基于Android手機(jī)的可靠云存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

任碩果

摘要：本系統(tǒng)研究一種基于Android手機(jī)的可靠云存儲(chǔ)服務(wù)器架構(gòu)。文件在內(nèi)部存儲(chǔ)機(jī)制上采用分布式存儲(chǔ)，文件采用冗余切片，數(shù)據(jù)加密，數(shù)據(jù)校驗(yàn)，分布式類文件系統(tǒng)等方法，分散存儲(chǔ)到云存儲(chǔ)服務(wù)器中，保證數(shù)據(jù)的高可靠性。

關(guān)鍵詞：云存儲(chǔ)；系統(tǒng)架構(gòu)；Android

1云計(jì)算技術(shù)概述

隨著云計(jì)算技術(shù)的逐步成熟，云安全問(wèn)題也日益突出。用戶將數(shù)據(jù)存放到一家云存儲(chǔ)提供商的系統(tǒng)中，往往會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)完整性、保密性、可用性和廠商鎖定等風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，以Android為代表的移動(dòng)智能終端所面對(duì)的安全問(wèn)題也日益嚴(yán)重。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)云存儲(chǔ)以及移動(dòng)設(shè)備所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)滿足廣大用戶對(duì)手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的使用需求，設(shè)計(jì)了跨越多服務(wù)提供商的Android可靠云存儲(chǔ)網(wǎng)盤(pán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不依賴于單一的云存儲(chǔ)廠商，文件經(jīng)過(guò)冗余分片和加密，存儲(chǔ)在兩個(gè)云存儲(chǔ)提供商的系統(tǒng)中。用戶將無(wú)需擔(dān)心數(shù)據(jù)完整性，安全性以及數(shù)據(jù)可靠性等問(wèn)題。同時(shí)，基于Android終端實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，用戶既能體驗(yàn)到移動(dòng)互聯(lián)與云存儲(chǔ)技術(shù)帶來(lái)的便利，又能獲得前所未有的數(shù)據(jù)安全體驗(yàn)。

2國(guó)外主流云網(wǎng)盤(pán)的現(xiàn)狀

Google Drive是google提供的一項(xiàng)網(wǎng)盤(pán)服務(wù)，免費(fèi)提供15 GB空間，支持存儲(chǔ)和共享各種類型的文件，用戶可以實(shí)時(shí)和他人進(jìn)行協(xié)同辦公，帶有強(qiáng)大的搜索功能，文檔修改同步功能等。中國(guó)用戶訪問(wèn)Google Drive會(huì)出現(xiàn)一定困難。

Dropbox的免費(fèi)空間只有2 GB，最大的特點(diǎn)就是“增量同步”，比如一個(gè)Word文檔，修改了一小部分，它會(huì)與云端進(jìn)行比對(duì)，然后只需上傳修改的部分。這個(gè)特性在修改大型文件的時(shí)候十分好用，不需要整個(gè)重新上傳。但在中國(guó)不能完全正常訪問(wèn)。

OneDrive是微軟公司的一款云存儲(chǔ)服務(wù)軟件，與電腦Windows 8以上系統(tǒng)高度整合，與WP手機(jī)電腦同步十分方便，和Office高度整合，并且可以在線office Web編輯文檔。但除此功能比較少，比較少人用。

百度云網(wǎng)盤(pán)是百度2012年正式推出的一項(xiàng)免費(fèi)云存儲(chǔ)服務(wù)，首次注冊(cè)即可獲得5 GB的空間，首次上傳一個(gè)文件可以獲得1 GB，登錄百度云移動(dòng)端，就能立即領(lǐng)取2 048 G永久免費(fèi)容量。目前有Web版、Windows客戶端、Android手機(jī)客戶端，Mac客戶端，IOS客戶端和WP客戶端。用戶可以輕松將自己的文件上傳到網(wǎng)盤(pán)上，普通用戶單個(gè)文件最大可達(dá)4G，并可以跨終端隨時(shí)隨地查看和分享。百度網(wǎng)盤(pán)提供離線下載、文件智能分類瀏覽、視頻在線播放、文件在線解壓縮、免費(fèi)擴(kuò)容等功能。

微云是騰訊公司為用戶打造的一項(xiàng)智能云服務(wù)，10 T免費(fèi)云空間。可以通過(guò)微云方便地在手機(jī)和電腦之間同步文件、推送照片和傳輸數(shù)據(jù)。支持文件、照片一鍵分享到微信，微信支持微云插件發(fā)送照片、文件，支持2G/3G網(wǎng)絡(luò)下推送照片。

上述各種網(wǎng)盤(pán)在使用體驗(yàn)中，雖然優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)各不相同，但是這些網(wǎng)盤(pán)在數(shù)據(jù)安全上都存在重要的問(wèn)題。網(wǎng)盤(pán)將數(shù)據(jù)存放到自家的云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，這樣用戶的數(shù)據(jù)存在完整性、保密性、可用性和廠商鎖定等風(fēng)險(xiǎn)。

3可靠云存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1實(shí)現(xiàn)網(wǎng)盤(pán)高可靠云存儲(chǔ)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

本系統(tǒng)將文件分片編碼，散布到不同的云存儲(chǔ)提供商的網(wǎng)盤(pán)中。文件分片解決了廠商鎖定的風(fēng)險(xiǎn)；帶有容錯(cuò)能力的非系統(tǒng)編碼，保證系統(tǒng)的可靠性、數(shù)據(jù)保密性。對(duì)文件片散列運(yùn)算作為校驗(yàn)和，判斷文件是否被修改，保證數(shù)據(jù)完整性。使用元數(shù)據(jù)來(lái)記錄文件散布信息和目錄結(jié)構(gòu)信息，元數(shù)據(jù)則通過(guò)AES加密算法進(jìn)行加密，并用多副本策略散布到不同的網(wǎng)盤(pán)上，加密保證了元數(shù)據(jù)的保密性，多副本實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)一致性。

3.2設(shè)計(jì)云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)主要分為4層，由下到上分別為網(wǎng)絡(luò)層、接口層、系統(tǒng)層和用戶層，層級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)層：一方面接收上層接口層的表單數(shù)據(jù)，然后使用HTTP協(xié)議通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給云存儲(chǔ)服務(wù)器；另一方面獲取服務(wù)器響應(yīng)，并將響應(yīng)信息交付給接口層。

接口層：該層主要負(fù)責(zé)按照文件編碼要求的數(shù)據(jù)組織格式，對(duì)系統(tǒng)層數(shù)據(jù)進(jìn)行管理組織，組織好表單后交付給網(wǎng)絡(luò)層；同時(shí)，等待底層網(wǎng)絡(luò)層發(fā)來(lái)的各種響應(yīng)，并解析響應(yīng)信息，將解析結(jié)果交付給上層系統(tǒng)層，待系統(tǒng)層去判斷與處理。

系統(tǒng)層：主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)用戶對(duì)本系統(tǒng)軟件進(jìn)行授權(quán)訪問(wèn)，負(fù)責(zé)對(duì)下層目錄樹(shù)管理模塊、文件管理模塊和元數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，以實(shí)現(xiàn)用戶操作請(qǐng)求和保證模塊間的一致性。

用戶層：負(fù)責(zé)接收用戶文件上傳、下載、刪除、創(chuàng)建目錄等請(qǐng)求，并將請(qǐng)求信息交付給系統(tǒng)層。同時(shí)，又會(huì)接收來(lái)自系統(tǒng)層的處理結(jié)果，最后以界面的形式將結(jié)果展示給用戶。

3.3設(shè)計(jì)云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)核心層

系統(tǒng)核心層由授權(quán)認(rèn)證單元、令牌管理單元和操作處理單元3部分組成。圖2展示了該層的模塊結(jié)構(gòu)和功能。

授權(quán)認(rèn)證單元主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)用戶對(duì)本系統(tǒng)軟件進(jìn)行OAuth標(biāo)準(zhǔn)授權(quán)，授權(quán)本系統(tǒng)軟件可以訪問(wèn)用戶存儲(chǔ)在網(wǎng)盤(pán)上的資源。

令牌管理單元負(fù)責(zé)對(duì)各網(wǎng)盤(pán)廠商提供的令牌進(jìn)行管理，保證令牌的安全和長(zhǎng)期有效。

操作處理單元負(fù)責(zé)對(duì)下層目錄樹(shù)管理模塊、文件管理模塊和元數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，以實(shí)現(xiàn)用戶操作請(qǐng)求和保證模塊間的一致性。

4實(shí)驗(yàn)測(cè)試

本系統(tǒng)利用本院云計(jì)算技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，使用實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的云節(jié)點(diǎn)服務(wù)器搭建云存儲(chǔ)服務(wù)器，測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)合理可行。本系統(tǒng)依托柳州市登峰科技公司的云服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)載測(cè)試和壓力測(cè)試，檢驗(yàn)系統(tǒng)安全性、可靠性達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用的需求。