CN102088487B

CN102088487B - 高密度磁盘的云计算存储服务器

Info

Publication number: CN102088487B
Application number: CN 201010619371
Authority: CN
Inventors: 姚学民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102088487A

Abstract

本发明公开了一种高密度磁盘的云计算存储服务器，由服务器机箱、网络交换/路由系统、NAS控制系统、存储磁盘阵列及电源控制系统组成，其特征在于：NAS主板上安装有SD卡存储磁盘阵列，与其对应的主板背面配备基础NAS控制芯片，芯片上集成网卡芯片和数据安全芯片；服务器加载网络后，基础NAS模块附加内网IP和外网IP端口是通过网络地址分配模块来实现的；存储磁盘附加或断开与电源和网络的连接，与NAS控制系统的连接，与外部计算资源的连接是用户利用数据安全芯片生成的权限，登录和操作基础NAS管理模块来实现的。本发明可适应海量用户进行云存储及云计算，服务器安全又节能，用户享有自由控制私有存储磁盘的权限，数据安全得到提高，使用成本大为降低。

Description

高密度磁盘的云计算存储服务器

【技术领域】

本发明涉及一种应用于云计算的存储服务器，即高密度磁盘的云计算存储服务器。具体地说：是将NAS存储系统中的存储器微型化、高密度集成化配置，并为每个存储器配备独立的基础NAS系统，用户可以在硬件的底层进行管理和使用该存储器，并为该存储器附加云计算资源进行工作。

【背景技术】

NAS存储系统(Network Attached Storage：网络附加存储)已广泛运用于企业和个人家庭的存储服务，目前NAS存储服务器配置的CPU主频达到1Ghz以上，内存也达到1G以上，存储空间可达到20盘位或以上，每盘位可容纳一块容量为2T或以上的硬盘。目前NAS提供的服务有：NFS、CIFS、FTP、HTTP等，这样的配置和服务可以满足大容量存储和共享的需求。

然而，个人用户或企业用户的NAS存储服务器一般放在企业内部或家庭内，其外接的带宽都比较小，外部网络环境进行存储和共享会遇到带宽的瓶颈。如果将NAS存储器放在IDC机房内可以解决带宽问题，但托管费用相对较高。高端企业用户会转向云存储服务商提供的云存储服务。

NAS存储是云存储服务一个解决方案，用户通过NAS的方式，将文件通过磁盘阵列和虚拟卷组的方式，存储在磁盘阵列的某些位置，大量用户的文件同时被存储于一个或多个物理磁盘内，并设置有一定的安全措施来保障该存储的安全。如果云存储的底层操作系统受到攻击，用户的文件还是有可能被盗取，且云存储操作系统的管理员完全可以操作用户的文件，这样，对用户来说，这种云存储还是不够安全。当发生法律纠纷时，大容量的磁盘和磁盘阵列存储了大量用户的文件，较难对单一用户的信息资料确认法律归属。但如果单块物理磁盘的所有权是单一用户，则存储磁盘内的文件所有权就变得非常明确。

从上述可以看出，如果用户单独配置一台NAS存储服务器在IDC机房，则过于浪费。如放在云存储服务器内，又感觉不安全。目前大部分用户和企业的存储需求容量基本在10-100G以内，每个文档的安全级别也并不相同，且大部份文档并不需要365*24小时的使用和共享。

因此，需要一种解决方案，既要有合适的带宽提供给用户进行文件存储和共享，又需要确保用户文件的存储安全。用户将数据存储到其不能自由控制的空间：如IDC(Internet Data Center)机房或其他云计算环境下，其存储数据不能被丢失、非法修改和复制。用户在使用云计算时，也是根据具体任务、在一定时间内加载云计算的计算资源进行工作的，工作完成后除了关闭计算资源外，同样也需要关闭云存储资源。这既是为了安全需要，又可以节省磁盘运行的电源能耗。

总而言之，为了安全和即需即用，用户需要一个自由地附加和关闭云计算和云存储资源的系统。

为了解决多磁盘的存储和存储速度/效率问题，中国发明专利(申请号：CN200610034527.1)公开了一种智能网络磁盘存储系统及其实现方法，通过给磁盘集群分配独立IP地址，给用户提供了一个虚拟化的海量存储系统。但该方案虽然提出给单块磁盘一个独立的IP地址以提高存储效率，但并未解决用户分配物理磁盘资源的问题，并未从硬件底层来解决用户的独立磁盘管理，也没有解决磁盘如何集成化、微型化和服务器节能等问题。

对于用户来说，把企业信息、客户信息等敏感的商业数据或者个人隐私信息存放到云存储服务提供商的手中，必然会考虑数据安全风险的问题。一部分用户会考虑将数据放到一个较为安全的“公共云”内，但用户并不知道文件放在哪个磁盘内，这种未知状态还是会造成用户对云存储的担心。因此，大部分用户还是倾向于自己建立“私有云”的方式，“私有云”同样由服务器、磁盘阵列或NAS存储组成，但配置成本就非常高。

为了满足用户建设独立“私有云”的需求，就需要从降低成本、安全配置与管理的角度出发，具体表现在：用户需要一个或多个私有磁盘，对其进行独立地管理，且用户需要在硬件的最底层对存储磁盘进行安全与管理，如为存储磁盘加载电源、网络、访问权限、云计算资源等；单一磁盘采用NAS存储方式，可以兼容不同的云计算操作系统；海量用户的私有磁盘被高度集成在一台服务器内；云存储服务商只提供基本的电源、网络和服务器基础设施，但不参与对用户磁盘及磁盘内文件的管理。

由此可以看出，存储磁盘可以根据用户自定义需求来决定电源的开关及网络的连接；且磁盘系统高度集成，云存储服务商不能对磁盘进行操作，因此，可以实现云存储服务器和“私有云”系统的海量用户，并实现安全与节能。

【发明内容】

为了满足用户建立“私有云”需求，解决目前云计算、云存储在自由配置及安全管理上的不足，本发明特别提出了一种在1U至4U的标准服务器中的具体配置，可集成海量的私有存储磁盘，并为每块私有磁盘提供一对一的基础NAS系统及安全配置和管理系统，用户进行安全管理与设置后，再附加云计算资源，进行更高级的工作。

具体方法如下：

高密度磁盘的云计算存储服务器，其由服务器机箱、网络交换/路由系统、NAS控制系统、存储磁盘阵列及电源控制系统组成，其中，网络交换/路由系统设有网络地址分配模块，电源控制系统设有电源多点控制模块，加载网络后可以为单一的NAS存储磁盘附加局域网IP和外网IP加端口号，以实现数据的映射与传输；电源控制系统包含电源多点控制模块，用户可以在互联网状态下打开或关闭其所属存储磁盘的电源。其中，NAS控制系统又包括NAS主板、CPU、内存和NAS操作系统模块，并通过主板上的控制线路与存储磁盘阵列、网络交换/路由系统和电源控制系统相连，构成完整的云计算存储服务器，其特征在于：NAS主板是安装在1U服务器底部的，其面积与服务器底部面积一致，NAS控制系统、网络交换/路由系统和电源控制系统是分布在主板尾部区域内的，存储磁盘插槽按阵列形式，均匀、垂直安装于主板上的剩余区域，存储磁盘插槽内可插入SD卡(Secure Digital Memory Card)或SDXC(SD eXtended Capacity)卡，插槽对应的主板背面配备基础NAS控制芯片，芯片同时还集成了网卡芯片和数据安全芯片；当服务器加载网络后，基础NAS模块附加内网IP和外网IP端口是通过网络地址分配模块来实现的；存储磁盘附加或断开与电源和网络的连接，与NAS控制系统的连接，与外部计算资源的连接是用户利用数据安全芯片生成的权限，登录和操作基础NAS模块来实现的。

以上所述的NAS主板和SD卡的安装方式，其总高度恰好处在1U高度的区间内，且SD卡安装时，其平面与服务器的长侧壁平行，安装好的SD卡阵列形成的通风空间正对服务器的两侧底部，底部安装有风扇，可达到散热目的。

这种安装方式可以在1U的空间内配置更多的SD卡，按NAS主板上磁盘阵列有效面积为500*400mm来算，标准SD卡的长宽是32*24mm，厚度为2.1mm。SD卡的间距可以按25*5mm来设置，因此可以计算出，可配置的板载SD卡的张数为：(500/25)*(400/5)＝20*80，即1600张，按目前SD卡的中等容量32G来计算，该台1U服务器的存储总容量能达到51T；按SDXC卡中等容量64G来计算，可以达到102T。

所述的1600张SD卡可以分配给1600个用户同时使用。这种配置使存储磁盘高度集成化，最大程度地利用了1U服务器的空间。

以上所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的服务器机箱是2U尺寸时，存储磁盘的最佳配置为1.8英寸硬盘；3U尺寸时，最佳配置为2.5英寸硬盘；4U尺寸时，最佳配置为3.5英寸硬盘。

通过在不同高度的服务器中选中不同规格的硬盘，可使单台服务器实现海量存储，并能给用户提供单独地管理与使用。

具体配置按以下标准：

1.以本发明所述的主板，其NAS磁盘阵列所占面积为(长边*宽边：500*400mm)计算；

2.SD卡或磁盘的平面与主板长边平行，长边配置数量＝(500/适配间距中的宽度)再取整，宽边配置数量＝(400/适配间距中的厚度)再取整；

3.单存储器容量以目前市场主流存储器容量为准。

较佳配置列表如下：

以上所述的存储磁盘插槽，其对应的主板背面配备基础NAS控制芯片，基础NAS控制芯片包含CPU、RAM和I/O控制系统，同时还集成了网卡芯片和数据安全芯片，同时还包含基础NAS管理模块，其硬件软件统称为基础NAS模块。当服务器加载网络后，通过网络地址分配模块给基础NAS模块附加内网IP和外网IP端口，数据安全芯片第一次运行产生一个初始权限，用户登录到基础NAS管理模块后，修改登录权限，并进行后续的资源附加操作：为该存储磁盘附加或断开与电源和网络的连接，与NAS控制系统的连接，与外部云计算的计算资源的连接。

存储磁盘附加了与电源和网络的连接，用户就可以使用基础的NAS存储功能，在基础NAS管理模块中设置电源/网络管理策略，可以节省电能及网络带宽，并提高数据存储的安全性。

存储磁盘附加NAS控制系统时，用户可以通过它进行更高层次的配置和任务，如加载NAS操作系统，提供http、VPN、数据库服务；加载显示系统，为用户提供远程登录；加载raid，对磁盘进行raid备份。同时，NAS控制系统及周边的CPU、内存资源，其硬件及软件都可以被虚拟化，分配给单一用户或多个用户使用。

NAS控制系统加载了云存储服务商的应用程序，可以对网络交换/路由系统、存储磁盘阵列及电源控制系统进行监控和管理。但NAS控制系统只能对基础NAS芯片进行监控，不能读取和修改数据安全芯片中的权限数据。数据安全芯片第一次运行产生的初始权限传递到网络地址分配模块。网络地址分配模块可以被NAS控制系统管理，NAS控制系统将网络地址分配模块中的相关数据提供给用户，用户通过互联网登录到基础NAS管理模块；NAS控制系统可以根据监控到的用户电源管理策略，管理电源多点控制模块，以达到平衡负载、节省电能的目的。

存储磁盘附加云计算的计算资源后，可以实现云计算的所有工作，并将结果数据保存在存储磁盘内。用户也可以在云计算环境下，在存储磁盘基础权限基础上，在基础NAS管理模块中，设置更多的的访问权限和策略，以满足不同的访问要求和安全。

用户托管的存储磁盘，可以从磁盘插槽中拔出，这将造成磁盘数据被复制。为了防止泄密，以上所述的存储磁盘是一块封装有加密芯片的磁盘。加密磁盘即使被拔出，其中数据也不可能被读取并加以复制，只有磁盘的拥有者授权才能通过其他设备访问。这种方式解决了用户托管磁盘的安全顾虑：在其不能自由控制磁盘的环境下，存储磁盘中数据不会被泄密。

用户从云存储服务商那里得到登录基础NAS管理模块的权限后，可以直接在基础NAS管理模块中进行修改密钥。但这种方式对于存储磁盘来说还是不够安全，为了增加安全性，本发明提出了一种磁盘验证措施，即用户通过基础NAS管理模块，与用户托管的存储磁盘进行密钥验证，基础NAS管理模块的管理权限才能被修改，才能进行后续的资源附加。如果该磁盘被更换存储位置，也还需要对其所属的磁盘重新进行安全验证，才能正常使用该磁盘。

为了达到安全验证，可以采用以下两种方式：

方式一：用户托管的存储磁盘，一般是未加密磁盘，用户可以在磁盘被托管之前，存储一个验证文件，安全验证时，通过数据安全芯片加载一段代码或提交一些数据，在基础NAS管理模块中运行后通过对托管磁盘中这个指定文件的读取，以获取验证。

方式二：磁盘是加密磁盘，数据安全芯片与加密磁盘芯片相连，用户在基础NAS管理模块中，通过数据安全芯片访问磁盘安全芯片进行安全验证，进行验证后才可以修改基础NAS管理模块的管理权限。

从上述可以看出：用户在互联网状态下，通过对基础硬件的设置或调控，无需在高级操作系统环境下，在底层的基础NAS管理模块中就可以控制所有资源，形成一个安全的“私有云”系统。而云存储服务商只提供基本的电源、网络和服务器基础设施，并不参与也不能参与对用户私有磁盘及磁盘内文件的管理与控制。这种“私有云”系统达到了云计算的即需即用和云安全要求。

所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，其所述的基础NAS模块，可将基础NAS芯片中的内存模块，全部或部分映射到存储磁盘的空间内。基础NAS控制芯片包含内存模块，但因本系统的高度集成，内存所占的体积相对较小，容量较低，因此需要将内存模块全部或部分映射到存储磁盘的空间，这相当于在电脑的硬盘中设置缓存，以提高NAS系统的存储速度及使用效率。

以上所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，1台1U的标准服务器中容纳了1000个以上的用户，为了适应网络带宽和数据的I/O请求，可以同时配备多条网线进行接入，并配备相应的交换/路由系统，再由网络地址分配模块分配端口号映射到每个基础NAS模块。

所述的存储磁盘插槽阵列上平行安装带有配套插孔和指示灯的磁盘挡板，通过数据线连接到指示灯控制面板，当操作员在控制面板上输入某个磁盘的位置信息时，该磁盘边的指示灯自动点亮。这种操作方式便于操作员在海量的SD卡阵列中很快找到插槽位。

本发明的技术原理是：用户需要独立的私有磁盘进行存储并加载云计算服务，因此本发明是将私有NAS系统微型化、磁盘标准化，高度集成在一块主板上，并对每块私有NAS芯片加载数据安全芯片，用户就可以单独操作其所属的基础NAS管理模块，在硬件的最底层为存储磁盘附加资源：电源、网络、访问权限、云计算资源等。同时，存储磁盘也被加密，再通过数据安全芯片与用户磁盘进行验证等措施，使得在各个硬件环节中都能保证用户的磁盘数据安全。

本发明的有益效果是：

1、实现了在一台服务器内，允许海量用户进行“私有云”的云存储并附加云计算操作，可以看作是“私有云”的集成；

2、用户能够在最底层对其所属磁盘进行完全控制，确保了用户的数据安全；

3、海量托管的私有磁盘，由云存储服务商统一管理，形成“私有云”内的云存储磁盘系统，用户使用这种“云盘”而无需再建设独立的“私有云”，大大节省成本；

4、用户真正实现云计算的即需即用，既安全又节能。

【附图说明】

图1是云计算存储服务器的结构示意图；

图2是存储磁盘阵列平面示意图；

图3是存储磁盘阵列剖面图；

图中标号说明：

101-服务器机箱；102-网络交换/路由系统；103-NAS控制系统；

104-电源控制系统；105-存储磁盘阵列；201-NAS主板；202-CPU；

203-内存；204-NAS操作系统模块；205-网络地址分配模块；

206-电源控制模块；301-基础NAS控制芯片；302-存储磁盘插槽；

303-磁盘挡板；304-磁盘指示灯；305-指示灯控制面板；

401-电源线；402-网线；403-风扇。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一台1U的标准服务器机箱(101)，其底部安装了NAS主板(201)，主板上有4个系统模块，分别是：网络交换/路由系统(102)、NAS控制系统(103)、电源控制系统(104)和存储磁盘阵列(105)；

其中，

网络交换/路由系统(102)包含了网络地址分配模块(205)；

NAS控制系统(103)包含了CPU(202)、内存(203)、NAS操作系统模块(204)；

电源控制系统(104)包含了电源控制模块(206)；

存储磁盘阵列(105)包含了基础NAS控制芯片(301)、存储磁盘插槽(302)；

存储磁盘阵列(105)的上方还有磁盘挡板(303)，其上面还有磁盘指示灯(304)，并通过数据线与一块指示灯控制面板(305)相连；

风扇(403)分布在标准服务器机箱(101)内，外接电源线(401)、网线(402)。

系统加电和网络后，由网络地址分配模块(205)给基础NAS控制芯片(301)分配局域网IP地址和外网加端口号，用户可通过外网访问基础NAS控制芯片(301)中的基础NAS管理模块，进行磁盘访问配置、安全配置等；

用户可以进行基础的NAS服务：如ftp、NFS、CIFS等；

用户可以加载本台服务器中的NAS操作系统模块(204)，对所属磁盘附加NAS操作系统，完成更多功能，如http、sql、远程登录等功能；或在本地磁盘间进行一般备份和raid备份；

用户可以加载本台服务器外的云计算资源。

云存储服务商可以登入本服务器的操作系统和NAS控制系统(103)，管理网络地址分配模块(205)，在此基础上对用户进行管理和监控。

云存储服务商工作人员打开服务器机箱(101)，通过操作指示灯控制面板(305)，拔出或插入存储磁盘。

用户也可以登陆外部的云计算资源，加载本服务器上的存储磁盘资源。如：

外部云计算的裸机，加载本服务器上的存储磁盘资源：操作系统；

外部云计算的操作系统，加载本服务器上的存储磁盘资源：应用软件和注册表；

外部云计算的应用软件，加载本服务器上的存储磁盘资源：数据库；

外部云计算的应用网页，调用本服务器上的存储磁盘资源：图片和视频。

Claims

1.高密度磁盘的云计算存储服务器，其由服务器机箱、网络交换/路由系统、NAS控制系统、存储磁盘阵列及电源控制系统组成，其中，网络交换/路由系统设有网络地址分配模块，电源控制系统设有电源多点控制模块，NAS控制系统又包括CPU、内存和NAS操作系统模块，并通过主板上的控制线路与存储磁盘阵列、网络交换/路由系统和电源控制系统相连，构成完整的云计算存储服务器，其特征在于：NAS主板是安装在1U服务器底部的，其面积与服务器底部面积一致，NAS控制系统、网络交换/路由系统和电源控制系统是分布在主板尾部区域内的，存储磁盘插槽按阵列形式，均匀、垂直安装于主板上的剩余区域；存储磁盘插槽内可插入SD卡或SDXC卡，插槽对应的主板背面配备基础NAS控制芯片，该芯片同时还集成了网卡芯片和数据安全芯片；当服务器加载网络后，基础NAS模块附加内网IP和外网IP端口是通过网络地址分配模块来实现的；存储磁盘附加或断开与电源和网络的连接，与NAS控制系统的连接，与外部计算资源的连接是用户利用数据安全芯片生成的权限，登录和操作基础NAS模块来实现的。

2.基于权利要求1所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的存储磁盘是一块封装有加密芯片的磁盘。

3.基于权利要求1所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的数据安全芯片生成的权限，是用户通过基础NAS管理系统，与用户托管的存储磁盘进行密钥验证，才能修改，并进行后续的资源附加。

4.基于权利要求1所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的服务器机箱是2U尺寸时，存储磁盘的最佳配置为1.8英寸硬盘；3U尺寸时，最佳配置为2.5英寸硬盘；4U尺寸时，最佳配置为3.5英寸硬盘。

5.基于权利要求1所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的基础NAS模块，用于将基础NAS控制芯片中的内存模块，全部或部分映射到存储磁盘空间。

6.基于权利要求1所述的高密度磁盘的云计算存储服务器，所述的存储磁盘插槽阵列上平行安装带有配套插孔和指示灯的磁盘挡板，通过数据线连接到指示灯控制面板，当操作员在控制面板上输入某个磁盘的位置信息时，该磁盘边的指示灯自动点亮。