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1、第七章第七章 存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)與架構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)與架構(gòu)l7.1 監(jiān)控存儲(chǔ)技術(shù)及比較l 7.1.1 磁帶、磁盤與磁盤陣列l(wèi) 7.1.2 監(jiān)控存儲(chǔ)的運(yùn)用特點(diǎn)l 7.1.3 三種典型存儲(chǔ)技術(shù)l 7.1.4 存儲(chǔ)技術(shù)的比較l7.2 存儲(chǔ)容量的計(jì)算l7.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)處理的問題l7.4 大型監(jiān)控存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求l7.5 分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)l 7.5.1 存儲(chǔ)運(yùn)用效力器l 7.5.2 存儲(chǔ)資源效力器l 7.5.3 內(nèi)容索引效力器l7.6 存儲(chǔ)系統(tǒng)的任務(wù)原理l 7.6.1 視頻存儲(chǔ)流程l 7.6.2 視頻查詢流程l 7.6.3 視頻播放流程l7.7 存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理性能l 7.7.1 寫入流程對(duì)存儲(chǔ)的物理流程l 7

2、.7.2 查詢和讀取流程對(duì)存儲(chǔ)的物理性能要求l7.8 存儲(chǔ)系統(tǒng)的平安性l7.9 存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理可靠性l7.10 存儲(chǔ)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系l 7.10.1 基準(zhǔn)測(cè)試目的l 7.10.2 評(píng)價(jià)目的體系7.1 監(jiān)控存儲(chǔ)技術(shù)及比較l7.1.1 磁帶、磁盤與磁盤陣列l(wèi) 以前在安防領(lǐng)域大多數(shù)都是采用磁帶作為存儲(chǔ)媒介,從2000年開場(chǎng)快速地?cái)?shù)字化,到了2020年大部分都是以硬盤來存儲(chǔ)數(shù)字化的信息,而這一改動(dòng)的主要緣由素就是IP視頻等很多創(chuàng)新的運(yùn)用需求采用硬盤來存儲(chǔ)。l磁帶庫(kù)、DAS磁盤陣列和NAS網(wǎng)絡(luò)附加設(shè)備設(shè)備的外觀見圖7-1.圖圖7-1l磁帶存儲(chǔ)器由磁帶機(jī)和磁帶兩部分組成,其讀寫原理根本上與磁盤存儲(chǔ)器一樣,只

3、是它的載磁體是一種帶狀塑料,叫做磁帶,寫入時(shí)可經(jīng)過磁頭把信息代碼記錄在磁帶上。l磁帶機(jī)按規(guī)模可分為:l1、規(guī)范1/2英寸磁帶機(jī)l2、盒式磁帶機(jī)l3、海量寬磁帶存儲(chǔ)器l磁帶存儲(chǔ)器有磁盤盤片與磁盤驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。l磁盤陣列RAID是將同一陣列中的多個(gè)磁盤視為單一的虛擬磁盤,數(shù)據(jù)是以分段的方式順序放于磁盤陣列中。lRAID根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式有全軟RAID、半軟半硬RAID與全硬RAID。l 1、全軟RAID的一切功能都是操作系統(tǒng)與CPU來完成的,沒有第三方的控制/處置。這是效率最低的一種RAID。l2、半軟半硬RAID是一種把初級(jí)的RAID功能附加給SCSI或者SATA卡而產(chǎn)生的產(chǎn)品,它把軟件RAID功

4、能 集成到了產(chǎn)品的固件上,從而提高產(chǎn)品的功能和容錯(cuò)才干。l3、全硬RAID那么全面具備了本人的RAID控制/處置與I/O處置芯片,甚至還有陣列緩沖,整體性能是這3種類型中最優(yōu)的,但設(shè)備本錢也是3種類型中最高的。lRAID卡根據(jù)接口方式分為IDE如今PC運(yùn)用的主流硬盤接口RAID和SCSI這是一種輸入/輸出總線和邏輯接口, 主要目的是提供一種設(shè)備獨(dú)立的機(jī)制用來銜接主機(jī)和訪問設(shè)備RAID。l如圖7-2所示:RAID 卡圖圖7-2l7.1.2 監(jiān)控存儲(chǔ)的運(yùn)用特點(diǎn)l與電腦所用的硬盤不同,監(jiān)控系統(tǒng)在選擇存儲(chǔ)硬盤的時(shí)候需求思索以下幾點(diǎn):l首先是存儲(chǔ)硬盤的容量需求彈性比較大,必需思索可擴(kuò)展性,在計(jì)算存儲(chǔ)容量

5、的時(shí)候,要思索畫面質(zhì)量的要求、畫面尺寸的大小、畫面的幀率、存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)短等要素。l其次,監(jiān)控系統(tǒng)硬盤需求可以滿足大數(shù)據(jù)流量長(zhǎng)時(shí)間的延續(xù)讀寫,在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候要求是全天氣候、零缺點(diǎn),由于有了缺點(diǎn)就非常費(fèi)事,有時(shí)候要跋涉很遠(yuǎn)的間隔 去修繕。l另外,在監(jiān)控里面所用到的數(shù)據(jù)最重要是流暢性,并不是準(zhǔn)確性,由于在一個(gè)畫面里面有無數(shù)個(gè)數(shù)據(jù),少了一兩個(gè)數(shù)據(jù)其實(shí)對(duì)畫面的質(zhì)量完全沒有影響,著重的思索就是視頻流的流暢。l最后監(jiān)控系統(tǒng)很多時(shí)間需求在高溫暖高濕的情況下操作,因此散熱非常重要,必需思索散熱、功耗等目的。l根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備與效力器相連的方式 ,從體系架構(gòu)上可以分為DAS直接銜接存儲(chǔ)、NAS網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)、SAN存儲(chǔ)區(qū)

6、域網(wǎng)絡(luò)幾種方式。l7.1.3 三種典型存儲(chǔ)技術(shù)l7.1.3.1 DASlDAS是指將外置存儲(chǔ)設(shè)備經(jīng)過銜接電纜,直接銜接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。lDAS存儲(chǔ)的體系架構(gòu)如圖7-3所示 圖圖7-3l7.1.3.2 NASlNAS作為一種網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)設(shè)備,采用嵌入式技術(shù),具有無人值守、高度智能、性能穩(wěn)定、功能轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。lNAS存儲(chǔ)的體系架構(gòu)如圖7-4所示圖圖7-4lNAS設(shè)備主要用來實(shí)如今不同操作系統(tǒng)平臺(tái)下的文件共享運(yùn)用,與傳統(tǒng)的效力器或DAS存儲(chǔ)設(shè)備相比,NAS設(shè)備的安裝、調(diào)試、運(yùn)用和管理非常簡(jiǎn)單,采用NAS可以節(jié)省一定的設(shè)備管理與維護(hù)費(fèi)用。lNAS本身的共享設(shè)計(jì)使其非常適用于流媒體行業(yè),而且就目前存儲(chǔ)技

7、術(shù)開展來講,NAS和SAN之間的界限越來越模糊,許多廠家的NAS產(chǎn)品既支持IP訪問又支持FC-SAN訪問,由此也使NAS有多種銜接方式。l7.1.3.3 SAN lSAN采用某種通訊技術(shù)建立一個(gè)公用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)銜接一切存儲(chǔ)資源和要訪問這些存儲(chǔ)資源的效力器,實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的物理共享。lSAN是專門銜接存儲(chǔ)外圍設(shè)備和效力器的網(wǎng)絡(luò),它通常包括效力器、外部存儲(chǔ)設(shè)備、效力器適配器、集線器、交換機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)管理工具等。lSAN存儲(chǔ)的體系架構(gòu)如圖7-5所示lSAN可分為FC-SAN采用光纖傳輸、IP-SAN采用以太網(wǎng)傳輸、EC-SAN的造價(jià)高、傳輸速率快,而IP-SAN基于以太網(wǎng)傳輸,組網(wǎng)靈敏、擴(kuò)展性好。圖圖

8、7-5l7.1.4 存儲(chǔ)技術(shù)的比較lDAS是最先被采用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng),完全以效力器為中心,存儲(chǔ)設(shè)備作為效力器的組成部分。lDAS不能滿足大容量的存儲(chǔ)需求,于是出現(xiàn)了NAS和SAN等其他存儲(chǔ)技術(shù)。lNAS是在TCP/IP協(xié)議根底上提供文件的存儲(chǔ)效力,適宜于經(jīng)過LAN傳輸存儲(chǔ)文件和共享文件,客戶端直接經(jīng)過NAS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與存儲(chǔ)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。lSAN主要是基于光纖通道的、面向數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ),可以看成是傳統(tǒng)總線的擴(kuò)展。隨著數(shù)據(jù)量的添加,DAS和NAS暴顯露不能為提高存儲(chǔ)才干而無限制地添加存儲(chǔ)設(shè)備的問題。l表7-1是對(duì)幾中存儲(chǔ)架構(gòu)的比較l表7-1 存儲(chǔ)架構(gòu)的比較工程DASNASFC-SANIP-SA

9、N性能中中高高間隔 擴(kuò)展性差高中高容量可擴(kuò)大性低中高高共享特性不能共享文件及共享設(shè)備及共享設(shè)備及共享操作系統(tǒng)支持高高中高軟件的兼容性高低高高應(yīng)用本錢高低高低7.2 存儲(chǔ)容量的計(jì)算l如今主流的視頻監(jiān)控產(chǎn)品的緊縮方式有3種,按照CIF分辨率計(jì)算如下:l MPEG4緊縮方式:200MB/h/路l H.264緊縮方式:150MB/h/路l MJPEG的碼流大小平均是MPEG4緊縮方式的23倍。l按每天24h延續(xù)錄像,下面根據(jù)視頻路數(shù)和存儲(chǔ)時(shí)間進(jìn)展視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的測(cè)算。l表7-2 錄像保管天數(shù)與硬盤的容量7.3 存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)處理的問題l存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)的開放性、可共享性、靈敏性和可擴(kuò)展性尤為重要,可以從以下

10、角度去了解存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)該處理的問題。l1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置l前端存儲(chǔ)即視頻信息存于視頻效力器中,益處是存儲(chǔ)本錢低,缺陷是由于視頻效力器所在物理環(huán)境大多比較惡劣,很難保證存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性。l2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方式l在存儲(chǔ)架構(gòu)的管理方面要綜合思索以下要素:l容量管理l配置管理l性能管理l可用性管理l3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理實(shí)現(xiàn)l數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理實(shí)現(xiàn),也就是如何選擇物理存儲(chǔ)技術(shù)。7.4 大型監(jiān)控存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求l大型監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)普通需求滿足以下要求:1支持多級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)前端存儲(chǔ)、中心存儲(chǔ)、客戶端存儲(chǔ),如以下圖: 2支持多種視頻監(jiān)控錄像方式,普通可以分為以下幾種:實(shí)時(shí)錄像抽幀錄像自動(dòng)錄像手動(dòng)錄像報(bào)警錄像動(dòng)態(tài)偵測(cè)

11、錄像3存儲(chǔ)管理效力器應(yīng)該支持對(duì)分布式存儲(chǔ)以及集中式存儲(chǔ)的一致管理。4一切存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)具有足夠的存儲(chǔ)空間,經(jīng)過復(fù)核后的報(bào)警圖像應(yīng)按相應(yīng)的報(bào)警處置規(guī)范做長(zhǎng)期保管。5存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)保證具有CIF格式的圖像分辨率,重要目的和報(bào)警圖像宜具有4CIF的圖像分辨率。6應(yīng)具有以太網(wǎng)接口,支持TCP/IP協(xié)議,宜擴(kuò)展支持ISCSI、SIP 、RTSP 、RTP、RTCP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。7單臺(tái)中心存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)支持多臺(tái)視音頻存儲(chǔ)設(shè)備的同時(shí)訪問,支持主流廠家視音頻流編碼設(shè)備。8應(yīng)支持報(bào)警聯(lián)動(dòng)存儲(chǔ),系統(tǒng)接納到報(bào)警時(shí),啟動(dòng)視音頻信息存儲(chǔ)。7.5 分布存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)l 開放的、可共享的、可靈敏擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)非常重要,這里引見一

12、個(gè)運(yùn)營(yíng)級(jí)大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的功能架構(gòu),如以下圖:AAAVTDUPUCUCMS用戶認(rèn)證用戶認(rèn)證/授權(quán)授權(quán)/記賬效力器記賬效力器中心管理效力器中心管理效力器內(nèi)容存儲(chǔ)管理架構(gòu)內(nèi)容存儲(chǔ)管理架構(gòu)中心效力平臺(tái)中心效力平臺(tái)前端單元前端單元客戶端單元客戶端單元視頻分發(fā)單元視頻分發(fā)單元內(nèi)容索引效力器存儲(chǔ)資源管理器存儲(chǔ)運(yùn)用效力器前端接入單元客戶端接入單元l7.5.1 存儲(chǔ)運(yùn)用效力器l存儲(chǔ)運(yùn)用效力器以RTO/RTCP協(xié)議接納和發(fā)送視頻流,主要功能如下:l1、實(shí)時(shí)視頻流導(dǎo)入和分段l2、直接經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議接納已分段視頻文件l3、視頻內(nèi)容查詢回放l7.5.2 存儲(chǔ)資源效力器l存儲(chǔ)資源效力器主要功能如下:l1、物理存儲(chǔ)設(shè)備銜

13、接l2、視頻文件的存儲(chǔ)功能l3、視頻文件的讀取功能l4、多級(jí)存儲(chǔ)支持才干l5、數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)l6、數(shù)據(jù)平安和訪問密鑰支持l7、數(shù)據(jù)一致性檢查和異步恢復(fù)功能l7.5.3 內(nèi)容索引效力器l內(nèi)容索引效力器主要功能如下:l1、按照定義的索引規(guī)范對(duì)視頻進(jìn)展索引建模l2、接納來自于存儲(chǔ)運(yùn)用效力器的索引信息l3、接受視頻內(nèi)容查詢懇求,并前往結(jié)果l4、管理視頻文件的生命周期l55、管理存儲(chǔ)戰(zhàn)略l6、頒發(fā)存儲(chǔ)資源效力器訪問授權(quán)密鑰7.6 存儲(chǔ)系統(tǒng)的任務(wù)原理l7.6.1 視頻存儲(chǔ)流程l視頻分發(fā)效力器VTDU將某攝像頭的視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給存儲(chǔ)運(yùn)用效力器,存儲(chǔ)運(yùn)用效力器對(duì)視頻流進(jìn)展分割和文件化,按照預(yù)定義的索引戰(zhàn)略,向內(nèi)容索

14、引效力器提出懇求,經(jīng)過內(nèi)容索引效力器根據(jù)預(yù)定義的存儲(chǔ)資源調(diào)度表以及安康情況信息,確定存儲(chǔ)資源效力器并生成相關(guān)授權(quán)密鑰給存儲(chǔ)運(yùn)用效力器,存儲(chǔ)運(yùn)用效力器運(yùn)用此授權(quán)密鑰訪問對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)資源效力器。l存儲(chǔ)資源效力器把數(shù)據(jù)寫入物理存儲(chǔ)設(shè)備u,更新索引與文件系統(tǒng)映射表,同時(shí)內(nèi)容索引效力器生成相應(yīng)索引。l7.6.2 視頻查詢流程l 用戶經(jīng)過監(jiān)控客戶端CU定義查詢條件,向內(nèi)容索引效力器懇求索引視頻資源,索引效力器前往相關(guān)的查詢結(jié)果,并展現(xiàn)給客戶;同時(shí)內(nèi)容索引效力器會(huì)提供用戶CU與對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)資源效力器的視頻的授權(quán)密鑰,為進(jìn)一步的視頻的播放和下載運(yùn)用。l7.6.3 視頻播放流程l用戶在檢索結(jié)果界面上可以選擇需求播放的

15、歷史信息,系統(tǒng)經(jīng)過CMS和AAA認(rèn)證檢查到用戶首選的VTDU,將用戶的播放懇求發(fā)送到首選的VTDU后,然后啟動(dòng)監(jiān)控客戶端CU銜接到首選的VTDU;CU向該VTDU提出懇求并提供授權(quán),VTDU繼續(xù)向?qū)?yīng)的存儲(chǔ)運(yùn)用效力器提出懇求并轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán),存儲(chǔ)運(yùn)用效力器繼續(xù)提交授權(quán)給存儲(chǔ)資源效力器,存儲(chǔ)資源效力器在認(rèn)證授權(quán)經(jīng)過后提取數(shù)據(jù)前往給存儲(chǔ)運(yùn)用效力,存儲(chǔ)運(yùn)用效力器對(duì)數(shù)據(jù)流式化后分發(fā)給VTDU,VTDU將視頻分發(fā)給CU進(jìn)展播放。l假設(shè)用戶選擇直接下載文件,那么由CU接入單元直接查詢結(jié)果相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)效力器提取數(shù)據(jù)。7.7 存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理性能l7.7.1寫入流程對(duì)存儲(chǔ)的物理性能要求l要求存儲(chǔ)系統(tǒng)具有較高的多線程寫

16、才干,其I/O性能應(yīng)滿足以下計(jì)算公式:l單視頻流量*索引開銷系數(shù)*存儲(chǔ)視頻頭數(shù)量l存儲(chǔ)系統(tǒng)容量應(yīng)滿足的目的計(jì)算公式為:l單視頻流量*索引開銷系數(shù)*存儲(chǔ)生命周期*存儲(chǔ)視頻頭數(shù)量l7.7.2 查詢和讀取流程對(duì)存儲(chǔ)物理性能要求l由于目前查詢和提取用戶業(yè)務(wù)量相對(duì)寫入業(yè)務(wù)量非常小,所以對(duì)存儲(chǔ)的I/O性能要求不高,可根據(jù)實(shí)踐運(yùn)營(yíng)閱歷酌情評(píng)價(jià)。l 另外,系統(tǒng)性能實(shí)踐上是有業(yè)務(wù)流程 各環(huán)節(jié)功能模塊共同協(xié)作的結(jié)果,所以在評(píng)價(jià)存儲(chǔ)系統(tǒng)性能要求時(shí),也需求與其他環(huán)節(jié)的協(xié)同平衡來考量。l 存儲(chǔ)資源效力器要求較高I/O吞吐量并與銜接的物理存儲(chǔ)系統(tǒng)相匹配。7.8 存儲(chǔ)系統(tǒng)的平安性l數(shù)據(jù)的可靠性和平安性非常重要。存儲(chǔ)設(shè)備中的

17、單點(diǎn)缺點(diǎn)能夠引起宏大的經(jīng)濟(jì)損失。要確保保管數(shù)據(jù)的完好、可靠和有效調(diào)用,必需求滿足以下條件:數(shù)據(jù)快照:全球網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)工業(yè)協(xié)會(huì)SNIA對(duì)照Snapshot的定義是:關(guān)于指定數(shù)據(jù)集合的一個(gè)完全可用拷貝,該拷貝包括相應(yīng)數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)拷貝開場(chǎng)的時(shí)間點(diǎn)的映像。快照可以使其所表示的數(shù)據(jù)的一個(gè)副本,也可以是數(shù)據(jù)的一個(gè)復(fù)制品。l數(shù)據(jù)卷復(fù)制:在同一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)中,提供將一個(gè)邏輯卷源卷位到位地完全拷貝到另一個(gè)邏輯卷目的卷的才干,允許在拷貝過程中對(duì)源卷進(jìn)展只讀性質(zhì)的訪問并掛起寫操作,保證時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)拷貝的完好性。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步:數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程同步功能經(jīng)過將本地?cái)?shù)據(jù)延續(xù)地復(fù)制或鏡像到遠(yuǎn)程存儲(chǔ)系統(tǒng)中去,以構(gòu)成副本的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的維

18、護(hù),也是構(gòu)建異地備份、異地容災(zāi)的最正確存儲(chǔ)處理方案。7.9 存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理可靠性l存儲(chǔ)系統(tǒng)采用全冗余體系構(gòu)造設(shè)計(jì),系統(tǒng)無任何單點(diǎn)缺點(diǎn),必需提供良好的多平臺(tái)兼容性,支持 SUN、IBM、HP等主要Unix系統(tǒng)和主要的Linux平臺(tái)。l正對(duì)不同的災(zāi)難緣由,需求有正對(duì)性的處理。l對(duì)硬件缺點(diǎn),需求采用硬件冗余的方法。l對(duì)人為錯(cuò)誤和軟件缺點(diǎn),可采用數(shù)據(jù)冗余的方式。l針對(duì)環(huán)境災(zāi)難,可采用設(shè)備冗余的方法。l有的容災(zāi)方法,如磁帶備份既可以防備人為的和軟件的邏輯災(zāi)難,也可以防備環(huán)境的物理災(zāi)難。7.10 存儲(chǔ)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系l7.10.1 準(zhǔn)那么測(cè)試目的lSPC存儲(chǔ)性能理事會(huì)是由幾乎全部的國(guó)外存儲(chǔ)廠商和部分大學(xué)、研討機(jī)構(gòu)組成,目前其主要成員包括Fujitsu、HP、IBM以及Sun。lSPC是一個(gè)非贏利的組織,其使命是定義、規(guī)范化存儲(chǔ)系統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試,并提升存儲(chǔ)系統(tǒng)基準(zhǔn)測(cè)試的知名度,擴(kuò)展其影響,使之成為計(jì)算機(jī)行業(yè)最具權(quán)威的存儲(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果,是計(jì)算機(jī)用戶可以不受現(xiàn)存混亂的各種存儲(chǔ)性能測(cè)試結(jié)果的影響。l7.10.2 評(píng)價(jià)目的體系l建立存儲(chǔ)系統(tǒng)評(píng)價(jià)目的體系的目的,是為了反映存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能、性能等相關(guān)信息,為以后進(jìn)展存儲(chǔ)系統(tǒng)選型

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