存储在线8月22日-8月23日，2019全球闪存峰会(Flash Memory World)在杭州召开。阿里巴巴资深技术专家，阿里云智能对象存储研发总监罗庆超发表题为《基于云存储的智能数据与分析处理架构》的演讲。
以下内容根据录音整理，未经本人审定。
阿里巴巴资深技术专家，阿里云智能对象存储研发总监 罗庆超
罗庆超：各位嘉宾，各位朋友大家好，我是来自阿里巴巴的罗庆超。
今天我分享的议题是《基于云存储的智能数据分析和处理架构》，分为如下四部分来介绍。
存储技术发展趋势分析
纵观存储技术的发展，从1957年开始发明硬盘，1970年代发明 SAN(Storage Area Network)，1980年代发明 NAS(Network Attached Storage)，再到2006年发明 Object Storage。从中可以看出，存储技术是不断向上和应用结合的过程，但是这些技术并不是代次的替换，而是场景的扩展，因此即使到现在硬盘、SAN、NAS 技术依然广泛部署在对应场景中。技术发展的过程中，关注技术出现的时间线，可以发现，大约每隔10年就会有新技术的出现。现在是2019年，距离对象存储技术产生已经13年过去了，下一个在存储发展趋势的技术会是什么呢？这也是本次交流想和大家一起探讨的关键点。
接下来分析不同存储技术的差异：
第一，存储的部署和服务场景不同。SAN(块存储) 和 NAS(文件存储)都是面向数据中心内访问的设备，而对象存储产生的目的根本就不是在数据中心内使用，而是面向互联网、移动互联网(3G、4G、5G)而产生的，为大量使用的网页、视频、图片、音频、文档访问而设计。但在它产生后，为做前向兼容，特别是公共云上被同 Region 内的 ECS(Elastic Compute Service) 访问的场景，也提供了内网 VPC(Virtual Private Cloud) 访问能力。
-第二，存储的使用者不同。块存储的使用者是机器，它映射 LUN(Logical Unit Number) 给机器，被机器识别为盘，然后创建文件系统、数据库。NAS 的使用者是办公账号，如 AD(Active Directory) 和 LDAP(Lightweight Directory Access Protocol) 账号，该账号登陆 NAS 设备的 IP(Internet Protocol) 地址就可以访问共享文件夹，用于办公场景；同时，为了兼容机器的访问，也可以让 AD 中的机器访问 NAS。对象存储的使用者是云账号或者社交账号，通过该账号成功登陆云服务后就可以存储数据了，为了兼容历史应用，对象存储也兼容 AD 账号接入，以及支持 ECS 关联 RAM(Resource Access Management) 角色的机器访问。
第三，访问协议不同。SAN(块存储) 和 NAS(文件存储) 是基于数据中心内的协议，如 FC、iSCSI、NFS、CIFS、SMB 协议。而对象存储是基互联网访问协议，如基于 HTTP/HTTPS 的 S3(Simple Stoage Service)/OSS(Object Storage Service) 访问接口。
总结下各存储的特点，关键在交互模式上的差别。SAN 是典型的机机交互模式，NAS 是人机交互模式，对象存储是移动互联网交互模式。SAN 的机机交互最简单，就是要求盘时延低、带宽大；NAS 的人机交互需求多，就像人管理图书那样会分门别类(目录)和书名(文件名)、重命名、移动，还有复杂的权限、配额管理等；对象存储的移动互联网交互模式，上面会通过互联网应用对外服务，可以做的比人机交互更简单，因此可采用平坦的名字空间来管理对象，从而没有 NAS 场景下大目录、海量小文件的管理难题。不同的交互模式，大大影响了存储背后的设计哲学，它也是系统设计的源头和根本。
因此，可以从这些纬度，再来看相关存储技术的未来发展趋势。
SAN 存储，本质是一块盘。机器使用快存储，就是一个盘、线性地址空间，在它之上装文件系统、数据库、虚拟机等后，才能让应用更好的使用。它的基础功能特点，就是基本读写访问的稳定性，然后是数据保护的高级特性，之上就是性价比设计。在未来发展趋势上，全闪存化是稳定、低时延的明显公共需求，而专有云会因性价比需求特别关注重删、压缩技术，公共云则因弹性伸缩的特质会更关注按需获取、可承诺的SLA能力。
NAS 存储，本质是 企业员工+IP地址+共享文件夹。其典型场景就是企业办公、媒体编辑、高性能计算等，在AI训练中也广泛使用 NAS。它的功能特点主要是围绕目录、文件等基础特性设计，然后是数据保护的高级特性，以及性价比设计。这和 SAN 存储很相像，所以在企业存储领域会把 SAN 和 NAS 融合设计，叫做统一存储。未来，专有云会基于性价比考虑，把硬盘和 Flash 做混合介质设计，支持压缩，支持更高的带宽能力；而公共云上，稳定、低时延的SLA，弹性、伸缩始终是关键趋势。
对象存储，本质是 云账号通过互联网(或移动互联网)访问网络内容。目前，广泛使用的短视频、图片、音乐等，后面支撑的就是对象存储技术，它为应用提供了全局、全网共享的数据大池子，非常适合做为互联网内容的底层平台。它的功能特点和 SAN/NAS 不同，强调底层 HTTP 稳定性，以及数据的持久度、高可用性，之上更关注数据生命周期管理，因为对象存储会保存10年甚至更多的历史数据，如何用**生命周期**策略来管理众多历史数据是关键。未来，在专有云领域，更多是面向二级存储、非结构化数据管理，而公共云上，则会面向5G，千亿、万亿海量对象的访问能力，数据生命周期的自动管理能力，以及在对象存储上构建数据湖分析平台，去挖掘数据的价值。
基于存储技术和趋势的分析，阿里云存储采用了融合架构实现，也是 SDS(Software Define Storage软件定义存储) 架构实现。最底层是基础设施团队提供的通用服务器、网络构建的高性能集群。
在此之上是飞天软件底座，包括夸父(远程过程调用)、钟馗(安全管理)、女娲(分布式协同)、伏羲(资源管理)，和盘古(分布式文件系统)。基于此分布式存储软件平台，可以在上面构建各种存储服务，如块存储、文件存储、对象存储、表格存储，以及HDFS存储等，这是数据平面的设计；同时，控制平面基于神龙(分布式监控)、天基(数据中心管理和分布式部署)构建，管理平面则设计了赤骥(云存储管控、运维平台)系统支撑 devops 敏捷开发。对象存储层要支持万亿级海量数据的管理，其核心是有巢(分布式KV)的海量元数据系统，它提供了极致的性能和扩展能力；基于这些基础产品，就可以构建更上层的数据处理服务。
基于对象存储的应用设计范式
当前，大量的计算应用构建在对象存储上，背后的原因是什么呢？正如前面提到的，对象存储是面向互联网、面向未来5G的存储服务，它的数据量非常巨大，从而形成了海量的数据池，计算应用基于它去分析，更容易找出数据之间的关联性、挖掘数据价值。所以，基于对象存储来构建数据分析体系，是公有云上常见的使用模式。
例如，阿里云的全球文娱互动直播解决方案，就是使用对象存储系统 OSS 为底座，通过 ECS 部署截图、窄带高清转码、拉流直播、录制等软件，形成文娱互动的能力；该方案提供全球多 Region 容灾部署、千万级高并发能力。
再比如，阿里云的在线教育解决方案，基于阿里云对象存储 OSS，构建媒体转码、媒体点播、视频直播，来管理服务大量的视频数据。该方案提供海量、安全、低成本、高可靠的云存储，不限文件数量，基于 RESTful API 的互联网任何位置存储和访问。
上述应用方案设计范式的典型特征，就是在**对象存储 OSS 之上自主搭建计算、分析集群的能力**，实现业务需求。但当前的方案，对带宽的消耗也是很明显的，做好将计算功能 Offloading(卸载) 到存储将是很有价值的工作。
对象存储计算卸载的智能数据分析处理框架
前面介绍的方案解决了对应场景的使用问题，但也存在优化点。首先是带宽优化，对于图片、音视频等多媒体文件，都是较大的对象，不管通过公网还是 VPC 内网，都会带来较大的带宽需求，会存在性能瓶颈；其次是时延问题，将大量的数据下载到手机、服务器处理，传输距离长、时延大，用户体验较差；然后是部署要求，需要购买机器、软件，在进行安装、配置、运维等，这都需要不少的投入。上述这些点都存在成本开销，因此将合适的数据分析处理算子卸载到存储、实现数据就近访问，并采用 Serverless 的对外提供服务，将会降低带宽开销、减少时延、更易运维使用。
为了更好理解存储卸载的架构，先介绍阿里云存储产品族周边的协作全景图。不同数据类型的数据，通过数据通道(使用日志服务)、数据直写、数据上传(使用迁移工具)，将数据存放到云存储产品(典型如对象存储)，然后通过对象存储的事件触发推送到轻计算(如函数计算)，然后由各类典型的计算框架(MaxCompute, Batch Compute)分析处理，再将处理结果进行分发(利用 CDN 内容分发网络)，最后提供给最终用户读写。从中可以看出**数据导入、存储、分析处理**可以全链路打通，关键是把数据和计算框架关联起来。
因此，对象存储计算卸载的智能数据分析处理框架核心是**构建计算框架、并将它和存储关联，为此在对象存储最近的数据中心，部署计算引擎实现就近访问。然后，在对象存储的数据路径上和计算框架打通，从而实现关联。最后，为了支持种类丰富的数据分析处理，设计了智能的调度框架；该框架在底层支持 CPU、GPU、FPGA 硬件，然后将其抽象为物理机、虚拟机、容器从而屏蔽硬件差异，在此之上运行Linux、Windows运行环境并部署各类卸载的算子，最后通过集群调度系统提供离线请求、实时请求的灵活调度。通过该框架，只要卸载的算子通过验证并部署过来，就可以提供集群化的服务，并实现云服务的 SLA 能力。
典型场景
通过对象存储计算卸载的智能数据分析处理框架，支持如下的场景。
场景一，图片处理。通过卸载图片转换算法的算子到调度框架，实现了图片水印、缩放、裁剪、旋转、格式转换、效果共 6 个场景，完完全全实现了云上的 PS。以前做图片处理是在本地机器上用 photoshop 完成，现在可以在云上实现，而且还不用安装软件，并且云上 PS 还可方便的实现多人协作处理。使用方式也非常简单，无需购买任何服务器、无需安装软件，直接使用 URL 请求完成，例如:
http://image-demo.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/example.jpg?x-oss-process=image/resize,w_200
它表示将图片缩放为宽度 200 像素的新图片，通过使用 FPGA 加速，和自主搭建 CPU 方式相比，单机的吞吐率可提升6倍，时延下降80%-90%，整体带宽优化可以达到5倍，更多信息参考 [图片处理](https://help.aliyun.com/document_detail/99372.html)。
场景二，视频推流。阿里是业界第一个实现支持多媒体推流的公共云对象存储服务，通过卸载视频流处理算子，可以在对象存储 OSS 的推流配置完成后，得到 RTMP 推流的 OSS 地址，然后就可在客户端推送视频流到 OSS，例如：
ffmpeg -i 1.flv -c copy -f flv “rtmp://your-bucket.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/live/test-channel?OSSAccessKeyId=LGarxxxxxxHjKWg6&Expires=1472199095&Signature=%2FAvRo7FTss1InBKgwn7Gz%2FUlp9w%3D”
通过此方法，无需搭建多媒体流服务，就可以让视频处理卸载到对象存储，并切还能支持音频流，在时延要求不高时还可做直播，更多信息参考 [视频推流](https://help.aliyun.com/document_detail/44304.html)。
场景三，视频处理。通过卸载视频截帧算子，可实现零流量的截帧处理，直接使用 URL 请求完成，例如：
它表示在7秒钟的时间，截1帧长宽800×600的图片，更多信息参考 [视频处理](https://help.aliyun.com/document_detail/64555.html)。
场景四，文档处理。通过该卸载算子，可以直接预览、转换存储在对象存储 OSS 上的文档。对于文档预览功能，只需提交请求预览文档，OSS 将会返回经过转码的签名 URL，然后基于该 URL 就可以在浏览器中进行文档查看。由于和 OSS 天然结合，从而也完全复用了 OSS 的 SLA 能力，并享受 OSS 的安全设计，更多信息参考 [文档处理](https://help.aliyun.com/document_detail/99373.html)。
场景五，图片 AI。通过卸载图片 AI 算子，实现人脸识别和图像内容识别。
人脸识别功能，使用时直接在人脸图片的 URL 后加上参数就能直接返回识别的人脸结果，例如：
http://image-demo.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/person.jpg?x-oss-process=imm/detecface
详细信息参考 [人脸识别](https://help.aliyun.com/document_detail/99378.html)。
内容识别，使用时直接在图片的 URL 后加上参数就能直接返回识别结果，例如：
http://image-demo.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/image.jpg?x-oss-process=imm/tagimage
详细信息参考 [内容识别](https://help.aliyun.com/document_detail/99383.html)。
场景六，SQL 卸载。在对象存储 OSS 中，也叫 Select Object 功能，它将 SQL 的条件、Projection 算子下推，实现基本的过滤并且只返回有用的数据，从而实现高效的数据查询。Select Object 的卸载方式，和外部大数据平台实现 SQL 方式(OSS 未卸载)相比，时延可减少到原来的1/12，带宽最多可以减少99%，详细信息参考 [Select Object](https://help.aliyun.com/document_detail/91745.html)。
总结
第一，交互模式决定存储系统的设计哲学。SAN 块存储是机机交互，NAS 文件存储是人机交互，对象存储是移动互联网交互(3G/4G/5G)，不同的交互模式决定后端的架构和功能。
第二，基于对象存储计算卸载的智能数据分析处理框架，可以灵活支持不同硬件、平台、操作系统、运行环境、卸载算子，并提供实时、离线请求，满足不同场景的数据分析处理需求。
-第三，存储卸载的遵循原则。寻找合适的数据分析处理算子，实现数据就近访问，提供 Serverless 的模式。
通过整体的介绍，可以相信在未来存储发明13年后，新的技术将会出现；基于对象存储海量数据的数据分析处理，挖掘数据价值，是未来技术的重要发展趋势。
我今天下午的份上都到这里，谢谢大家。
主持人：大家是否有问题要提问？
提问者：对象存储里面，这个闪存是怎么用呢？是用在哪里呢？（整个架构设计里面）
罗庆超：对象存储是一个非常庞大的系统，存储了海量的数据。目前对象存储包括标准存储、冷存储、归档存储三种类型，它提供高可靠、高可用、高性能的对象存储服务，能够支持频繁的数据访问，因此在对象存储中也有热点数据，因此也会使用 SSD 来缓存数据。
主持人：谢谢罗先生的解答。接下来我们有请下一位。