6的分布式云盤(pán)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)充分利用校園網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)的帶寬優(yōu)勢(shì)和智慧校園的統(tǒng)一身份認(rèn)證優(yōu)勢(shì)，用戶(hù)賬戶(hù)與智慧校園信息門(mén)戶(hù)對(duì)接，免除用戶(hù)注冊(cè)，首次登陸即可激活賬戶(hù)，為每個(gè)用戶(hù)默認(rèn)分配30GB的存儲(chǔ)容量，主要功能模塊有：

（1）彈性云存儲(chǔ)平臺(tái)，支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和平滑擴(kuò)容。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切塊、加密、多副本存儲(chǔ)。為了節(jié)約系統(tǒng)的存儲(chǔ)資源和帶寬，不同用戶(hù)的相同文件在系統(tǒng)中只保留一份拷貝。

（2）高并發(fā)和高可用。考慮了后期用戶(hù)量成千上萬(wàn)之后單機(jī)系統(tǒng)的上限，我們將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分布式的可在線擴(kuò)容的高可用集群架構(gòu)。

（3）靈活的管理功能。校園網(wǎng)內(nèi)用戶(hù)有教職工、學(xué)生等，團(tuán)體有學(xué)院、班級(jí)、部門(mén)等。不同個(gè)體或部門(mén)之間的組織形態(tài)有緊耦合、松耦合、自由組織三種主要形態(tài)，云盤(pán)在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮移動(dòng)校園數(shù)字化下的各種應(yīng)用需求，有足夠的開(kāi)放性和靈活性，結(jié)合用戶(hù)訪問(wèn)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)真正的校園內(nèi)容云。

（4）普通云盤(pán)的功能，如上傳、下載、復(fù)制、移動(dòng)、刪除、重命名、加密、分享、同步、備份等功能，除此之外還有不同平臺(tái)客戶(hù)端的支持。

（5）統(tǒng)一認(rèn)證功能。考慮云盤(pán)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，需要從智慧校園信息門(mén)戶(hù)獲取用戶(hù)的角色、部門(mén)等信息，以便實(shí)現(xiàn)靈活管理和統(tǒng)一認(rèn)證功能。

系統(tǒng)模塊包括用戶(hù)管理子系統(tǒng)、云存儲(chǔ)管理子系統(tǒng)、云存儲(chǔ)資源池。用戶(hù)管理子系統(tǒng)包括了用戶(hù)管理模塊、安全模塊、認(rèn)證模塊等；存儲(chǔ)管理子系統(tǒng)包括存儲(chǔ)資源管理模塊、負(fù)載均衡模塊等；云資源存儲(chǔ)池采用了Openstack Object Storage技術(shù)，包括存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、云存儲(chǔ)認(rèn)證節(jié)點(diǎn)等。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)的總體邏輯架構(gòu)如圖1所示，主要包括后端分布式云資源存儲(chǔ)池、用戶(hù)管理與存儲(chǔ)、Nginx反向代理與負(fù)載均衡以及用戶(hù)終端等部分組成。云盤(pán)后端存儲(chǔ)架構(gòu)如圖2所示，主要包括存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、代理節(jié)點(diǎn)、認(rèn)證節(jié)點(diǎn)和負(fù)載均衡等部分組成。

圖1 系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)

圖2 云盤(pán)后端存儲(chǔ)架構(gòu)

4 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程與實(shí)現(xiàn)效果

（1）用戶(hù)從任意客戶(hù)端（PC端、移動(dòng)端、Web端發(fā)起連接請(qǐng)求）。

（2）系統(tǒng)響應(yīng)請(qǐng)求并調(diào)用統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)要求用戶(hù)認(rèn)證。

（3）獲取到從統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)返回的用戶(hù)認(rèn)證信息并查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，如認(rèn)證成功返回該用戶(hù)的私有資源和公共資源列表、空間使用情況等信息。

（4）響應(yīng)用戶(hù)的操作請(qǐng)求，對(duì)用戶(hù)文件進(jìn)行管理。

（5）將用戶(hù)的操作請(qǐng)求發(fā)送至后端存儲(chǔ)，并根據(jù)當(dāng)前的一致性等級(jí)設(shè)置在寫(xiě)入操作日志時(shí)或數(shù)據(jù)寫(xiě)入完成后向用戶(hù)發(fā)送響應(yīng)成功的信息。

（6）后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，如發(fā)現(xiàn)集群的單個(gè)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)則自動(dòng)將此節(jié)點(diǎn)的服務(wù)遷移或復(fù)制至其他節(jié)點(diǎn)并向管理員發(fā)送報(bào)告，實(shí)現(xiàn)集群自動(dòng)化運(yùn)維。

（7）平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后的系統(tǒng)界面如圖3所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖3 基于IPv6的分布式云盤(pán)系統(tǒng)

綜上所述，本文在IPv6技術(shù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，采用組件的開(kāi)發(fā)方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了分布式云盤(pán)系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，使用方便，可較好的滿(mǎn)足學(xué)校部分師生基于IPv6的云存儲(chǔ)需求，該項(xiàng)工作對(duì)于加快IPv6的產(chǎn)業(yè)和商業(yè)化進(jìn)程，全面推動(dòng)下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）的部署具有重要的研究意義。