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1、UCloud云存储技术方案随着无人驾驶、机器人送餐等人工智能（AI）应用逐渐进入大众生活，再加上资本热潮的助推，AI的发展 备受瞩目。然而，要真正实现AI从概念到落地，还必须具备足够的数据、足够的计算能力和足够的行业应 用三个条件，而云计算恰好能满足这些要求。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
2、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UFile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UFile存储架构六大集群1）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；2）接入层提供文件访问服务
3、，该模块为无状态设计，因此可以平行扩容及缩容；3）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；4）存储层是实际存储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；5）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；6）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
4、容灾剔除。重点设计解析UFile索引层设计UFile索引层为一套分布式KV存储系统，其主要目标是保证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：1）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；2）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，。（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
5、，保障业务不断增长情况下的高性能稳定访问支持。UFile存储层设计存储层包括三种类型模块集群：1 )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(99.99999999% );2 ) 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；3 )OsdMaster，该模块每个Set
6、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，及时剔除异常磁盘。UFile存储路由算法设计FileData &4MB) Data_l(4MB)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。第一步，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
7、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 分配一个单集群内部唯一的对象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
8、群提供服务，从而保证UFile读写的高可用性。UFile功能优势海量存储存储空间无上限，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。高并发支持高并发访问，突破传统磁盘【/。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。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
9、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7UFile如何实现高可靠及高可用特性。
