云存储架构祥解
云存储及架构
云存储原理及系统构架摘要：云存储作为一个新兴的研究和应用领域，由于其快速部署、低本钱、灵活调整规模等优势被愈来愈多的企业应用。
基于以上研究云存储，本文基于《云存储解析》内容，具体分析了云存储系统构架模式、技术优势及特点，并与传统的存储架构模式进行了对照。
前言作为近几年兴起的“云计算(CloudComputing)”的一大重要组成部份，“云存储(CloudStorage)”承担着最底层以效劳形式搜集、存储和处置数据的任务，并在此基础上展开上层的云平台、云效劳等业务。
与传统的存储设备相较，云存储不单单是一个硬件，而是一个网络设备、存储设备、效劳器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部份组成的系统。
云存储提供的是存储效劳，存储效劳通过网络将本地数据寄存在存储效劳提供商(SSP)提供的在线存储空间。
需要存储效劳的用户再也不需要成立自己的数据中心，只需向SSP申请存储效劳，从而幸免了存储平台的重复建设，节约了昂贵的软硬件基础设施投资。
1云存储技术云存储系统与传统存储系统相较，具有如下不同：第一，从功能需求来看，云存储系统面向多种类型的网络在线存储效劳，而传统存储系统那么面向如高性能计算、事务处置等应用；第二，从性能需求来看，云存储效劳第一需要考虑的是数据的平安、靠得住、效率等指标，而且由于用户规模大、效劳范围广、网络环境复杂多变等特点，实现高质量的云存储效劳必将面临更大的技术挑战；第三，从数据治理来看，云存储系统不仅要提供类似于POSIX的传统文件访问，还要能够支持海量数据治理并提供公共效劳支撑功能，以方便云存储系统后台数据的保护。
基于上述特点，云存储平台整体架构可划分为4个层次，自底向上依次是：存储层、基础治理层、应用接口层和访问层。
云存储平台整体架构如图1所示。
图1云存储框架(1)存储层云存储系统对外提供多种不同的存储效劳，各类效劳的数据统一寄存在云存储系统中，形成一个海量数据池。
从大多数网络效劳后台数据组织方式来看，传统基于单效劳器的数据组织难以知足广域网多用户条件下的吞吐性能和存储容量需求；基于P2P架构的数据组织需要庞大的节点数量和复杂编码算法保证数据靠得住性。
云存储技术的原理及架构
云存储技术的原理及架构目前利用科技手段辅助城市管理的建设模式已经由以前的以视频监控为主的平安城市建设转向以多传感技术为主的智慧城市建设，在这一过程中，虽然当前主要的数据量仍然来自视频监控摄像头产生的图像数据，但由各类传感器产生的数据量和数据种类正在加速增长，例如各城市道路的交通流量信息、特种车辆的运行轨迹和车况状态信息、移动终端的身份采集信息等，对这些海量信息的存储、分析和利用，除了提供传统的安全防范、事后查证功能外，更为城市建设科学规划、科学管理提供了充分的数据基础，同时，在这样一个海量大数据的时代，对于数据的安全存储和应用也需要与之相适应的新的技术手段，而以分布式和并行处理为基础的云计算和云存储技术，在此过程中也得到了极大地发展。
相对传统存储而言，云存储改变了数据垂直存储在某一台物理设备的存放模式，通过宽带网络(比如万兆以太网或Infiniband技术)集合大量的存储设备，通过存储虚拟化、分布式文件系统、底层对象化等技术将位于各单一存储设备上的物理存储资源进行整合，构成逻辑上统一的存储资源池对外提供服务，从而在存储容量上得以从单设备PB级横向扩展至数十、数百PB，由于云存储系统中的各节点能够并行提供读写访问服务，系统整体性能随着业务节点的增加而获得同步提升。
同时，通过冗余编码技术、远程复制技术，进一步为系统提供节点级甚至数据中心级的故障保护能力。
容量和性能的按需扩展、极高的系统可用性，是云存储系统最核心的技术特征。
通常，从云存储的技术实现层次上看，从底层向上，可以分为存储层、管理调度层、访问接口层、应用服务层等四个层次，如下图所示：图1 云存储技术实现层次其中存储层是云存储的基础，一台云存储节点设备通常能安装24个以上的硬盘，通常通过IP接口将大量的存储设备互连在一起形成存储设备资源池，在一个云存储系统中，底层物理存储设备数量庞大，而且设备形态理论上也允许异构(这样也可以接入传统的IP SAN 或FC SAN)，在物理存储设备之上是一个统一的存储设备管理层，实现对物理存储设备的逻辑虚拟化管理、状态监控和维护等功能。
第13课《云存储》课件(共23张PPT)浙教版(2023)初中信息技术七年级上册
（4）数据 大量读取的 应用
（5）多个使 用端都希望读 取同一个文件 的应用
part3. 云存储的应用领域
备份应用
逐渐向消费者模式以及Mozy或者 Carbonite等企业的产销模式以外的领域扩展 ，进入中小型企业市场。最为普遍的应用方案 是使用混合存储，将最常用的数据保存在本地 磁盘，然后将它们复制到云之中。
文件存储
文件存储是基于文件级别的存储，它是 把一个文件放在一个硬盘上，即使文件太大而 拆分时，也是放在同一个硬盘上。它的缺点是 对单一文件的读写回受到单一硬盘效能的限制， 优点是对一个多文件、多人使用的系统，总带 宽可以随着存储节点的增加而扩展，它的架构 可以无限制地扩容，并且成本低廉。
文件系统合适应用的场合如下：
part2. •云存储的种类
块存储
块存储会把单笔的数据写到不 同的硬盘，借以得到较大的单 笔读写带宽，适合用在数据库 或是需要单笔数据快速读写的 应用。它的优点是对单笔数据 读写很快，缺点是成本较高， 并且无法解决真正海量文件的 储存。
块存储
（1）快速更改的单一文件系统 （2）针对单一文件大量写的高 性能计算（HPC）
（1）文件较大，总读取 带宽要求较高，如网站、 IPTV。
（2）多个文件同时写入， 如监控。
文件系统合适应用的场合如下： （3）长时间存放的文件，如文 件备份、存放或搜寻 这些应用有以下共通的特性： ①文件的并发读取 ②文件及文件系统本身较大 ③文件使用期较长 ④对成本控制要求较高
文件系统合适应用的场合如下：
紧耦合对称架构
TCS架构设计简单，开发周 期短暂，并且能快速投入 部署和应用。但随着数据 计算量，计算时间的增长 ，紧耦合架构渐渐不堪重 负，缺点显现
云存储的基本架构
云存储的基本架构
云存储的基本架构通常包括四个主要层次：存储层、基础管理层、应用接口层和访问层。
以下是对这四个层次的详细解释：
1. 存储层：这是云存储最基础的部分，由各种存储设备组成。
这些设备可以是光纤通道存储设备、IP存储设备（如NAS和iSCSI）或DAS存储设备（如SCSI或SAS）等。
这些存储设备通过广域网、互联网或FC光纤通道网络连接在一起，形成一个庞大的存储网络。
在存储层之上，通常会有一个统一存储设备管理系统，该系统可以实现存储设备的逻辑虚拟化管理、多链路冗余管理，以及硬件设备的状态监控和故障维护。
2. 基础管理层：这是云存储最核心的部分，也是最难以实现的部分。
基础管理层通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。
3. 应用接口层：这是云存储最灵活多变的部分。
它可以根据实际需求提供各种应用接口，例如视频监控应用平台、IPTV和视频点播应用平台、网络硬盘引用平台，远程数据备份应用平台等。
4. 访问层：任何一个授权用户都可以通过标准的公用应用接口来登录云存储系统，享受云存储服务。
云存储运营单位不同，云存储提供的访问类型和访问手段也不同。
云存储系统的架构设计及安全性考量
云存储系统的架构设计及安全性考量随着云计算的兴起，云存储系统越来越成为企业和个人存储数据的首选方式。
对于云存储系统的架构设计，以及其中的安全性考量，是构建可靠和安全云存储的基础。
本文将从架构设计和安全性两个方面探讨云存储系统的相关问题。
一、云存储系统的架构设计1. 分布式架构云存储系统通常采用分布式架构，将数据分散存储在多个地理位置的服务器上。
这种架构设计可以提高系统的可靠性和可用性，同时能够实现数据的负载均衡和弹性扩展。
2. 数据冗余存储为了防止数据丢失和数据访问的高可用性，云存储系统采用数据冗余存储策略。
常见的冗余存储方式包括镜像复制、数据备份等。
这些方式能够保证即使发生硬件故障或数据丢失情况下，数据仍然可用。
3. 访问控制机制在云存储系统中，访问控制机制是确保数据安全性的重要组成部分。
通过合理的身份验证、授权管理和权限控制，可以实现对数据的保护。
例如，使用身份验证和访问令牌可以限制用户对数据的访问权限，从而防止未经授权的用户访问数据。
4. 弹性扩展能力云存储系统应具备弹性扩展的能力，即能够根据需求动态调整存储容量。
这需要使用水平扩展的方法，即通过增加服务器和存储节点的数量来扩展系统的存储能力。
这样可以满足不断增长的数据存储需求。
二、云存储系统的安全性考量1. 数据加密数据加密是云存储系统中保护数据安全性的关键措施之一。
对数据进行加密可以防止恶意攻击者获取和篡改数据。
采用常见的加密算法，如AES（Advanced Encryption Standard）等，可以提供高强度的数据加密保护。
2. 安全传输在数据在云存储系统内部和系统与用户之间传输的过程中，需要采取安全的传输机制来保护数据的安全性。
使用SSL（Secure Socket Layer）等安全协议可以确保数据在传输过程中得到加密和保护，防止被中间人攻击。
3. 安全备份和恢复云存储系统应具备安全备份和恢复的机制，以应对突发情况导致的数据丢失或损坏。
云存储的数据存储结构和数据存储方式
云存储的数据存储结构和数据存储方式随着信息技术的不断进步，人们对数据存储的需求也越来越高。
传统的硬盘和闪存等存储方式已经不能完全满足人们的需求。
而云存储作为一种新型的数据存储方式，正在逐渐走向人们的生活和工作中。
那么，云存储的数据存储结构和数据存储方式是怎样的呢？本篇文章将对此进行探讨。
一、云存储的数据存储结构云存储的数据存储结构是由分布式存储系统组成的。
分布式存储系统是指数据分散存储在不同的服务器或计算机中，形成一个分布式存储系统。
常见的分布式存储系统有GFS、HDFS、Ceph、GlusterFS等。
分布式存储系统最早是由谷歌公司在2000年研发出来的GFS（Google File System），目的是解决大规模文件系统的数据存储问题。
GFS采用master/slave结构，即一个主节点+多个从节点的分布式系统。
主节点负责对整个系统进行管理，包括文件分块、文件复制、节点故障处理等，从节点则负责承担具体的数据存储任务。
GFS的关键特点在于文件切块、数据复制和心跳机制。
文件切块是指把大文件分成小块，每个小块的大小一般是64M，这样可以加速文件传输和数据处理。
数据复制是指将每个小块复制到多个不同的节点上，通常是三个节点，这样可以提高系统的可靠性。
心跳机制是指检测节点是否在线，如果某个节点不在线，则将其标记为失效节点，数据不再往该节点上写入。
除了GFS以外，还有HDFS（Hadoop Distributed File System）、Ceph、GlusterFS等分布式存储系统。
它们的基本特点都是分布式、容错性强、可扩展性好、数据访问效率高等。
二、云存储的数据存储方式云存储的数据存储方式一般分为对象存储、块存储和文件存储三种。
1.对象存储对象存储是将数据存储为对象的形式。
对象可以是照片、音频、视频、文档等多媒体文件，同时也可以是结构化数据。
对象存储的特点是具有高度的可扩展性、容错性好、访问速度快等。
云存储及应用特点
云存储及应用特点1、云存储云存储是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。
云存储不同于传统存储，不是某一个存储设备，而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务，云存储系统的结构模型由四层组成。
具体模型如图1所示。
图1云存储模型图（1）存储层：是云存储最基础的底层。
存储设备可以使FC-SAN，也可以是NAS或IP-SAN，也可以是SCSI或SAS 等DAS存储设备。
存储设备上是一个统一存储设备管理系统，可以实现存储设备的逻辑虚拟化管理、多冗余管理，以及设备的状态监控和维护。
（2）基础层：是云存储最核心的部分，通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同，使多个存储设备可以对外提供同一种服务，并提供强大的数据访问性能。
CDN内容分发、数据加密技术保证数据不会被非法访问，同时，数据备份和容灾技术可以保证数据的安全，防止丢失。
（3）接口层：具有多种协议接口，能够根据系统灵活适配，开放不同的服务接口，提供不同的应用服务。
（4）用户访问层：任何授权用户都可以通过标准的登录页面进行访问，享受服务。
云存储根据访问对象的不同，提供的访问类型和访问手段也不同。
在云存储实现过程中，为了保证存储系统的可靠性，需要将数据复制多份进行灾备，在数据规模急剧增长时，需要对传统的数据库进行分库拆分，进行线性扩展，保证数据的安全。
云存储具有以下特点：（1）高可扩展性：云存储支持海量数据存储，资源可以实现按需扩展；（2）低成本：相比较传统磁盘阵列，云存储更多使用PC服务器，具有更高的性价比；（3）软硬件分离：相比传统存储，云存储强调用户存储的灵活支持，以多种存储方式存储数据，支持外部随时访问。
2、存储方式云存储根据技术分类主要包括：文件存储、块存储和对象存储。
（1）文件存储文件存储是提供文件接口（如POSIX协议）的云存储系统，以标准文件系统接口形式向应用系统提供海量非结构化数据存储空间。
云计算平台存储架构设计
云计算平台存储架构设计云计算平台存储架构设计1、引言1.1 目的1.2 范围1.3 定义、缩略词和缩写符号2、概述2.1 关键特征2.2 优势和挑战2.3 架构目标3、存储需求分析3.1 数据类型和规模3.2 性能需求3.3 可靠性和容错需求3.4 安全性需求4、基础设施选择4.1 云存储提供商比较 4.2 存储类型选择4.3 服务器和网络选择5、存储架构设计5.1 分布式文件系统5.2 对象存储5.3 块存储5.4 存储协议5.5 缓存机制5.6 数据备份和恢复策略6、数据管理6.1 数据访问控制6.2 数据迁移和追踪6.3 数据压缩和去重6.4 数据保密性和完整性7、性能和可伸缩性7.1 负载均衡7.2 扩展性设计7.3 性能测试和调优8、容灾和故障恢复8.1 数据备份和异地存储 8.2 容灾策略和测试8.3 故障恢复流程9、安全性设计9.1 身份认证和访问控制 9.2 加密技术9.3 安全监控和审计9.4 安全策略和风险管理10、成本和维护10.1 硬件和软件成本 10.2 运维管理10.3 服务级别协议附件:1、数据类型和规模分析报告2、性能测试结果详细报告3、故障恢复演练计划法律名词及注释:1、云计算 - 一种通过互联网提供计算服务的模式，包括存储、数据库、网络等资源的共享和使用。
2、数据访问控制 - 确保只有授权的用户能够访问和操作数据的技术和措施。
3、加密技术 - 使用算法将数据转换为不可读形式，以保护数据的机密性和完整性。
4、服务级别协议 - 定义服务提供商和客户之间的服务质量、可用性和支持等方面的协议。
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云存储架构祥解
云存储(cloud storage)这个概念一经提出，就得到了众多厂商的支持和关注。
Amazon在两年前就推出的Elastic Compute Cloud(EC2：弹性计算云)云存储产品，旨在为用户提供互联网服务形式同时提供更强的存储和计算功能。
内容分发网络服务提供商CDNetworks和业界著名的云存储平台服务商Nirvanix
发布了一项新的合作，并宣布结成战略伙伴关系，以提供业界目前唯一的云存储和内容传送服务集成平台。
半年以前，微软就已经推出了提供网络移动硬盘服务的Windows Live SkyDr ive Beta测试版。
近期，EMC宣布加入道里可信基础架构项目，致力于云计算环境下关于信任和可靠度保证的全球研究协作，IBM也将云计算标准作为全球
备份中心的3亿美元扩展方案的一部分。
云存储变得越来越热，大家众说纷”云”，而且各有各的说法，各有各的观点，那么到底什么是云存储?
云状的网格结构
云存储在云计算(cloud computing)概念上延伸和发展出来的一个新的概念。
云计算是是分布式处理(Distributed Computing)、并行处理(Parallel Comp uting)和网格计算(Grid Computing)的发展，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。
通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和”超级计算机”同样强大的网络服务。
云存储的概念与云计算类似，它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。
如果这样解释还是难以理解，那我们可以借用广域网和互联网的结构来解释云存储。
相信大家对局域网、广域网和互联网都已经非常了解了。
在常见的局域网系统中，我们为了能更好地使用局域网，一般来讲，使用者需要非常清楚地知道网络中每一个软硬件的型号和配置，比如采用什么型号交换机，有多少个端口，采用了什么路由器和防火墙，分别是如何设置的。
系统中有多少个服务器，分别安装了什么操作系统和软件。
各设备之间采用什么类型的连接线缆，分配了什么xml:la ng=IP地址和子网掩码。
但当我们使用广域网和互联网时，我们只需要知道是什么样的接入网和用户名、密码就可以连接到广域网和互联网，并不需要知道广域网和互联网中到底有多少
台交换机、路由器、防火墙和服务器，不需要知道数据是通过什么样的路由到达我们的电脑，也不需要知道网络中的服务器分别安装了什么软件，更不需要知道网络中各设备之间采用了什么样的连接线缆和端口。
广域网和互联网对于具体的使用者是完全透明的，我们经常用一个云状的图形来表示广域网和互联网。
虽然云状的图形中包含了许许多多的交换机、路由器、防火墙和服务器，但对具体的广域网、互联网用户来讲，这些都是不需要知道的。
这个云状图形代表的是广域网和互联网带给大家的互联互通的网络服务，无论我们在任何地方，都可以通过一个网络接入线缆和一个用户、密码，就可以接入广域网和互联网，享受网络带给我们的服务。
参考云状的网络结构，创建一个新型的云状结构的存储系统系统，这个存储系统由多个存储设备组成，通过集群功能、分布式文件系统或类似网格计算等功能联合起来协同工作，并通过一定的应用软件或应用接口，对用户提供一定类型的存储服务和访问服务。
当我们使用某一个独立的存储设备时，我们必须非常清楚这个存储设备是什么型号，什么接口和传输协议，必须清楚地知道存储系统中有多少块磁盘，分别是什么型号、多大容量，必须清楚存储设备和服务器之间采用什么样的连接线缆。
为了保证数据安全和业务的连续性，我们还需要建立相应的数据备份系统和容灾系统。
除此之外，对存储设备进行定期地状态监控、维护、软硬件更新和升级也是必须的。
如果采用云存储，那么上面所提到的一切对使用者来讲都不需要了。
云状存储系统中的所有设备对使用者来讲都是完全透明的，任何地方的任何一个经过授权的使用者都可以通过一根接入线缆与云存储连接，对云存储进行数据访问。
云存储简易架构图
经常看到人们在谈论云存储，但是没看过实际的图，人们很难想象到底云存储是什么模样，下面就是一个云存储的简易架构图：
橘色的存储节点(storage node)负责存放文件，蓝色的控制节点(control no de)则是作为文件索引，并负责监控存储节点间容量及负载的均衡，这2个部分合起来便组成一个云存储。
存储节点与控制节点都是单纯的服务器，只是存储节点的硬盘多一些，存储节点服务器不需要具备RAID 的功能，只要能安装Lin ux 即可，控制节点为了保护数据，需要有简单的RAID level 01的功能。
每个存储节点与控制节点至少有2片网卡(千兆、万兆卡都可以，有些也支持i nfiniband)，一片网卡internal 负责内部存储节点与控制节点的沟通、数据迁移，一片external 负责对外应用端的数据读写，一片千兆卡，读可以达到10 0MB，写可以达到70MB，如果你觉得对外一片网卡不够，也可以多装几片。
上面灰色的方块(NFS、HTTP、FTP、WebDav)是应用端，左上角的灰色方块(m gmt console)是一台PC，负责云存储中存储节点的管理。
对应用端看来，云存储只是个文件系统，而且一般来说支持标准的协议，例如NFS、HTTP、FTP、WebDav等等，所以很容易把旧有的系统与云存储结合，应用端不需要作什么改变。
云存储不是要取代现有的盘阵，而是为了应付高速成长的数据量与带宽而产生的新形态存储系统，因此云存储在设计时通常会考虑以下三点：
1. 容量、带宽的扩容是否简便
扩容是不能停机，会自动将新的存储节点容量纳入原来的存储池，不需要做繁复的设定
2. 带宽是否线形增长
使用云存储的客户，很多是考虑未来带宽的增长，因此云存储产品设计的好坏会产生很大的差异，有些十几个节点便达到饱和，这样对未来带宽的扩容就有不利的影响，这一点要事先弄清楚，否则等到发现不符合需求时，已经买了几百TB，后悔就来不及了
3. 管理是否容易
不说google有五万台存储服务器，即使国内也有很多客户有超过500台存储的，若不使用云存储来统一管理，管理500台存储是一个巨大的工作，一不小心就可能导致某些应用的崩溃，因此云存储的应用是一个必然的趋势，当用户把应用迁移到云存储，他管理的就是一台存储，而不是500台甚至五万台存储。
管理一台存储不容易出错，分别管理五万台要不出错就很难了
上面我介绍的是一个纯软件的云存储解决方案，有的产品是硬件的解决方案，他们把橘色的存储节点和蓝色的控制节点，放在一台设备上，这样做的缺点是成本比较高，客户也不能够按照自己的需求，任意选择适合自己规格的硬件，例如读写性能、网卡、硬盘容量等等，因此我个人观点觉得软件的解决方案会成为最后的赢家，因为以云存储使用者的角度来看，他们对成本的要求很高、也不希望放弃他们原有的硬件投入，这些都是硬件的解决方案无法满足的。
云存储的结构模型
与传统的存储设备相比，云存储不仅仅是一个硬件，而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网、和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。
各部分以存储设备为核心，通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务。
云存储系统的结构模型由4层组成。
一、存储层
存储层是云存储最基础的部分。
存储设备可以是FC光纤通道存储设备，可以是NAS和iSCSI等IP存储设备，也可以是SCSI或SAS等DAS存储设备。
云存储中的存储设备往往数量庞大且分布多不同地域，彼此之间通过广域网、互联网或者FC光纤通道网络连接在一起。
存储设备之上是一个统一存储设备管理系统，可以实现存储设备的逻辑虚拟化管理、多链路冗余管理，以及硬件设备的状态监控和故障维护。
二、基础管理层：
基础管理层是云存储最核心的部分，也是云存储中最难以实现的部分。
基础管理层通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。
CDN内容分发系统、数据加密技术保证云存储中的数据不会被未授权的用户所访问，同时，通过各种数据备份和容灾技术和措施可以保证云存储中的数据不会丢失，保证云存储自身的安全和稳定。
三、应用接口层：
应用接口层是云存储最灵活多变的部分。
不同的云存储运营单位可以根据实际业务类型，开发不同的应用服务接口，提供不同的应用服务。
比如视频监控应用平台、IPTV和视频点播应用平台、网络硬盘引用平台，远程数据备份应用平台等。
四、访问层：
任何一个授权用户都可以通过标准的公用应用接口来登录云存储系统，享受云存储服务。
云存储运营单位不同，云存储提供的访问类型和访问手段也不同。