〔摘 要〕就當(dāng)前高校數(shù)字圖書館海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的現(xiàn)狀及需求而言，構(gòu)建一個(gè)安全、高效的存儲(chǔ)后臺(tái)已成為數(shù)字圖書館建設(shè)中的重要任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)模式主要有DAS、NAS、SAN 3種，且各具特色，但由于SAN架構(gòu)具有集中管理和高性能存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代存儲(chǔ)模式中脫穎而出，成為當(dāng)前數(shù)字圖書館普遍采用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式。本文通過(guò)對(duì)不同存儲(chǔ)架構(gòu)的對(duì)比分析，提出一種切實(shí)可行的基于IP-SAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方案。

〔關(guān)鍵詞〕數(shù)字圖書館；網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)；FC-SAN；IP-SAN；DAS；NAS；iSCSI

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１０．１２．０２１

〔中圖分類號(hào)〕Ｇ２５０.７６ 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕Ａ 〔文章編號(hào)〕１００８－０８２１（２０１０）１２－００７７－０４

Study and Practice on the Construction of Storage Network in Digital LibraryZhu Guangju

（Library，Yunnan Normal University，Kunming 650092，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Aiming at the current situation and the demand of mass data storage in digital libraries，it is important to build a secured and efficient database in the construction of digital libraries.There are three main types of network storage model，namely，DAS，NAS and SAN，with their own characteristics.For SAN architecture has centralized management and high-performance storage characters，it is widely used in modern digital library network storage as a storage pattern currently.This article analysed different storage architectures，then proposed a practical storage solution based on IP SAN.It will be ensure the consistency of the data，safety and reliability.At the same time，it will achieve a centralized management and accessing of different data and will provide a safe efficient management environment of storage，and it has good expansibility.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕digital library;network storage;FC-SAN;IP-SAN;DAS;NAS;iSCSI

高校數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)不僅存儲(chǔ)了大量的中外文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字圖書及音像視頻資料等，還有一些自建的特色資源庫(kù)。隨著信息數(shù)據(jù)的急劇增長(zhǎng)以及對(duì)數(shù)據(jù)安全性的考慮，建立一個(gè)完備的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)是高校圖書館亟待解決的重要任務(wù)。建立存儲(chǔ)系統(tǒng)不僅要考慮到大容量存儲(chǔ)、存儲(chǔ)整合、分級(jí)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、虛擬化、遠(yuǎn)程容災(zāi)等，還應(yīng)考慮到不同的應(yīng)用對(duì)以太網(wǎng)和光纖網(wǎng)等不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求。因此，建設(shè)一個(gè)高性能、高可用的存儲(chǔ)后臺(tái)，為龐大的數(shù)字資源提供一個(gè)安全存儲(chǔ)、高效管理的環(huán)境，已經(jīng)成為高校數(shù)字圖書館建設(shè)中面臨的中心任務(wù)。

１ 不同存儲(chǔ)架構(gòu)的對(duì)比分析

１.１ 直接附加存儲(chǔ)(DAS，Direct Attached Storage)

直接附加存儲(chǔ)指將SCSI或光纖信道的磁盤陣列、光盤庫(kù)、磁帶庫(kù)等大容量存儲(chǔ)設(shè)備直接連接到服務(wù)器，是一種以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)方式［１］。DAS的缺點(diǎn)是服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備獨(dú)立相連，存儲(chǔ)設(shè)備的資源難以共享且利用率低［２］。DAS是一種非常類似于PC機(jī)的最原始的存儲(chǔ)方式，不適合大容量的存儲(chǔ)，現(xiàn)在只應(yīng)用在一些小數(shù)據(jù)量的單機(jī)應(yīng)用上，比如云南師范大學(xué)圖書館的圖書館管理系統(tǒng)ILASII，存儲(chǔ)容量在2G左右，目前使用DAS存儲(chǔ)方式。

１.２ 網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)(NAS，Network Attached Storage)

網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)是一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，內(nèi)嵌操作系統(tǒng)及管理軟件，使用傳統(tǒng)以太網(wǎng)和IP協(xié)議，采用TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，可提供跨平臺(tái)文件共享功能［３］。NAS架構(gòu)的缺點(diǎn)是擴(kuò)展性受設(shè)備限制；性能受網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制（數(shù)據(jù)讀寫占用網(wǎng)絡(luò)帶寬）；對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行備份時(shí)，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞；很難與現(xiàn)有備份系統(tǒng)集成，因此NAS的備份與恢復(fù)實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難［４］。因此，NAS存儲(chǔ)方式適合于文件級(jí)共享存儲(chǔ)，而不適于基于數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)。為了保護(hù)以往的投資，可以和SAN組合使用，以發(fā)揮各自的特長(zhǎng)。

１.３ 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN，Storage Area Network)

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)從它的物理架構(gòu)來(lái)定義，高性能的光纖通道交換機(jī)、集線器，系列存儲(chǔ)設(shè)備和相關(guān)服務(wù)器，通過(guò)光纖通道網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而組成的SAN系統(tǒng)［３］。SAN存儲(chǔ)方式的特點(diǎn)是服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備在硬件上已分離開來(lái)，并且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)?？梢灾苯訉?duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行操作如增加磁盤、劃分磁盤、初使化、變更RAID方式等而不再通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器。除些之外，SAN還具有良好的兼容性，可以跟其它存儲(chǔ)方式組合使用，是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式。

２ FC-SAN與IP-SAN的對(duì)比分析

最初的SAN是基于光纖通道技術(shù)的，其數(shù)據(jù)傳輸快、可靠性高、擴(kuò)展性好，但價(jià)格比較昂貴。使用FC-SAN搭建存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，必須配套使用HBA卡、光纖交換機(jī)、光纖磁盤陣列等昂貴的硬件設(shè)備，并且管理也較為復(fù)雜。除些之外，F(xiàn)C IP協(xié)議只能用于光纖通道技術(shù)的連接，互操作性仍是目前FC-SAN實(shí)施過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，從而易形成信息孤島［５］。鑒于此，出現(xiàn)了一種是基于iSCSI技術(shù)的SAN（稱為IP-SAN），它是一種在以太網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)供硬件設(shè)備使用的，可以在IP協(xié)議上運(yùn)行的SCSI指令集，無(wú)需采用專用光纖通道網(wǎng)絡(luò)，因而使用戶能夠在連接其服務(wù)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相同IP網(wǎng)絡(luò)上部署入門級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)［５］，解決了遠(yuǎn)程傳輸?shù)膯?wèn)題。換句話說(shuō)，IP-SAN采用了一種更廉價(jià)的IP方式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)集中存儲(chǔ)，除了傳輸速度以外，幾乎實(shí)現(xiàn)FC-SAN的所有功能，在某些方面甚至比FC-SAN更具優(yōu)勢(shì)。表１詳細(xì)比較了FC-SAN與IP-SAN的差異。

表１ FC-SAN與IP-SAN的比較

項(xiàng)目IP-SAN(iSCSI)FC-SAN網(wǎng)絡(luò)速度1Gb/s、10Gb/s1Gb/s、2Gb/s、4Gb/s接口卡成本軟件版Initiator、TOE HBA、IP HBA，價(jià)格從低到高專用FC HBA，價(jià)格相對(duì)較高成本投入購(gòu)買及維護(hù)成本低購(gòu)買及維護(hù)成本較高軟件支持主要有備份、快照、鏡像等軟件支持豐富傳輸距離無(wú)傳輸距離限制，衰減率低本地FC-SAN，小于100m保證數(shù)據(jù)安全傳送可使用多種安全方法無(wú)安全機(jī)制及安全通用協(xié)議傳輸質(zhì)量通過(guò)局域網(wǎng)封包傳輸，穩(wěn)定性較差通過(guò)專用光纖通道，傳輸速度快、穩(wěn)定性好主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)封裝的

負(fù)擔(dān)大小千兆網(wǎng)卡＋軟件方式，會(huì)增加主機(jī)負(fù)擔(dān)；IP HBA卡方式，不造成主機(jī)負(fù)擔(dān)分段和重組操作是在網(wǎng)卡中實(shí)現(xiàn)的，因此減輕了主機(jī)CPU的負(fù)擔(dān)兼容性能整合各種存儲(chǔ)設(shè)備，有效保護(hù)以往投資設(shè)備的互操作性較差，易形成信息孤島容災(zāi)情況本身包含數(shù)據(jù)容災(zāi)功能需另購(gòu)與高端設(shè)備搭配的容災(zāi)軟件使用和維護(hù)操作簡(jiǎn)單，管理方便技術(shù)和管理復(fù)雜，需長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)培訓(xùn)，對(duì)技術(shù)人員要求較高

２０１０年１２月第３０卷第１２期高校數(shù)字圖書館存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)研究與實(shí)踐Ｄｅｃ.，２０１０由于IP技術(shù)發(fā)展已很成熟，IP-SAN可以借助IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)延伸至各種應(yīng)用中，不僅解決了FC-SAN的劣勢(shì)，即信息孤島問(wèn)題，還可以通過(guò)IP-SAN來(lái)連接各個(gè)FC-SAN孤島，解決了遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題。通過(guò)使用標(biāo)淮數(shù)據(jù)傳輸通道、接口及虛擬化管理技術(shù)，IP-SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可以與各種磁盤陣列兼容。目前來(lái)看，盡管基于千兆以太網(wǎng)的IP技術(shù)與基于光纖的FC-SAN在傳輸速度上還存在一定的差距，但隨著萬(wàn)兆以太網(wǎng)的普及，相信IP-SAN的性能會(huì)得到很快提升。就網(wǎng)絡(luò)的靈活性、兼容性、可擴(kuò)展性、管理和維護(hù)、數(shù)據(jù)容災(zāi)及整體擁有成本來(lái)看，IP-SAN具有明顯優(yōu)勢(shì)，是高校圖書館網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的理想選擇。

３ 數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

３.１ 存儲(chǔ)現(xiàn)狀分析與未來(lái)建設(shè)目標(biāo)

云南師大圖書館非常重視信息化和電子資源的建設(shè)，目前已購(gòu)置多個(gè)學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，其中中文數(shù)據(jù)庫(kù)有中國(guó)知網(wǎng)CNKI、萬(wàn)方、維普、人大復(fù)印資料等，電子圖書有方正Apabi、書生之家、超星等，外文數(shù)據(jù)庫(kù)有ProQuest、Gale、EBSCO、國(guó)道外文數(shù)據(jù)庫(kù)等，此外還有網(wǎng)上報(bào)告廳等視頻數(shù)據(jù)庫(kù)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)都是國(guó)內(nèi)外比較重要、權(quán)威的、包含學(xué)科范圍廣泛的大型綜合性全文數(shù)據(jù)庫(kù)，形成紙質(zhì)資源和電子的互補(bǔ)，擴(kuò)大了師生獲取信息的途徑，受到了師生們的普遍歡迎，利用率很高。另外，還自建了館藏中外文圖文報(bào)刊書目數(shù)據(jù)庫(kù)、古籍、西南聯(lián)大特藏圖書、西南聯(lián)大文庫(kù)等幾個(gè)特色數(shù)字資源庫(kù)，正在著手建設(shè)云南師大專家信息庫(kù)、云南師大專家論文、論著數(shù)據(jù)庫(kù)和博碩論文數(shù)據(jù)庫(kù)等特色數(shù)據(jù)庫(kù)以及即將建設(shè)的云南省級(jí)中心Calis文獻(xiàn)保障系統(tǒng)等，原文總?cè)萘扛哌_(dá)40TB。逐步形成紙質(zhì)文獻(xiàn)與電子文獻(xiàn)兼?zhèn)?、文字類資源與多媒體類資源互補(bǔ)的藏書特點(diǎn)。

目前圖書館主要存儲(chǔ)索引文件，采用DAS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，這種架構(gòu)使得我館數(shù)字資源只能存儲(chǔ)在各服務(wù)器自帶的硬盤中，而這種存儲(chǔ)方式從數(shù)據(jù)管理、安全性、穩(wěn)定性及擴(kuò)展性及數(shù)據(jù)共享方面都比較差。為了讓新館更高效地服務(wù)讀者，滿足讀者日益增長(zhǎng)的文獻(xiàn)及信息需求，圖書館對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能、帶寬、安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。我館網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，可根據(jù)不同應(yīng)用訪問(wèn)需求進(jìn)行分級(jí)存儲(chǔ)并實(shí)自動(dòng)數(shù)據(jù)漂移，具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，具有自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能，能保障數(shù)據(jù)安全，易于管理。

３.２ 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)系統(tǒng)是圖書館信息中心系統(tǒng)的核心部分、它擔(dān)負(fù)著集中式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份、歸檔、容災(zāi)。為前端的應(yīng)用、WEB、數(shù)據(jù)庫(kù)提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)所在中心。根據(jù)整個(gè)圖書館對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的高性能、高帶寬、高安全性、高穩(wěn)定性的要求，建立一個(gè)以虛擬化技術(shù)為核心的存儲(chǔ)中心。能夠滿足用戶對(duì)性能、安全的要求。同時(shí)又具有高可用性、運(yùn)行性能、平滑的可擴(kuò)充性、采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放性、以及可維護(hù)性、簡(jiǎn)易性。作為一個(gè)圖書館數(shù)據(jù)中心龐大的存儲(chǔ)系統(tǒng)，一個(gè)詳細(xì)、務(wù)實(shí)、具有前瞻性和技術(shù)先進(jìn)性的方案是非常重要的。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的原則是：①數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；②系統(tǒng)的性能；③系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；④系統(tǒng)的靈活性；⑤系統(tǒng)管理的簡(jiǎn)單性。根據(jù)本館經(jīng)費(fèi)情況，結(jié)合性價(jià)比，本館擬采用以iSCSI技術(shù)為核心的IP-SAN存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖１ 圖書館網(wǎng)絡(luò)核心存儲(chǔ)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以一臺(tái)匯聚交換機(jī)為中心，連接和管理服務(wù)器群交換機(jī)與各樓層交換機(jī)。在IP-SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)架構(gòu)中，用兩臺(tái)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的存儲(chǔ)以太網(wǎng)交換機(jī)組成了雙冗余SAN架構(gòu)的核心以連接應(yīng)用服務(wù)器平臺(tái)與存儲(chǔ)設(shè)備及虛擬磁帶庫(kù)，這樣不僅起到冗余的作用，還能起到負(fù)載均衡的作用。如圖１所示，每臺(tái)連入SAN網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器均安裝4塊以太網(wǎng)卡，并加入TOE模塊，其中2塊網(wǎng)卡分別與兩臺(tái)存儲(chǔ)交換機(jī)相連，另外2塊連接到服務(wù)器群交換機(jī)。中心存儲(chǔ)由4臺(tái)Equallogic PS6000磁盤陣列組成，通過(guò)存儲(chǔ)管理軟件整合為一個(gè)40T的大容量動(dòng)態(tài)虛擬存儲(chǔ)池。存儲(chǔ)池可以根據(jù)應(yīng)用需求創(chuàng)建不同的邏輯卷，邏輯卷不但可以跨磁盤陣列分布在4個(gè)磁盤陣列上，也可以根據(jù)需要將邏輯卷動(dòng)態(tài)漂移在不同的磁盤陣列上，形成16Gb的高速I/O帶寬。存儲(chǔ)硬盤由高速SAS盤和大容量SATA盤組成，對(duì)于訪問(wèn)頻率較高、數(shù)據(jù)量小的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在性能較好的SAS磁盤陣列中，對(duì)于使用頻率一般且容量大的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在SATA磁盤陣列中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)存儲(chǔ)。

在數(shù)據(jù)備份、容災(zāi)方面，采用PS4000E磁盤陣列，通過(guò)虛擬管理軟件進(jìn)行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)異地存儲(chǔ)，也可以與主存儲(chǔ)整合。由于商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過(guò)廠商重新獲取，所以備份主要對(duì)核心系統(tǒng)及自建數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行，這樣可以節(jié)余成本，數(shù)據(jù)恢復(fù)也較快。由于自建數(shù)據(jù)庫(kù)增長(zhǎng)不是很快，數(shù)據(jù)變化量不大，備份時(shí)間可以安排在圖書館閉館時(shí)間進(jìn)行，如期末做全備份，平時(shí)夜間或周末做增量或差分備份即可。

３.３ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的特性

本數(shù)字圖書館存儲(chǔ)架構(gòu)方案設(shè)計(jì)集中體現(xiàn)了如下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（１）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理。采用以iSCSI技術(shù)搭建的IP-SAN存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)，解決數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)和管理的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享。

（２）冗余的IP-SAN存儲(chǔ)架構(gòu)。通過(guò)兩個(gè)存儲(chǔ)交換機(jī)和冗余接口，使得整個(gè)SAN形成冗余，防止單點(diǎn)故障， 相互還能起到備援及負(fù)載均衡的作用。

（３）數(shù)據(jù)分級(jí)存儲(chǔ)。不同硬盤的磁盤陳列，實(shí)現(xiàn)了分級(jí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)管理模式，根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性和訪問(wèn)率，自動(dòng)科學(xué)、合理地組織和分布數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

（４）多個(gè)物理磁盤陣列組成一個(gè)虛擬盤陣，其大小可以隨著應(yīng)用的需求任意進(jìn)行擴(kuò)充與縮小，不受到物理設(shè)備的限制。LUN能夠漂移在不同物理陣列上，能夠跨物理陣列實(shí)現(xiàn)LUN，因此能充分利用所有物理存儲(chǔ)設(shè)備的處理能力，使得磁盤陣列能夠做到容量和處理能力一起線性擴(kuò)容。

（５）自動(dòng)精簡(jiǎn)配置功能能夠?qū)崿F(xiàn)了磁盤陣列的自我學(xué)習(xí)、自我管理、自我優(yōu)化，極大程度降低磁盤陣列的管理復(fù)雜性。

（６）數(shù)據(jù)的安全性。采用虛擬磁帶庫(kù)的方式，通過(guò)備份軟件或自帶的鏡像、快照軟件對(duì)重要數(shù)據(jù)及自建數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)備份，保障了核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)和館藏?cái)?shù)據(jù)的安全。

４ 結(jié)束語(yǔ)

IP技術(shù)是目前使用最多的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其標(biāo)準(zhǔn)性和開放性早已成為共識(shí)。系統(tǒng)基于以太網(wǎng)的SAN架構(gòu)，通過(guò)iSCSI協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間快速傳輸，而且IP網(wǎng)絡(luò)具有較高的可靠性、容易管理、可擴(kuò)展性極強(qiáng)、自適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，提供了優(yōu)良的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制和容災(zāi)特性，為云南師大數(shù)字圖書館海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提供了一個(gè)切實(shí)可行的解決方案和保障。隨著萬(wàn)兆以太網(wǎng)的推廣，IP-SAN所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)會(huì)顛覆SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的重心，成為高校數(shù)字圖書館的首要選擇。

參考文獻(xiàn)

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