基于FreeNAS和NextCloud的云盤系統設計與實現

陳雪華　孫赫　黃靜　王俊

摘? 要：網絡和信息化技術的發展催生了大容量存儲和高速數據安全共享備份需求。結合日常工作需求，在局域網環境下利用簡易硬件設備和開源軟件，設計了一種基于FreeNAS和NextCloud的云盤系統，給出了詳細的搭建和部署過程，并使用第三方IO測試工具對系統讀寫性能進行了測試。測試結果表明，設計的云盤系統能夠滿足一般日常辦公數據共享使用，是一種業務化小型云存儲解決方案。

關鍵詞：FreeNAS;NextCloud;云盤;云存儲

中圖分類號：TP333 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）21-0008-04

Abstract： The development of network and information technology has given rise to the demand for large-capacity storage and high-speed data security sharing backup. According to the requirements of daily work， a cloud disk system based on FreeNAS and NextCloud is designed by using simple hardware equipment and open source software in LAN environment. The detailed construction and deployment process are given， and the third-party IO testing tools are used to test the reading and writing performance of the system. The test results show that the designed cloud disk system can meet the general daily office data sharing and use， and it is an operational small cloud storage solution.

Keywords： FreeNAS; NextCloud; cloud disk; cloud storage

隨著網絡和信息化技術的發展，在線網絡數據和離線業務數據積累迅速增多，由此催生了大容量存儲和高速數據共享的迫切需求。云盤是一種能夠實現數據便捷存儲、共享、備份的新型解決方案，具有存儲容量大、功能豐富等特點，在現實中得到了廣泛的應用。隨著云計算技術的發展，大型互聯網公司和運營商紛紛推出基于云存儲的在線云盤應用，例如百度網盤、天翼云盤、蘋果iCloud、Google Drive等。一方面，這些在線云盤能夠面向個人和企業用戶提供高效地存儲服務，滿足了部分用戶需求;另一方面，依托公有云的各類存儲服務卻帶來了一定的網絡安全風險[1-3]。近年來，網盤和云存儲相關的數據泄露事件頻發，例如2010年蘋果公司用戶隱私數據泄露、2011年谷歌郵箱用戶數據泄露，使得用戶賬戶被重置、聊天紀錄和郵件被刪除。因此，對企業而言，涉及敏感和商業機密的數據更適合存儲于私有網盤內。綜上，本文作者結合工作需要，利用簡易硬件設備設計實現了一種基于FreeNAS和NextCloud的云盤系統，能夠有效滿足大多數個人或小型公司的數據共享、同步和備份需求。

1 系統概述

1.1 FreeNAS

FreeNAS是一款開源免費的專門用于構建NAS存儲服務器的專業操作系統。它基于FreeBSD開發，主要運行在x86-64架構的計算上，采用ZFS（Zettabyte File System）文件系統存儲、管理和保護數據。ZFS系統提供了輕量級快照、壓縮、重復數據刪除等高級功能，可以快速的將數據增量備份到其他設備，帶寬占用少，可有效幫助系統從故障中恢復。FreeNAS支持CIFS、AFP、NFS、iSCSI、SSH、rsync、WebDAV、FTP/TFTP等多種文件共享和傳輸協議，能夠適用于企業文件共享、為虛擬化服務提供后端存儲等應用場景。應用FreeNAS，辦公電腦可通過網絡映射等傳統方式訪問其文件系統，但FreeNAS存在缺少應用端Web界面、可視化數據管理不方便等不足[4]。

1.2 NextCloud

NextCloud是一套用于創建網絡硬盤的客戶端-服務器開放源代碼軟件，其功能與Dropbox相近。與Dropbox等專有服務相比，Nextcloud的開放架構讓用戶可以利用應用程序的方式在服務器上新增額外的功能，用戶可以完全掌握和管理自己的數據。此外，NextCloud提供了易用的Web界面和客戶端軟件，方便用戶直觀的共享、下載和同步數據，同時還具有加密和工作流管理等功能[5]。

1.3 硬件設備

搭建云盤系統的硬件包括EMC CX-80磁盤陣列1組、曙光300光纖通道交換機1臺、聯想P710工作站（內存：16GB，CPU：3.4GHz）2臺。

2 設計云盤系統總體架構

本文設計的基于FreeNAS和NextCloud的云盤系統總體架構如圖1所示。設計系統的核心主要包括存儲平臺、云盤服務兩部分。

2.1 存儲平臺

存儲平臺向下整合硬件存儲資源，向上為云盤服務提供底層基礎支撐。它由存儲服務、擴展服務、系統監控組成。存儲服務提供卷管理、文件系統等功能;擴展服務提供負載均衡、故障轉移等功能;系統監控提供存儲故障報警和檢測功能。

2.2 云盤服務

云盤服務能夠在存儲平臺之上，向用戶應用層提供友好可視化的WEB操作界面、數據同步/備份/共享、全文搜索、視頻會議、在線文檔編輯等功能。

整個系統的網絡拓撲如圖2所示。工作站1的HBA卡和磁盤陣列均連接至光纖通道交換機，其萬兆網卡接入辦公業務系統交換機的萬兆網口，通過網絡為云盤應用提供存儲服務。工作站2的萬兆網卡接入辦公業務系統交換機的萬兆網口，為業務辦公終端提供可視化云盤應用服務。

3 設計云盤系統部署實現

3.1 磁盤陣列設置

（1）在磁盤陣列中利用EMC Navisphere Manager軟

件，進入磁盤陣列管理界面，如圖3所示。（2）識別工作站1的光纖接入信息，并在管理界面注冊該設備。（3）創建RAID組，選擇磁盤數量，形成多個RAID組，為了充分發揮磁盤陣列性能，在RAID組創建過程中，平均分配至磁盤陣列的兩個控制器中。（4）創建卷，并綁定上述RAID組。（5）創建Storage group，并將卷加入該RAID組。（6）在Storage group選擇連接主機，將工作站1加入該RAID組。至此，磁盤陣列完成配置，并確保工作站1能夠發現并使用存儲空間。

3.2 存儲平臺

首先安裝FreeNAS 9.10操作系統，并設置局域網IP;之后，通過“卷管理器”創建卷，將發現的“可用磁盤”納入該卷管理，并完成多路徑配置;隨后，創建用戶并分配不同的權限;最后，根據需求開放FTP、NFA或SMB服務（圖4a）。此時網絡中的終端能夠通過目錄形式訪問該存儲空間，如圖4b所示。

3.3 云盤服務

工作站2安裝Centos7.2操作系統，通過NFS掛載FreeNAS共享的存儲空間。在此基礎上安裝NextCloud（版本為12.0.3），完成后創建用戶，并將NextCloud數據目錄指向上述存儲空間;最后，根據工作需要對NextCloud源碼進行二次開發，完善業務應用。安裝完成后的云盤系統界面如圖5所示。

4 存儲性能測試

通過網絡中的一臺服務器（內存：32GB，CPU：Xeon（R） E5-2630 v4 @ 2.20GHz），利用第三方IO測試工具FIO對搭建云盤系統的存儲性能進行了測試，帶寬測試結果如表1、圖6所示。

通過測試，該云盤系統在單線程、雙線程和四線程并發情況下，順序讀速率均超過170MB/s。受限于前端工作站性能，并發20線程后其聚合帶寬呈緩慢下降趨勢。由于業務辦公多為文檔、圖片，持續大數據量并發應用較少，根據實際運行情況，可支撐200余用戶數據共享使用。

5 結束語

給出了一種基于簡易硬件設備和開源系統的云盤系統設計方案。首先闡述了系統總體架構和網絡拓撲結構，然后結合FreeNAS和NextCloud等開源技術，詳細給出了軟硬件部署和系統搭建過程，并使用第三方IO測試工具FIO對不同線程讀寫性能進行了性能測試。測試結果表明，設計的云盤系統能夠滿足一般日常辦公數據共享使用。

參考文獻：

[1]Jansen W， Grance T. Guidelines on Security and Privacy in Public Cloud Computing[J].National Institute of Standards and Technology， 2011（3）：149-151.

[2]Ertaul L， Singhal S， Saldamli G. Security in cloud computing[C]. Security and Management， 2010：36-42.

[3]Takabi H， Joshi J B， Ahn G J. Security and privacy challenges in cloud computing environments[J]. IEEE Security & Privacy， 2010，8（6）：24-31.

[4]https：//www.getnas.com/what-is-freenas/[EB/OL].2019-12-19.

[5]https：//www.getnas.com/what-is-nextcloud/[EB/OL].2019-12-11.