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清華大學|信息學院|國家實驗室|English Version

【公示】異構統一云存儲系統

一、項目名稱:

異構統一云存儲系統及服務保障技術

二、提名意見

提   名 者

湖北省

通訊地址

湖北省武漢市武昌水果湖南苑村52號

郵政編碼

430071

聯   系 人

向   玫

聯系電話

027-87135877

電子郵箱

xiangm@hbstd.gov.cn

傳    真

提名意見:

該項目提出了異構統一云存儲系統架構并在服務保障等系列關鍵技術上取得突破,實現了異構統一云存儲系統。經鑒定,該成果滿足我國當前云存儲產業發展技術需求,整體技術達到國際先進水平,其中數據去重技術達到國際領先水平。牽頭制定國標、行標各1項,獲得一批授權發明專利與軟件著作版權。成果應用在??低?、浪潮信息、中科藍鯨等企業的云存儲系統產品中,取得了顯著的經濟效益。成果2018年獲湖北省科技進步一等獎。

提名該項目為國家科學技術進步獎   二 等獎。

 

三、項目簡介

本項目屬信息存儲技術領域。

數據存儲已從單純的保存數據逐漸演變成一種存儲服務,云存儲作為云計算的核心部分已成為信息社會的重要基礎設施。中國、美國、歐盟等均將其作為重點研究和發展方向。 針對當前云存儲面臨的數據高速增長帶來的成本和管理挑戰、用戶需求復雜多樣帶來的服務質量保障挑戰等,在973、863、工信部電子基金等項目支持下,圍繞高性價比存儲系統構建方法和服務質量保障等難題,本項目提出異構統一云存儲系統架構,形成系列關鍵技術。主要創新如下:

(1)提出異構統一云存儲系統架構及管理調度方法。對多個公有云和私有云統一管理調度形成云存儲池,實現冷熱數據自動遷移與移動緩存,性能接近池中云節點最高訪問性能。

(2)降低帶寬和容量需求的數據去重技術。發明局部性與相似性結合的數據去重索引方法、基于內容的非對稱極值分塊及歷史感知重寫算法,形成高效數據去重技術,通過減少數據量降低云存儲傳輸帶寬和系統容量需求,保持高數據去重率同時大幅度降低內存開銷。

(3)存儲服務質量保障技術。提出虛擬機端到端的服務等級多目標保障方法、大規模虛擬機集群的尾延時服務等級目標精確保障技術,保持高資源利用率同時實現I/O吞吐率、帶寬等多性能指標的近似精確保障,誤差小于1%。

(4)可靠安全性保障技術。提出基于有限域上矩陣和數據塊乘積快速編碼計算的通用功能性修復再生碼GFR,減少云存儲中數據修復產生的數據流量;提出一種無需可信第三方的云端數據安全刪除方法,保障了用戶數據安全性。

牽頭制定國家標準1項、電子行業標準1項,獲得一批授權發明專利和軟件著作版權,發表SCI /EI論文100余篇,獲得同行高度評價。專家鑒定認為“…整體技術達到國際先進水平,其中數據去重技術達到國際領先水平?!?/span>

成果應用在??低?、浪潮信息、中科藍鯨等企業的云存儲系統產品中,取得了顯著的經濟效益,促進了自主品牌信息存儲產業發展。培養了國家杰青、萬人計劃“中青年科技創新領軍人才”等一批優秀人才。經濟和社會效益重大。

 

四、客觀評價

(1)檢測報告

經國家電子計算機質量監督檢驗中心測試表明,與Azure/阿里云等公有云相比,HCloud在容忍單一云故障和提高數據可用性的基礎上,……在相同條件下訪問延遲可降為Azure/阿里云等的10%-52.4%;在多性能指標環境中,采用所提出的存儲服務質量保障技術……各項性能均值誤差控制在1%以內;采用了云端數據安全刪除技術保證了用戶的數據安全性;采用本項目的數據去重技術能夠減少數據傳輸量37%-84.1%,減少35.2%-82.3%的上傳時間,減少36.9%-83.3%的下載時間,顯著改善訪問性能。

(2)部分項目驗收意見

完成的973項目項目于2015年11月通過潘云鶴院士等組成的專家組驗收,驗收意見為:“…,取得了重要的創新性研究成果,…,在數據去重,…,保障存儲可靠性的自愈方法,等方面取得了技術突破,…,已在多個國家應用,促進了自主品牌海量存儲產業發展?!?

(3)代表性技術評價

提出的數據去重技術,被IEEE Fellow、EMC首席研究科學家Fred Douglis等在存儲領域頂級會議FAST2017文章中5次引用,評價為“Fu等人[8]為容器維護參考計數以減少分段并獲得更快的重新存儲”;提出高效去重方法SiLo,發表于ATC‘11,總引用156次(Google Scholar),其中被EMC首席技術執行官(CTO)Windsor Hsu等在存儲領域頂級期刊《ACM Trans. on Storage》(2012)中評價為“[Xia et al. 2011]…利用早期流數據的特征來設計有效的緩存策略”。

 

五、應用情況

本項目成果應用于??低曇曨l云、浪潮信息統一存儲和海量存儲產品全線系列產品、中科藍鯨集群文件系統和藍鯨網絡RAID系統等云存儲系統產品中。主要應用見下表:

序號

單位名稱

應用的技術

應用對象

及規模

應用起止時間

單位聯系人/電話

1

杭州??低晹底旨夹g股份有限公司

分布式塊存儲技術、糾刪碼性能優化算法、負載分配模型等

DS-A71024R-CVS、DS-A71036R-CVS等視頻云存儲系統產品中

2015年1月至2018年12月

呂珊珊

17681880333

2

浪潮電子信息產業股份有限公司

異構統一云存儲系統及服務保障技術

統一存儲產品線和海量存儲產品線全線系列產品

2015年至今

趙坤

18660810116

3

天津中科藍鯨信息技術有限公司

異構統一云存儲系統及服務保障技術

藍鯨集群文件系統和藍鯨網絡RAID系統等云存儲系統產品

2015年1月至今

鄭丁楊
  010-62620770-1000

 

六、主要知識產權和標準規范等目錄

知識產權類別

知識產權具體名稱

授權號

權利人

發明人

授權日期

發明專利

基于服務質量的虛擬機資源調度方法

ZL201210104221.4

華中科技大學

馮丹 童薇 劉景寧 張文濤 王曉靜 陳慧萍

2014/3/26

發明專利

一種基于重復數據刪除的差量壓縮方法

ZL201210303650.4

華中科技大學

馮丹 夏文 江泓 田磊 付忞

2014/12/31

發明專利

一種基于區域熱度的緩存管理方法

ZL201510187454.9

華中科技大學

陳儉喜,馮丹,李潔瓊,葉鋒,梅林軍,吳嬋明,方雪嬌

2017/9/29

發明專利

一種基于分布式文件系統的IO請求調度方法和系統

ZL201310175498.0

華中科技大學

譚支鵬 杜立 馮丹 崔捷 周煒 王芳

2016/4/13

 

發明專利

一種基于相似性的文件分類方法

ZL201210537471.7

華中科技大學

王芳 馮丹 陳儉喜 杜鑫 鄭超

2015/6/10

發明專利

一種歷史感知的數據去重碎片消除方法與系統

ZL201410249865.1

華中科技大學

馮丹、付忞、華宇、夏文、黃方亭、柳青

2017/4/26

發明專利

一種基于糾刪碼的數據塊重建方法

ZL201410717059.2

華中科技大學

馮丹、柳青、施展、李劍、歐陽夢云

2017/10/31

發明專利

維護集群緩存一致性的方法及系統

ZL201110322252.2

中國科學院計算技術研究所,天津中科藍鯨信息技術有限公司

司成祥,許魯

2014/12/10

發明專利

一種RAID5數據轉移的方法

 

ZL21210459325

 

浪潮電子信息產業股份有限公司

文中領,古世磊

2016/02/24

發明專利

圖像存儲方法及其裝置

ZL201310398902.0

杭州??低晹底旨夹g股份有限公司

羅兵華,朱江,浦世亮

2017/11/10

 

 

七、主要完成人情況:

姓    名

馮丹

排    名

 1

行政職務

 計算機學院院長/武漢光電國家研究中心信息存儲與光顯示功能實驗室主任

技術職務

    教授

工作單位

華中科技大學  武漢光電國家研究中心

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

提出總體思路與方案,申請立項和組織實施。提出總體架構,組織實施,解決其中的訪問高效、服務保障、存儲可靠性問題,對本項目主要創新點做出了貢獻,參與了共計20余項發明專利的工作,占本人總工作量的90%。

 

姓    名

許魯

排    名

2

行政職務

數據存儲技術研究中心主任

技術職務

研究員

工作單位

中國科學院計算技術研究所

完成單位

中國科學院計算技術研究所

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

研究了異構統一云存儲體系架構及管理調度技術、可靠安全性保障技術和服務保障技術。在高可擴展、負載均衡、高性能的EB級元數據集群技術研發中,提出以大粒度元數據子卷為基本單位擴展和客戶端目錄授權的技術路線;提出基于副本緩存的數據聚集和異步RAID轉換技術,分離數據存取和冗余處理的新IO模式;提出維護集群緩存一致性的方法及系統、磁盤陣列在線重構系統及方法,塊級快照系統及基于該系統的用戶讀寫方法等可靠性技術。

 

 

姓    名

陳儉喜

排    名

 3

行政職務

技術職務

    副教授

工作單位

華中科技大學武漢光電國家研究中心

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

負責存儲可靠性及服務質量保障技術研究與開發工作,提出了基于固態盤陣列的數據快速重建方法以及高性能高可靠固態盤的實現方法,從存儲組織架構和數據快速重建等方面為異構統一云存儲系統提供可靠性保障。提出一種利用固態盤作為存儲緩存的緩存管理方法以提高系統的IO響應速度,保障存儲服務質量。對技術主要創新點做出了創新性貢獻。

 

姓    名

邢春曉

排    名

4

行政職務

 清華大學信息技術研究院副院長

技術職務

 研究員 

工作單位

清華大學

完成單位

 清華大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

研究云存儲系統中的海量數據組織與資源共享方法,提出了基于集群存儲的空間元數據分組方法、云環境下海量數據管理資源管理框架、區間持久性top-k查詢的雙哈希表關聯檢索方法、基于數據塊的自適應數據存儲管理方法及系統等管理調度技術。本人在該項目技術研發中投入的工作量占本人工作總量的80%。

 

 

姓    名

譚支鵬

排    名

5

行政職務

技術職務

    副教授

工作單位

華中科技大學

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

針對異構統一云存儲系統架構及管理調度技術開展研究,提出一種對象數據服務器讀寫請求的調度方法和一種基于副本的動態元數據集群系統,提出訪問傾向感知的數據布局策略,對主要技術創新點做出創造性貢獻。

 

姓    名

浦世亮

排    名

6

行政職務

高級副總裁、研究院院長

技術職務

高級工程師

工作單位

 杭州??低晹底旨夹g股份有限公司

完成單位

杭州??低晹底旨夹g股份有限公司

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

針對??低曉拼鎯Ξa品在視頻監控領域的實際需求,開發了一種圖像存儲方法及裝置,并獲得授權專利。該技術成果已經應用于??低曇曨l云存儲系統產品,實現視頻功能、圖片功能、系統管理及運維管理功能。所研發產品質量穩定,功能齊全,受到一致好評。負責本項目部分技術成果的應用推廣。

 

 

姓    名

文中領

排    名

7

行政職務

 浪潮存儲研發部副總經理

技術職務

   副高

工作單位

浪潮電子信息產業股份有限公司

完成單位

 浪潮電子信息產業股份有限公司

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

對項目關鍵核心模塊進行研究、設計和開發,提出一種主機端和存儲端系統的IO調度方法、一種數據相關性并行處理方法,解決了IO在多控制器之間如何進行IO調度和并行處理的問題,提高了存儲性能;提出一種RAID5數據轉移方法,在硬盤即將故障之前,提前進行數據轉移,降低了數據損壞或丟失,提高了系統可靠性。

 

姓      名

胡燏翀

排      名

 8

行政職務

技術職務

    副教授

工作單位

華中科技大學

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

針對私有云存儲系統可靠性保障技術,設計面向數據中心的基于雙層網絡編碼架構,該架構利用私有云機架內部充沛帶寬資源快速恢復數據,從而降低傳統恢復策略因耗費大量機架間帶寬資源而恢復較慢的缺陷,該架構還適用于混合云間的帶寬異構性,即利用私有云內部的充沛帶寬和公有云之間的有限帶寬之間的權衡,實現修復性能的提升,從而提高數據可靠性。

 

 

姓    名

謝雨來

排    名

9

行政職務

技術職務

    副教授

工作單位

華中科技大學

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

圍繞溯源元數據的高效存儲管理及利用溯源在數據的可靠性保障及分析入侵行為方面展開了深入研究:針對溯源占據大量存儲空間的問題,提出結合web壓縮和字典編碼的混合壓縮方法;針對傳統數據重建方法在重建單個文件時的不足、不能設置重建文件優先級以及重建的并行性不高等問題,提出利用溯源來重建數據的方法;針對傳統入侵檢測方法誤檢率高、檢測率低且不能準確分析出入侵路徑的問題,提出一種采用溯源信息來分析入侵攻擊的方法。

 

姓    名

 王芳

排    名

 10

行政職務

武漢光電國家研究中心信息存儲與光顯示功能實驗室副主任

技術職務

    教授

工作單位

華中科技大學

完成單位

 華中科技大學

對本項目主要科技創新的創造性貢獻(限300字)

針對系統可靠性問題、元數據管理、數據去重等開展研究工作,提出元數據訪問優化技術,加快RAID數據重建恢復的算法等,參與了共計9項發明專利的工作。

 

 

八、主要完成單位及創新推廣貢獻:

單位名稱

華中科技大學

排    名

1

法人代表

丁烈云

所在地

湖北武漢

單位性質

大專院校

傳    真

027-87558731

聯   系 人

陶端華

辦公電話

027-87558732

移動電話

13307118227

通訊地址

武漢市洪山區珞喻路1037號 航空航天學院大樓407室

電子信箱

tto@mail.hust.edu.cn

郵政編碼

430074

對本項目科技創新和推廣應用支撐作用情況(限300字)

       組織973項目“面向復雜應用環境的數據存儲系統理論與技術基礎研究”的實施,承擔“云計算關鍵支撐軟件研發與產業化(云存儲服務)”、“面向服務的大規模網絡存儲系統理論與方法”等多個項目研究工作,為項目順利執行提供了必要的人員及實驗平臺等條件保證。開展“異構統一云存儲系統及服務保障技術”研究,在異構統一云存儲體系架構及管理調度、數據去重技術、可靠安全性保障技術、服務質量保障技術方面取得創新性成果。與多個企業合作共同推進本項目成果的產業化,取得了較好的社會效益和經濟效益。

 

單位名稱

中國科學院計算技術研究所

排      名

2

法人代表

孫凝暉

所在地

北京

單位性質

事業單位

傳      真

010-62524586

聯 系 人

許魯

辦公電話

010-62620770

移動電話

13301208881

通訊地址

北京海淀區中關村科學院南路6號

電子信箱

xuanchuanban@ict.ac.cn

郵政編碼

100190

對本項目科技創新和推廣應用支撐作用情況(限300字)

本單位圍繞異構混合云存儲系統及服務保障技術,研究智能化的存儲服務組件堆疊技術,提出了一種可靈活提供多類型存儲服務的存儲系統模型;研究細粒度存儲資源調配技術、基于穩定集大容量緩存技術、高可靠高性能RAID技術等;提出在多級緩存中以效用為目標的性能虛擬化機制和資源調節機制,實現了適合于存儲服務有效區隔和QoS保障的應用存儲行為分析和優化方法;完成可疊加的具有多元數據服務集群的高可擴展網絡文件系統原型,提供多類型存儲服務,具有優異小文件性能。并開展了技術和產品的應用推廣工作。

 

單位名稱

清華大學

排      名

3

法人代表

邱勇

所在地

北京

單位性質

大專院校

傳      真

聯 系 人

邢春曉

辦公電話

010-62798998

移動電話

通訊地址

北京市海淀區清華大學fit大樓1-311

電子信箱

xingcx@tsinghua.edu.cn

郵政編碼

100084

對本項目科技創新和推廣應用支撐作用情況(限300字)

清華大學聯合華中科技大學共同承擔了973項目“面向復雜應用環境的數據存儲系統理論與技術基礎研究”,負責其中課題“海量數據組織與資源共享的方法研究”,重點研究了基于數據塊的自適應數據存儲管理方法及系統、云環境下海量數據管理資源管理框架、基于集群存儲的空間元數據分組方法等,提出了區間持久性top-k查詢的雙哈希表關聯檢索方法提高系統效率和可擴展性。

 

 

 

單位名稱

杭州??低晹底旨夹g股份有限公司

排      名

4

法人代表

陳宗年

所在地

浙江省杭州市

單位性質

國有企業

傳      真

0571-86475625

聯 系 人

呂珊珊

辦公電話

0571-88075998

移動電話

17681880333

通訊地址

浙江省杭州市濱江區物聯網街518號

電子信箱

lvshanshan5@hikvision.com

郵政編碼

310051

對本項目科技創新和推廣應用支撐作用情況(限300字)

  項目建設過程中,杭州??低晹底旨夹g股份有限公司與華中科技大學合作研發,形成具有自主知識產權的云存儲核心技術,減少對國外技術和產品依賴,產業發展帶動性強,將有助于整體安防監控行業的發展,帶動科技進步,并明顯在國民公共安全、人生安全等各方面提供保障。

 

單位名稱

浪潮電子信息產業股份有限公司

排      名

5

法人代表

張磊

所在地

山東濟南

單位性質

國有企業

傳      真

0531-85106101

聯 系 人

趙坤

辦公電話

0531-86133376

移動電話

18660810116

通訊地址

山東省濟南市浪潮路1036號

電子信箱

zhaokunbj@inspur.com

郵政編碼

250101

對本項目科技創新和推廣應用支撐作用情況(限300字)

 

對項目關鍵核心模塊進行研究、設計和開發,對項目的研制成果進行測試、驗證,保障產品質量、規格指標的達成,對項目成果進行成果轉化,產品化、產業化和應用推廣。

 

 

九、完成人合作關系說明:

(1)與中科院計算所合作關系說明

2011年-2015年共同承擔國家科技973項目“面向復雜應用環境的數據存儲系統理論與技術基礎研究”(2011CB302300),完成人馮丹為項目負責人,許魯為課題負責人之一。該項目于2015年順利通過驗收。

(2)與??低暪竞献麝P系說明

華中科技大學與??低暪境闪ⅰ昂A啃畔⒋鎯β摵蠈嶒炇摇边M行長期科研合作并推進科研成果產業化。2014年至今,華中科技大學與杭州??低晹底旨夹g股份有限公司等合作制定國家標準《分布式異構存儲管理規范》第一部分《信息技術 存儲管理 第1部分:概述》,并于2018年頒布實施。完成人浦世亮作為??低暪靖呒壐笨偛?、研究院院長負責與華中科技大學合作及產品推廣應用。

(3)與浪潮信息公司合作關系說明

自2010年起與浪潮公司一起共同承擔完成國家科技支撐計劃課題“存儲虛擬化軟件開發及產業化”,并于2014年結題驗收, 2014年至今,華中科技大學與浪潮(北京)電子信息產業有限公司等合作制定國家標準《分布式異構存儲管理規范》第一部分《信息技術 存儲管理 第1部分:概述》,并于2018年頒布實施。完成人文中領作為浪潮公司存儲部技術負責人全程參與項目研發合作。

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