基于NAS的办公共享系统设计与实现_羡小龙.pdf

2023.6电脑编程技巧与维护1概述对于规模为几百人的单位来说，人员基数大，部门划分较多，员工之间日常办公在线传输文件时，使用怎样的传输方式才能将使电子资料及时、安全地传递给对方，以便提升办公效率，是一个迫切需要解决的问题。以中国气象局气象干部培训学院（以下简称干部学院）为例，阐述办公共享系统的设计及应用情况。2需求分析2.1及时性对于需要及时传递的数据资料，一般会使用微信、QQ等通信软件进行传输。但是，传递数据大小达到GB级别的资料时会极大地影响传输时间，降低办公效率，并且还会占用单位互联网总出口带宽，造成网络拥塞，对整体办公网络造成影响。2.2安全性首先，网络的安全性，要保证数据在传输过程中不受到外部网络攻击的干扰，避免数据被窃取甚至丢失；其次，数据的可靠性，员工在传输资料时，因为资料过大、传输时间长，所以经常会遇到瞬间网络中断、下载后数据格式被破坏等情况，导致重新传输。因此，在数据可靠性方面，传统传输方式难以保证收到数据的完整性。2.3共享性在很多情况下，文档需要多人共享，并不局限于一对一传输，甚至还需要多人在线编辑，因此传统传输方式就显得更加繁琐，尤其是离线传输方式，并不能通过一次性传输达到目的，事倍功半。资料共享性是提升办公效率的一个基本需求。3办公共享系统设计3.1NAS 概述NAS是在存储设备（例如，磁盘阵列等）中配置文件系统，形成一体化的专用文件存储设备，通过互联网为用户提供网络存储服务。通过同一台远程部署的计算机或服务器，将设备中的硬盘通过网络共享给网络用户或其他服务器，在传输资料时，通过访问NAS的IP地址，即可挂载到NAS设备的硬盘，在指定文件中上传和下载文件资料。3.2系统功能共享系统主要面向使用Windows系统的终端用户，让员工在个人计算机（PC）上能找到网络中的共享网盘，并访问其中的共享文件夹进行数据共享。首先根据员工的业务需求，对不同部门、不同业务进行功能划分，并为每个功能提供不同容量的存储空间。干部学院主要承担国家级气象干部培训工作，主要业务为面授培训、网络培训、在线考试、视频直播及教务管理等一系列流程工作，共有6个培训部门、4个职能部门和3个保障部门。在员工日常工作时，除了传输工作文档、资料包等资源，对培训原始课件相关数据资源的存储属于干部学院员工独有的存储需求。按照业务需求划分，办公共享系统资源分配表如表1所示。作者简介：羡小龙（1989），男，工程师，研究方向为云计算、网络安全等；陈锐（1983），男，高级工程师，研究方向为信息系统建设；何华军（1971），男，高级工程师，研究方向为信息系统建设；梁心航（1991），男，工程师，研究方向为信息网络安全。基于 NAS 的办公共享系统设计与实现羡小龙，陈锐，何华军，梁心航（中国气象局气象干部培训学院，北京100081）摘要：网络附属存储（NAS）设备主要为服务器及终端提供数据网络存储服务。在员工日常办公中，办公资料及资源共享经常由于网速、地理位置等成为提高办公效率的瓶颈。对于中小型业务单位来说，根据业务需求设计功能规划，并通过 NAS 及相关网络设备建设办公共享系统，既能解决资源共享困难的问题，也能保证数据安全，整体提升单位办公效率。关键词：网络附属存储（NAS）；资源共享；数据传输功能用户分类分配存储容量（TB）原始课件资源存储培训部门40在线考试管理数据存储培训部门10各部门临时数据交换所有部门10预留技术保障部门10总计/70表1办公共享系统资源分配表20DOI:10.16184/prg.2023.06.0052023.6电脑编程技巧与维护如表1所示，办公共享系统整体可用存储空间约为70TB。具体分配情况如下。（1）对于业务运行中占用存储需求最多的原始课件资源，分配40TB的空间，用于长期保存培训课件。（2）鉴于每12年会举办全国性的气象专业在线考试，故将10TB空间分配出来进行在线考试后台管理数据存储支撑，以上两部分存储资源分配给培训部门专门使用。（3）分配10 TB空间，用于各部门办公期间临时数据交换，即网络共享云盘功能，解决数据传输难的问题，为干部学院所有用户服务。（4）留出10TB空间，由技术保障部门灵活掌握，用于各部分功能的临时补缺。3.3系统架构办公共享系统部署于干部学院内网办公区，通过光纤与单位核心交换网络相连，办公共享系统网络拓扑图，如图1所示。办公共享系统主要由NAS设备和网络交换机组成，整体网络架构为“核心+接入”二层架构，不同业务组通过不同VLAN进行逻辑隔离。NAS设备和用户终端均部署于二层接入交换机下，其中NAS设备和服务器组、上下层交换机之间通过光纤以“一主一备”的模式实现互联，同层网络交换机之间做虚拟化部署，为数据传输的速率和可靠性提供有力支撑。NAS设备分别由1台2U的机头和1台4U的扩展柜组成，两台设备间使用IB线缆连接组建存储池，NAS系统存储架构如图2所示。共享系统一共建设3个存储池，根据存储介质和功能的不同，在存储层面划分为两种类型，分别是2个性能层存储资源池和1个容量层存储资源池。机头部分主要功能为NAS操作系统部署和运维管理员专用数据存储，为性能层提供支撑。配置600GB和1.2TB的SAS硬盘各4块，建设2个性能层存储池，分别使用RAID5策略进行备份，即在同一型号硬盘中配置一块硬盘作为热备盘，硬盘利用率可达到75%。扩展柜部分主要负责为用户提供办公共享系统，为容量层提供支撑，配置24块4 TB NL-SAS硬盘，建设1个容量层存储池，使用RAID 6策略进行数据备 份，磁 盘 利 用 率 可 达 到92%，可保证在2块硬盘同时出现故障时系统正常运行，相比于RAID 5，其数据安全性得到进一步提升。根据3个功能、性能不同的存储池，分别建立3个文件系统，根据业务需求设置文件系统的块文件大小，可配置的单个块文件标准如下。（1）4 kB：文件系统中绝大部分文件小于100 kB。（2）8kB：文件系统中绝大部分文件属于100kB1MB。（3）16 kB：文件系统中绝大部分文件属于1100MB。（4）32 kB：文件系统中绝大部分文件属于100MB1GB。（5）64 kB：文件系统中绝大部分文件大于1GB时。正常情况下，文本文档普遍小于100 MB，课件资源大于100 MB、小于1 GB，而视频课件资源则大于1 GB。虽然占用大部分存储资源的是原始课件，但文件数量最多的是文档资源。鉴于实际情况，共享系统选择16 kB作为基本数据存储块文件的标准。文 件 共 享 层 面 使 用 通 用 因 特 网 文 件 系 统 协 议（CIFS），全部针对Windows用户提供共享存储资源。相比于传统数据共享使用的NFS协议，CIFS协议不需要单独安装客户端，可以在操作系统层面实现共享，具备更好的灵活性和稳定性，主要具备以下特点。（1）允许多个客户访问，更新同一个文件，同时可防止复杂的文件共享和文件加锁导致的冲突，允许缓存和预读滞后写，并且保证一致性。图1办公共享系统网络拓扑图图2NAS系统存储架构双绞线光纤三层交换机二层交换机NAS设备服务器组用户组SAS 400GBNL-SAS 4TB共享目录Windows共享文件Windows共享文件Windows共享文件共享协议CIFS文件系统文件系统文件系统文件系统数据区数据区数据区存储池热备区热备区热备区硬盘域性能层容量层性能层硬盘SAS 1.2TB212023.6电脑编程技巧与维护文件系统-平均读OPS响应时间单位：s采样间隔（秒）：s文件系统-写带宽单位：KB/s采样间隔（秒）：s10.80.60.40.2010:25:3410:26:0310:26:3210:27:0210:27:3110:28:0010:28:3010:28:5910:29:29文件系统-读带宽文件系统-平均写OPS响应时间单位：s采样间隔（秒）：s单位：MB/s采样间隔（秒）：s1512963010:25:3410:26:0310:26:3210:27:0210:27:3110:28:0010:28:3010:28:5910:29:2910.80.60.40.2010:25:3410:26:0310:26:3210:27:0210:27:3110:28:0010:28:3010:28:5910:29:291000800600400200010:25:3410:26:0310:26:3210:27:0210:27:3110:28:0010:28:3010:28:5910:29:29文件系统-平均读OPS响应时间文件系统-写带宽单位：MB/s采样间隔（秒）：s108642010:05:3410:06:0310:06:3210:07:0210:07:3110:08:0010:08:3010:08:5910:09:29文件系统-读带宽文件系统-平均写OPS响应时间单位：ms采样间隔（秒）：s10:05:3410:06:0310:06:3210:07:0210:07:3110:08:0010:08:3010:08:5910:09:29单位：MB/s采样间隔（秒）：s1086420单位：ms采样间隔（秒）：s2.521.510.5010:05:3410:06:0310:06:3210:07:0210:07:3110:08:0010:08:3010:08:5910:09:292.521.510.5010:05:3410:06:0310:06:3210:07:0210:07:3110:08:0010:08:3010:08:5910:09:29（2）客户端可以自动重连，打开因故障中断前的文件。（3）能够支持匿名传输和使用更安全的身份认证文件访问，文件管理方面更便捷。通过文件系统的建设，用户在共享资料时能以功能为单位，建立不同权限的账号，访问不同功能的共享网盘；对于面向全体员工的存储资源，可以统一建立一个公用账号进行访问。共享系统可以面向多用户同时访问进行在线编辑，并且因为属于内网环境，在保证传输效率的同时，安全性也得到进一步提升。4建设情况4.1应用情况办公共享系统正式投入使用以来，干部学院约有300名员工在日常工作中使用办公共享系统进行资料分析与交换。在传递软件安装包、教学视频等资料时，已不再依赖即时通信软件和离线传输功能。办公共享系统起到了内部网络云盘的关键作用，不仅保证了数据传输的安全，也有效地缓解了内网带宽资源紧张的问题。现共享系统已使用存储总容量的70%，约占50TB空间，其中,课件资源占已使用资源的40%，员工临时共享资源占已使用资源的30%，其余资源占30%。在已用存储量中，大部分为历史离线数据累计存储形成的，投入使用后的2年内数据增长量约为10TB。根据上述增长情况预计，未来3年内办公共享系统可有效满足员工数据存储需求。4.2性能效果为测试日常办公情况下办公共享系统性能，在保证不影响办公的情况下，在工作日用指定文件的写入和读取进行测试。采用的测试文件大小为4.6GB，分别采用单独写入、单独读取及同时读取3个实验，对终端与办公共享系统间的数据读写进行测试。主要监控对象是为用户提供服务的容量层存储池，监控指标分别为写带宽、读带宽、平均写OPS响应时间及平均读OPS响应时间。单独写入时的性能情况，如图3所示。在只上传数据的情况下，写入带宽约为11 MB/s，平均写OPS时间保持在1 ms以内，读带宽和读OPS时间较短，基本可以忽略。可以看出，数据上传速率和平均响应时间相对稳定，单独写入时的带宽及响应时间得到了保证。单独读取时的性能情况，如图4所示。在只下载数据的情况下，与写入时情况相同，读取带宽约为11MB/s，平均读OPS时间约在1000 s（1ms）以内，写带宽和平均写OPS可忽略不计。从图3和图4可看出，共享系统在数据单独上传和下载时，性能均可得到保证。数据同时读写的性能情况，如图5所示。可以看出，当同时进行数据上传和下载时，系统的写带宽和读带宽速率分别下降到接近原来的一半（约6MB/s），由此可知受网络设备端口速率、各节点等相关因素影响，整体读写带宽仍有瓶颈，最高只能达到12MB/s。可针对各网络节点，进一步提升数据传输性能，但办公共享系统平均读/写OPS响应时间均保持在1ms以内，稳定性仍可被认为达到要求。图4单独读取性能情况图5同时读写性能情况图3单独写入性能情况文件系统-写带宽单位：MB/s采样间隔（秒）：s1512963010:17:4910:18:1810:18:4710:19:1710:19:4610:20:1510:20:4510:21:1410:21:44文件系统-读带宽文件系统-平均写OPS响应时间文件系统-平均读OPS响应时间单位：KB/s采样间隔（秒）：s1512963010:17:4910:18:1810:18:4710:19:1710:19:4610:20:1510:20:4510:21:1410:21:44单位：ms采样间隔（秒）：s2.521.510.5010:17:4910:18:1810:18:4710:19:1710:19:4610:20:1510:20:4510:21:1410:21:4420161284010:17:4910:18:1810:18:4710:19:1710:19:4610:20:1510:20:4510:21:1410:21:44单位：ms采样间隔（秒）：s222023.6电脑编程技巧与维护while(fis.read(r)=0)fis.close();（2）将字节流写入分布式文件。具体代码如下：File file=context.getDistributedDir();String sfd=file+File.separator+文件名;FileOutputStream fos=new FileOutputStream(sfd);fos.write(r);fos.flush();fos.close();6.2以字符流的方式写入分布式文件File distDir=context.getDistributedDir();String sfd=distDir+File.separator+文件名;SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat(yyyy年MM月dd日hh时mm分ss秒);String s=tf1.getText()+n时间：+sdf.format(newDate().getTime();FileWriter fw=new FileWriter(sfd,true);fw.write(str);fw.close();6.3以字符流的方式读取分布式文件File distDir=context.getDistributedDir();String sfd=distDir+File.separator+文件名;FileReader fr=new FileReader(sfd);char r=new char1024;fr.read(r);fr.close();tf1.setText(new String(r,UTF-8);6.4应用程序运行结果该程序界面基于Java UI构建，用Text组件体现信息，用TextField组件编辑文本，用3个Button组件完成文件复制、写入、读取的操作，在按钮点击事件中使用上述代码。程序在华为P50中的运行结果如图2所示。通过测试，该程序运行正确，完成了一个简单的分布式文件操作模型，为设备协同分布式文件服务的应用开发提供了参考。7结语经过商业化和市场化应用，HarmonyOS得到持续发展与优化，相关生态建设逐步完善，基于HarmonyOS的手机、平板、智能穿戴、智慧屏、车机等设备的市场越来越广阔。HarmonyOS通过分布式设计形成1+8+N的全场景业务能力，提升消费者在智慧生活、智慧家庭、智慧办公等场景下的体验，构建牢固的终端消费者生态系统。参考文献1王勐,周轩宇,侯晓东,等.关于分布式文件系统的技术分析J.中国新通信,2020(8):32-33.2王洋，刘星，须成忠，等.大规模分布式文件系统元数据管理综述J.集成技术，2016(2):57-72.3郑小燕.分布式文件系统中元数据管理策略J.电子技术与软件工程,2018(3):192-193.4陈美汝,郑森文,武延军,等.鸿蒙操作系统应用开发实践M.北京:清华大学出版社,2021.复制文件写入文件读取文件图2运行结果5结语办公共享系统的建设在现阶段一定程度上解决了干部学院资料共享及资源存储困难的问题，然而由于网络环境中某些节点的带宽尚未得到提升，例如，上下层交换机之间虽然使用光纤连接，但因为交换机设备只配有千兆光口，所以传输速率仍存在瓶颈，无法进一步提升共享系统的性能。将针对整体办公网络环境进行升级，达到上下层间全万兆交换，并对办公共享系统存储容量进行扩充，提升资料共享的用户体验及员工日常办公效率。参考文献1韩同欣,丁建元.基于云盘技术的文档数据共享系统设计J.中国科技信息,2014(21):91-92.2苏一丹,李桂,顾新一.基于NAS的中小型企业网络 存 储 解 决 方 案J.计 算 机 系 统 应 用,2003(12):73-75.3陈小微,刘波永.基于NAS的机房网络存储系统微探J.数字技术与应用,2010(4):21-22.4尚涛.CIFS(Common Internet File System)文件协议的分析与实现D.上海:上海交通大学,2001.(上接第19页)23