基于校園網(wǎng)的高校云存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張亮　趙妍

摘要：本文主要對高校私有云存儲系統(tǒng)的背景、需求和技術(shù)進(jìn)行了介紹，結(jié)合本院的實(shí)際需求給出了高校云盤系統(tǒng)的邏輯構(gòu)架和拓?fù)錁?gòu)架，然后給出了校園云盤系統(tǒng)的詳細(xì)功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，最后探討了高校云盤系統(tǒng)的關(guān)鍵問題和解決思路。

關(guān)鍵詞：云存儲;網(wǎng)盤;私有云;HDFS

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：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 緒論

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的不斷發(fā)展促使著各高職院校的信息化水平，早期高職院校的信息化建設(shè)主要是底層硬件和網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，但隨著師生對信息化功能需求的提升，如今高職院校的信息化建設(shè)組件轉(zhuǎn)移到上層的系統(tǒng)平臺系統(tǒng)的建設(shè)以及教學(xué)數(shù)據(jù)資源的建設(shè)，新時(shí)期高職院校的信息化建設(shè)主要以內(nèi)容和服務(wù)的建設(shè)為主，而內(nèi)容的建設(shè)又是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)和核心，高職院校的數(shù)據(jù)建設(shè)涉及教學(xué)，科研以及管理等部門，并且數(shù)據(jù)的建設(shè)是一個(gè)逐漸積累的過程，只有長時(shí)間的積累和沉淀，才能逐漸形成真正體現(xiàn)學(xué)校特色和特質(zhì)的校本資源。當(dāng)前學(xué)院的數(shù)據(jù)來源非常復(fù)雜，形式多種多樣，包括教師的電子教學(xué)資源科研課題資源、學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄資料和個(gè)人積累的學(xué)習(xí)資料、行政部門的辦公資料以及一些公共公開的資源資料甚至包含一些學(xué)習(xí)內(nèi)部的保密關(guān)鍵資料數(shù)據(jù)等等。所以高職院校急需一套私有云存儲系統(tǒng)來管理這些數(shù)據(jù)資料。

2 系統(tǒng)需求

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，云存儲成為一種新型的數(shù)據(jù)存儲解決方案。國外成熟的云存儲廠商和產(chǎn)品主要有微軟的Azure，IMB的“藍(lán)云”，亞馬遜的S3（簡單存儲服務(wù)），國內(nèi)也有一些成熟的云存儲產(chǎn)品，比如阿里云的OSS，百度的百度網(wǎng)盤，360公司的360網(wǎng)盤，騰訊的微云等等。這些云存儲產(chǎn)品在可靠性，安全性和易用性方面都得到了很好的拓展，也能讓用戶在不同的設(shè)備終端上方便地訪問云上的文件，讓越來越多的普通用戶體驗(yàn)到了云存儲的功能與便利。

而目前的高校校園網(wǎng)還不能將互聯(lián)網(wǎng)中的云存儲系統(tǒng)直接在校園中推廣主要有以下四方面原因：

1）外網(wǎng)帶寬限制，高職院校的外網(wǎng)一般接入的有教育網(wǎng)，移動聯(lián)通電信等商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，受到經(jīng)費(fèi)限制，外網(wǎng)的出口帶寬遠(yuǎn)低于校園網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)速，造成高校師生在校園網(wǎng)內(nèi)訪問外網(wǎng)的云存儲系統(tǒng)會有速度上的影響。

2）受知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的制約，公網(wǎng)上的商業(yè)云存儲平臺受知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，而高校的很多資料有些事僅授權(quán)教育教學(xué)使用的，一旦上傳到外網(wǎng)的云平臺上，會有泄露知識產(chǎn)權(quán)資料的風(fēng)險(xiǎn)，因此在數(shù)據(jù)公開共享上會受到很大的限制。

3）數(shù)據(jù)安全無法保障，數(shù)據(jù)安全主要是兩方面：一是云平臺自身運(yùn)營方面的，云平臺由于自身的資金和運(yùn)營的因素很多無法一直運(yùn)營下去，導(dǎo)致很多知名的云平臺倒閉或者停止服務(wù)。二是網(wǎng)絡(luò)由于云平臺缺乏主管單位的監(jiān)管力度，導(dǎo)致存儲在平臺上得學(xué)院內(nèi)部資料的安全性不是可控的。

4）平臺使用資金昂貴，商業(yè)存儲平臺由于需要自身運(yùn)營，往往需要會對使用者收取昂貴的使用費(fèi)用，即使有免費(fèi)的平臺但是也僅僅是適用于個(gè)人，并且在速度和空間上有諸多的限制。

鑒于以上的限制，各高校開始探究建設(shè)自己的私有云存儲系統(tǒng)，例如北京師范大學(xué)的“師大云盤”，中央財(cái)經(jīng)大學(xué)也建設(shè)了自己的云存儲網(wǎng)盤系統(tǒng)，這些私有云網(wǎng)盤系統(tǒng)主要解決高校文檔統(tǒng)一管理，文檔在線協(xié)作，保護(hù)知識財(cái)產(chǎn)等方面的需求。其他高校也急需結(jié)合本校的實(shí)際情況建設(shè)自己的高校私有云存儲系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)構(gòu)架

高校云存儲系統(tǒng)以高速的校園網(wǎng)為依托，集成底層硬件服務(wù)器和云存儲基礎(chǔ)構(gòu)架產(chǎn)品，整合了數(shù)據(jù)存儲、基礎(chǔ)服務(wù)管理、應(yīng)用程序接口、多端訪問等等功能模塊、詳細(xì)的邏輯架構(gòu)圖如圖1所示：

對外支持多種終端訪問方式，不僅可以提供面向個(gè)人云存儲應(yīng)用產(chǎn)品易用美觀的客戶端以及文件共享功能，還著力打造了私有云存儲服務(wù)所需要的數(shù)據(jù)私有化，數(shù)據(jù)高速傳輸、系統(tǒng)全冗余、數(shù)據(jù)高可用、負(fù)載均衡以數(shù)據(jù)傳輸存儲加密等高級功能特性，并可以按照高校用戶的組織架構(gòu)進(jìn)行文檔分發(fā)共享的控制管理功能。

4 應(yīng)用功能設(shè)計(jì)

如圖2所示，高校的私有云存儲系統(tǒng)應(yīng)該是為高校的師生量身定制的文件管理平臺，要具備傳統(tǒng)FTP、文件服務(wù)器系統(tǒng)的功能，做到數(shù)據(jù)更安全、管理更方便、工作更愉快。包括個(gè)人私有網(wǎng)盤、校園公共網(wǎng)盤、收發(fā)文件（教師之間收發(fā)備課課件、師生之間收發(fā)作業(yè)）、PC客戶端（自動備份與同步）、移動端（移動分享查閱）、用戶管理與授權(quán)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與備份等功能模塊。提供了對云盤文件的瀏覽查看功能、文件的上傳下載功能，文件的移動、分享、刪除等功能。

1）文件（夾）批量上傳：支持上傳文件時(shí)可選擇多個(gè)文件批量上傳，可顯示文件上傳百分比進(jìn)度和上傳文件大小，上傳時(shí)可隨時(shí)刪除未上傳完成的文件;實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前個(gè)人網(wǎng)盤和公共網(wǎng)盤的空間使用情況，批量上傳的同時(shí)支持文件秒傳功能。PC客戶端支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳。上傳文件時(shí)選擇上傳文件夾并選擇本地某個(gè)文件夾，即可創(chuàng)建該文件夾以及里面的所有子文件夾，并同時(shí)批量上傳文件夾中的所有文件，可顯示文件上傳百分比進(jìn)度和上傳文件大小，上傳時(shí)可隨時(shí)刪除未上傳完成的文件。支持多端管理文件，支持多個(gè)文件批量上傳。文件夾拖拽上傳時(shí)也可實(shí)現(xiàn)上傳文件夾中的多個(gè)文件，Web端和PC客戶端都支持拖拽上傳。支持選中多個(gè)文件和文件夾批量打包下載，系統(tǒng)可將選中的文件（夾）打包壓縮成ZIP文件后進(jìn)行下載，以提高下載效率，不限制文件大小和數(shù)量。PC客戶端支持?jǐn)帱c(diǎn)下載。

2）文件（夾）分享、共享：有私密分享和公開分享，輕松進(jìn)行文件及文件夾的分享，讓你的好友和你一起High起來。好友分享時(shí)設(shè)有相應(yīng)的提取碼，只有輸入相應(yīng)的提取碼才能訪問分享的文件，并且分享鏈接地址做了加密處理，有效確保了隱私安全。還可通過手機(jī)瀏覽器或微信掃描分享二維碼，便于手機(jī)查看分享內(nèi)容。個(gè)人私有文件或文件夾可共享到公共文件夾，可選擇共享到多個(gè)文件夾中，可供其他人查看、下載或作為公共資料。

3）回收站：云平臺上不不使用的文件刪除后不會徹底傷處，而是會臨時(shí)存放在回收站的文件夾中，用戶可以在30天內(nèi)還原被刪除的文件，也可以在回收站中徹底的刪除文件。

4）權(quán)限管理：對文件的管理仿照Linux的文件權(quán)限管理方式，對文件的管理細(xì)粒度到單個(gè)文件的讀寫和運(yùn)行，可以對用戶，分組，部門進(jìn)行授權(quán)管理。

5）文件（夾）查找：文件和文件夾的查找，支持名稱的模糊查詢，查詢到文件（夾）時(shí)候可以點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)到該文件原來所在的位置。由于支持了文件（夾）復(fù)制和移動，就會產(chǎn)生一些重復(fù)文件，因此系統(tǒng)支持重復(fù)文件的查找，便于用戶對重復(fù)文件進(jìn)行整理，節(jié)約存儲空間。

6）多媒體文件在線預(yù)覽播放：視頻、文檔在線轉(zhuǎn)碼：提供文檔和視頻在線轉(zhuǎn)碼，文檔轉(zhuǎn)碼是基于MS Office原生轉(zhuǎn)碼策略，保證排版格式不出現(xiàn)亂碼不變形，支持轉(zhuǎn)碼器集群部署、極大提高文件轉(zhuǎn)碼效率。視頻統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼成mp4格式，保障所有終端都可查看此視頻格式文件。上傳的視頻文件后，在線統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼成mp4格式，并且提供在線播放功能，并且兼容IE8/9/10/11 、360瀏覽器、QQ瀏覽器、Firefox、 Chrome等主流瀏覽器，視頻播放支持多種格式并且支持拖動進(jìn)度條播放。音頻格式的文件上傳后，可直接在線聽，比如音樂、英語聽力資料等。swf也支持上傳在線預(yù)覽。對于上傳的Office辦公文檔，支持在線預(yù)覽和文字復(fù)制。在文件夾或圖片庫中可支持圖片翻轉(zhuǎn)特效預(yù)覽，每一張圖片都有圖片標(biāo)題懸浮在圖片上，圖片預(yù)覽支持全屏、縮放和定時(shí)自動輪播特效。音頻格式的文件上傳后，可直接在線聽，比如音樂、聽力資料等。

7）文件秒傳：支持類似百度網(wǎng)盤、360網(wǎng)盤的秒傳功能，上傳文件時(shí)智能識別相同文件時(shí)則無須重復(fù)上傳實(shí)體文件，系統(tǒng)能自動對應(yīng)至同一個(gè)實(shí)體文件，避免網(wǎng)盤中存儲多個(gè)相同文件，實(shí)現(xiàn)智能文件去重功能，有效節(jié)約網(wǎng)盤服務(wù)器磁盤存儲空間。

8）收發(fā)文件：（1）教師之間收發(fā)文件：教師之間收備課教案、教學(xué)論文、教師榮譽(yù)、研修感言、聽課筆記、成績分析報(bào)告等。（2）教師向?qū)W生分發(fā)文件、收文件：教師給班級學(xué)生分發(fā)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，如PPT課件、微課等;收集學(xué)生的作業(yè)（朗讀或背誦課件的音視頻）、作文、美術(shù)作品、手抄報(bào)、獲獎榮譽(yù)等。

9）公共網(wǎng)盤：公共網(wǎng)盤是學(xué)校的一個(gè)公共訪問存儲空間管理云盤，系統(tǒng)管理員可隨意新建和維護(hù)公共網(wǎng)盤文件夾。

10）虛擬目錄：虛擬目錄即模擬傳統(tǒng)FTP服務(wù)器的虛擬目錄原理，可授權(quán)用戶關(guān)聯(lián)多個(gè)公共網(wǎng)盤目錄空間，并可獨(dú)立設(shè)置不同級別的權(quán)限（只讀、讀寫、管理）。可以作為個(gè)人公共網(wǎng)盤根目錄下的子目錄來使用，盡管這些虛擬目錄并不是根目錄真正意義上的子目錄。虛擬目錄是在公共網(wǎng)盤的根目錄下創(chuàng)建一個(gè)子目錄，然后將這個(gè)子目錄映射到個(gè)人公共網(wǎng)盤根目錄中。把公共網(wǎng)盤中某個(gè)文件夾映射到個(gè)人公共網(wǎng)盤根目錄下的某個(gè)虛擬文件夾，并且可以設(shè)置只讀、讀寫、管理三種不同權(quán)限。

11）文件自動歸類：上傳到網(wǎng)盤里的文件，會被自動智能分類，分成圖片、文檔、音頻、視頻、應(yīng)用、其他，方便您的快速查找。

12）右鍵與快捷鍵：網(wǎng)盤支持右鍵功能，包括文件（夾）打開、排序內(nèi)容、選取、列表顯示、上傳文件、新建文件夾、復(fù)制、剪切、共享（至公共網(wǎng)盤）、分享、刪除、重命名、下載、加密、屬性等。

13）文件（夾）加密：可以對云平臺上得文件或者文件夾進(jìn)行加密，一旦經(jīng)過加密的文件或者文件夾在訪問，下載，移動，播放，預(yù)覽的時(shí)候都需要輸入正確的密碼才能進(jìn)行相對應(yīng)的操作。

14）數(shù)據(jù)安全備份：支持?jǐn)?shù)據(jù)庫手動備份與自動定時(shí)備份功能，并可以下載數(shù)據(jù)以防系統(tǒng)故障;提供服務(wù)器Raid技術(shù)或?qū)I(yè)存儲服務(wù)器實(shí)體資源文件定期備份技術(shù)支持。

15）集成調(diào)用：提供集成接口，與第三方應(yīng)用深度集成整合、互聯(lián)互通，第三方應(yīng)用可調(diào)用網(wǎng)盤資源、上傳的資源也可同步到網(wǎng)盤，并支持與第三方統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)用戶同步和單點(diǎn)登錄。

5 關(guān)鍵問題

1）各種硬件的兼容性問題：由于高校再發(fā)展過程中會積累淘汰很多舊的服務(wù)器和存儲設(shè)備，這些都可以用來作為分布式文件存儲的硬件，但是由于學(xué)院淘汰下來的服務(wù)器和存儲設(shè)備的廠商不統(tǒng)一，型號也不統(tǒng)一，新舊程度更不一樣，在進(jìn)行私有存儲系統(tǒng)的搭建過程中會遇到硬件兼容性的問題，有可能影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。解決辦法盡量選擇型號統(tǒng)一的硬件設(shè)備，同時(shí)選擇穩(wěn)定的分布式文件存儲軟件例如Hadoop，來解決硬件不兼容問題以及硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)宕機(jī)問題。

2）網(wǎng)絡(luò)帶寬問題：校園網(wǎng)盤中存儲的大部分都是教學(xué)資源文件，視頻，音頻，電子文檔居多，這些文件都比價(jià)大，在校園內(nèi)因?yàn)檎n程原因，同一時(shí)段可能很多人共同訪問下載，對校園網(wǎng)網(wǎng)速和流量造成很大的壓力，可以通過對不同的資源類型進(jìn)行限定網(wǎng)速，對賬號的類型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)限制，也可以分時(shí)段進(jìn)行網(wǎng)速限制，不過在高速校園網(wǎng)內(nèi)，基本上能滿足師生在資源使用上得網(wǎng)速要求。

3）數(shù)據(jù)安全問題：數(shù)據(jù)存儲在云上，最重要的就是數(shù)據(jù)安全問題，數(shù)據(jù)安全威脅主要來源于自然災(zāi)害，軟硬件故障，計(jì)算機(jī)病毒，黑客入侵，用戶誤操作等，對于自然災(zāi)害和軟硬件可以采取多地系統(tǒng)鏡像方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的鏡像備份，對于計(jì)算機(jī)病毒和黑客入侵的威脅，由于私有云存儲系統(tǒng)安裝部署在學(xué)校的內(nèi)網(wǎng)中，校園網(wǎng)有自己的防火墻，殺毒軟件，入侵檢測系統(tǒng)等一系列的安裝保障措施，基本上可以防備這些因素對數(shù)據(jù)的威脅。

6 總結(jié)

總之，高校建立自己的私有云存儲系統(tǒng)，無疑是未來高校信息化發(fā)展的新方向，本文只是對高校私有云存儲系統(tǒng)的建設(shè)意義，構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究和闡述，如何構(gòu)建各高校符合自己學(xué)校和專業(yè)相符的私有云存儲系統(tǒng)，還需要各私有云平臺的廠商和各高校依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不斷的合作，研究與探討。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯學(xué)亮，陳金燾.私有云存儲助力高校智慧校園建設(shè)[J].中國教育信息化·高教職教，2019（5）：61-63，69. DOI：10.3969/j.issn.1673-8454.2019.05.014.

[2] 黃猛，羅樺，李洪兵.基于Hadoop的高校檔案館私有云存儲平臺的構(gòu)建[J].辦公自動化（綜合版），2015（1）：54-56，29. DOI：10.3969/j.issn.1007-001X.2015.01.015.

[3] 田燎.高等院校大容量數(shù)字資源存儲平臺建設(shè)研究[J].中國信息技術(shù)教育，2020（5）：169-171.

[4] 張峰，李基亮.校園私有云存儲方案的探索[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（Z1）：139-145. DOI：10.3969/j.issn.1000-5641.2015.z1.023.

[5] 姜建峰.基于云存儲的高校資源平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（2）：36-39. DOI：10.16335/j.cnki.issn1672-2604.2018.02.010.

【通聯(lián)編輯：王力】