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1、 UCLoud 中国云三强: 云存储技术解析:对象存储服务器,分布式存储架构当下,AI 正与云计算进行深度融合,未来会变得更加智能,但在智能化的背后是对海量数据存储的刚性需求。据不完全统计,单是一辆无人驾驶汽车每秒产生的数据容量就在 1G左右,相当于每秒发送 20 万封纯文本电子邮件或上传 100 张高清数码照片。因此,没有大容量和超稳定的存储系统,这一切都将无从谈起。无存储,不智能。为了更加清晰的了解云存储技术的实现过程,UCloud 存储研发部将对云存储对象存储(UFile)技术进行深度解析。 对象存储对象存储 UFile 概念概念对象存储(UFile)是为互联网应用提供非结构化文件存储的
2、服务;相对于传统硬盘存储,UFile 具有存储无上限、支持高并发访问、成本更低等优势;解决业务架构的文件存储问题,有效降低海量文件的存储成本,支持热点数据的高并发访问,提升终端用户访问体验。单地域单地域 UFile 存储架构六大集群存储架构六大集群ULB(UCloud Load Balancer) 实现外网的对接及接入层的负载均衡与容灾处理,该模块通 过定期向接入层模块端口发送心跳以检测接入层模块的可用性,发现异常模块及时进行剔 除;接入层提供文件访问服务,该模块为无状态设计,因此可以平行扩容及缩容;索引层保存文件对象的元数据信息,包括对象名称、对象大小、创建时间、存储位置等;存储层是实际存储
3、文件数据的模块集群,主要实现文件数据的多份分布及高可靠存储;数据处理层主要实现 UFile 图片及数据处理,包括图片的实时裁剪、缩放、旋转、水印、 格式转换、信息获取等操作,客户还可以使用自己的通用计算镜像对数据进行处理;名字服务主要实现索引层及数据处理层模块的容灾剔除,以上 3 个集群的模块会定期在名 字服务注册自身服务,当其中有部分模块因机器异常或者网络中断导致无法提供服务时, 名字服务会将该机器从名字中剔除,并且通知接入层,从而实现后台模块的容灾剔除。 重点设计解析重点设计解析UCLoud 中国云三强: UFile 索引层设计索引层设计 UFile 索引层为一套分布式 KV 存储系统,其
4、主要目标是保证 UFile 对象元数据的高性能、 高可靠、高可用及可扩展的存储,其主要分成两层架构:索引接入集群解决索引存储集群的管理及元数据的分布,这一层模块为无状态设计,通过 名字服务实现异常状态的容灾剔除;索引存储集群实现对象元数据的分布式存储,每个对象元数据将存储 3 份,保证数据的可 靠性及高可用性,同时对象存储采用 SSD(固态硬盘)作为存储介质,也保证了元数据存 储的高并发低延时访问特性。另外,该模块采用固定集群规模的方式进行管理,每个集群 支撑的存储量、访问量固定,存储可实现以集群为单位的水平扩容,保障业务不断增长情 况下的高性能稳定访问支持。UFile 存储层设计存储层设计U
5、CLoud 中国云三强: 存储层包括三种类型模块集群:存储节点,该模块按照固定大小的集群(称为“Set”)进行组织和管理,每个集群支撑的存 储量及访问量规格固定,同时该模块可根据存储量需求横向进行无限扩展,从而满足客户 无存储量上限的数据存储需求。每个对象数据在存储层存储三份数据,通过对异常情况的 及时处理和坏盘的及时修复,保证数据极高的可靠性;SetMaster,该模块进行 Set 状态的管理,接入集群通过 SetMaster 决定上传对象数据的 存储集群,并执行数据的存储操作;OsdMaster,该模块每个 Set 有一套,实现 Set 内部的存储路由管理,并对各块磁盘的状 态进行监控,及
6、时剔除异常磁盘。UFile 存储路由算法设计存储路由算法设计 UFile 存储集群采用去中心化设计,数据存储采用固定的路由算法进行存储,由于存储集 群的规模为固定,因此路由表也为固定,这就保证了存储系统的简单性及稳定性。下面详 细介绍 UFile 数据存储层的路由算法设计。 一步,在存储集群上线时,每个集群的 OsdMaster 将磁盘信息进行组织,生成一个存储路 由表,该路由表的每个项目对应 3 块分布在不同机架及存储机器上的磁盘,对象数据将按 照路由表指定的位置进行存储。 第二步,每个存储在 UFile 上的对象数据将被切分成若干个 4MB 的数据块,称为分片。 UFile 为每个对象分配
7、一个单集群内部的对象 ID,对象 ID 与分片编号拼接获得分片 ID, 通过字符串哈希算法获得哈希值,并在路由表中找到该分片存储的 3 块磁盘位置,由 UFile 接入模块将该分片数据提交到 3 块磁盘上。 第三步,当单块磁盘出现异常时,OsdMaster 会发现这一情况,并将该磁盘标记为异常状 态,当接入层写入此数据时,会只写入两份数据,待磁盘修复后,再从这两份数据中拷贝 一份数据到已修复磁盘,恢复数据的多份高可靠存储。在出现一个哈希表项中有 2 块磁盘 不可使用的情况时,为保证数据安全性,该存储集群将不允许写入操作,写入操作会被切 换到其他集群提供服务,从而保证 UFile 读写的高可用性
8、。 UFile 功能优势功能优势 海量存储海量存储UCLoud 中国云三强: 存储空间无上限,无需考虑存储空间扩容问题,单文件最大支持 5TB,适用于音视频、图 片分享等 UGC 类应用海量文件存储。 高并发高并发 支持高并发访问,突破传统磁盘 I/O 限制,满足高访问量及高下载量业务需求,适用于高 下载量、高访问量应用文件的存储。 访问加速访问加速 存储文件结合 CDN 分发加速,国内外 500+加速节点,有效降低访问延迟,提高下载速度, 提升全网终端用户的访问体验。 安全可用安全可用 所存文件保存三份副本,分布存储于不同存储集群,即使单份数据损坏也不影响存储文件 的可用性,同时保证文件安全
9、。 内容保护内容保护 可通过身份验证机制及防盗链设置控制终端用户访问权限,避免因内容被盗用产生的版权 损失和恶意访问的流量消耗。 图片处理图片处理 提供图片处理服务,支持图片缩放、剪裁、添加水印等功能,并提供多种尺寸设置,满足 移动端、PC 端等多终端访问需求。 更低成本更低成本 存储单价仅为云硬盘的 1/2,下载由 CDN 分发,降低存储及网络成本,按实际使用量计费, 无存储及带宽资源闲置浪费。 开发支持开发支持 完备的 API 接口及 SDK 开发包支持,适合多种语言,与原有业务无缝结合,能够极大缩 短开发周期,帮助业务快速上线。 总结总结 在大量企业对数据存储需求强劲的背景下,UCloud 对象存储系统应运而生。本文通过介 绍 UFile 产品、底层文件存储系统实现细节、功能优势,分析了 UFile 如何实现高可靠及 高可用特性。从云存储技术出发,UCloud 助力各领域企业更高效、更智能地探索数据价 值。