鐘克吟

（肇慶學院 圖書館，廣東 肇慶 526061）

網(wǎng)格是繼Web之后新的分布式計算平臺，是指在動態(tài)變化的多個虛擬機構間共享資源和協(xié)同解決問題、構筑在Internet上的一組新興技術。網(wǎng)格的實質是要實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通，讓全球資源共享成為可能。

在國內(nèi)外網(wǎng)格的研究和應用領域中，數(shù)字圖書館都起著舉足輕重的作用。它是網(wǎng)格應用中用于組織、利用和管理網(wǎng)格中信息資源的主體，是構成網(wǎng)格高層應用的信息基礎設施。

隨著計算機技術及網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，數(shù)字圖書館呈現(xiàn)信息資源數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型復雜、服務平臺眾多、讀者需求復雜等特點。數(shù)字圖書館面對的存儲對象遠遠超出了傳統(tǒng)圖書館的范圍，傳統(tǒng)的存儲技術（如硬盤存儲、光盤塔存儲、光盤庫存儲等）已無法滿足數(shù)字信息迅猛增長的需求，現(xiàn)有的網(wǎng)絡存儲技術如NAS（Network Attached Storage）、SAN（Storage Area Networking）等也不能有效地緩解如此巨大的存儲壓力[1]。然而，基于網(wǎng)格的存儲技術，由于具有更高的容錯與冗余度，并在負載波動的情況下有更好的性能和更低的成本。因此，構建基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館存儲環(huán)境，不僅能全面有效地解決數(shù)字圖書館的資源存儲問題，而且為網(wǎng)格用戶方便、快速、高效地訪問數(shù)據(jù)提供了支持和保障。

一、基于網(wǎng)格的資源存儲的優(yōu)勢

（一）存儲虛擬化

人們對數(shù)據(jù)信息的廣泛需求導致存儲系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，信息資源的快速增長和管理能力相對不足之間的矛盾日益尖銳，對現(xiàn)有的存儲技術提出了挑戰(zhàn)，而網(wǎng)格技術則能較好地解決這一問題。

網(wǎng)格內(nèi)信息資源的存儲采用存儲虛擬化技術、屏蔽硬件邊界、進程通信和同步的復雜性，將物理存儲設備映射到單一邏輯資源池，從而實現(xiàn)對存儲系統(tǒng)的集中和統(tǒng)一管理，使客戶的存儲系統(tǒng)容納更多的數(shù)據(jù)，也使更多的用戶可以共享同一系統(tǒng)。網(wǎng)格環(huán)境下存儲虛擬化實現(xiàn)了將地理上分布、系統(tǒng)上異構的多種資源通過高速網(wǎng)絡連接起來，進行廣域信息資源的分布共享。

（二）簡化存儲管理

空間數(shù)據(jù)的海量和動態(tài)變化的特點要求存儲系統(tǒng)在容量、數(shù)據(jù)共享和管理策略上能夠方便地升級。盡管現(xiàn)有的網(wǎng)絡存儲解決了其中的一些問題，但是，卻使管理變得更加復雜。而網(wǎng)格存儲以節(jié)點之間的備份為基礎，可以在多重節(jié)點上進行內(nèi)容管理與儲存；它可以將NAS和SAN兩種不同的技術、不同的管理工具、不同的存儲應用融合在一起。因此，網(wǎng)格存儲能使存儲簡單化，可以兼容不同的網(wǎng)絡協(xié)議，支持不同的系統(tǒng)平臺；在各個分布系統(tǒng)上運行而且同步，它具有平臺透明、協(xié)議透明和容易擴展的優(yōu)點；網(wǎng)格存儲還具有很強的可升級性，這有助于采用低廉的成本擴充存儲容量，提升管理能力。

網(wǎng)格存儲能夠集成廣域網(wǎng)環(huán)境下的異構存儲資源，并且將物理分布的各類存儲系統(tǒng)和設備虛擬成單一的存儲系統(tǒng)，能夠提供統(tǒng)一的、透明的、安全的訪問和管理機制，從而使物理上分布的存儲、服務器、網(wǎng)絡設備可以自主地接入到網(wǎng)格中，通過中間層的虛擬化技術，為網(wǎng)格應用層形成統(tǒng)一的訪問接口?？梢姡W(wǎng)格存儲具有大容量、網(wǎng)絡化、容錯性、高效性、自主控制、透明訪問、異構性、協(xié)同化、動態(tài)性等優(yōu)勢[2]。

二、數(shù)字圖書館網(wǎng)格存儲應用模型

（一）網(wǎng)格存儲應用模型體系結構

數(shù)字圖書館網(wǎng)格存儲應用模型是在現(xiàn)有數(shù)字圖書館存儲系統(tǒng)基礎上構建一個能夠整合存儲資源、為用戶屏蔽底層異構存儲資源細節(jié)、具有統(tǒng)一邏輯視圖的高性能虛擬的存儲系統(tǒng)。自下而上，該模型由資源層、連接層、存儲服務層和應用層4個基本層次組成。

資源層具有分布和異構特性，為網(wǎng)格存儲服務提供基本的網(wǎng)絡環(huán)境、物理存儲資源和邏輯存儲資源，包括存儲設備（磁盤陣列、光盤庫和磁帶庫）、存儲系統(tǒng)（DAS、NAS、SAN、IP存儲和集群存儲）、數(shù)據(jù)邏輯存儲系統(tǒng)（文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、檔案庫和元數(shù)據(jù)集）等[3]。

連接層提供不同網(wǎng)格之間的接口，通過文件傳輸協(xié)議GridFTP，為資源層的物理存儲資源和邏輯存儲資源提供安全的數(shù)據(jù)通信能力，實現(xiàn)不同網(wǎng)格之間的通信。主要提供節(jié)點管理、路由服務等，完成管理域、節(jié)點的命名和節(jié)點間的路由和通信。

網(wǎng)格存儲服務層是網(wǎng)格體系結構的核心，能夠對分布式資源進行有效的管理，為整個網(wǎng)格應用提供高效、安全、可靠的服務。在網(wǎng)格資源層的基礎上，通過連接層完成資源的有效共享，屏蔽網(wǎng)格資源層中計算資源的分布和異構特性，向應用層提供透明、一致的使用接口[4]。通過全局命名服務和存儲資源代理將最上層的用戶存儲請求映射為異構分布存儲環(huán)境中的底層存儲操作，并提供核心服務包括：存儲空間管理、元數(shù)據(jù)目錄服務、副本管理和數(shù)據(jù)管理服務等。

應用層主要為用戶提供各種業(yè)務應用，其中包括數(shù)字圖書館資源采集、組織、管理所需的存儲；資源的發(fā)布與服務所需的存儲和本地以及異地容災備份所需的存儲。用戶在該層通過存儲入口，經(jīng)網(wǎng)格存儲授權認證，向下層發(fā)出存取請求。

（二）網(wǎng)格存儲應用模型系統(tǒng)功能

數(shù)字圖書館網(wǎng)格存儲應用模型涉及比較多的功能模塊，本文將研究重點放在網(wǎng)格存儲服務層的4個功能模塊。

1.存儲空間管理

在存儲網(wǎng)格中，有許多不同特點的存儲系統(tǒng)和存儲設備節(jié)點，它們的操作平臺、傳輸協(xié)議、內(nèi)部組成、存儲容量、傳輸介質都可能各不相同。為了把所有存儲空間進行有機的整合，可以將所有的存儲空間虛擬為一個統(tǒng)一的資源池，向用戶或應用提供存儲空間。

存儲空間管理模塊的調度機制負責對所有的存儲資源進行合理調配和規(guī)劃，使存儲空間管理模塊與請求客戶端之間就空間的分配進行協(xié)商，實現(xiàn)空間的動態(tài)分配。當客戶端請求存儲資源時，存儲空間管理模塊為資源分配空間，并調用傳輸服務將資源移動到選定空間內(nèi)。當系統(tǒng)需要空間時，存儲空間管理模塊通過刪除生命周期已經(jīng)過期的資源回收空間，提高網(wǎng)格中存儲空間的利用率[5]。

2.元數(shù)據(jù)目錄服務

元數(shù)據(jù)目錄服務是存儲網(wǎng)格的核心技術之一，為用戶身份認證、數(shù)據(jù)訪問、安全控制和副本管理等提供信息支持，是網(wǎng)格資源管理的基礎所在。

存儲網(wǎng)格元數(shù)據(jù)包含用戶元數(shù)據(jù)、存儲節(jié)點元數(shù)據(jù)、應用元數(shù)據(jù)，所有元數(shù)據(jù)構成元數(shù)據(jù)目錄，是存儲訪問、管理或配置網(wǎng)格資源的特殊數(shù)據(jù)庫。使用元數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)存儲網(wǎng)格環(huán)境下信息資源的異構集成和透明訪問；而目錄服務則提供不同資源的元數(shù)據(jù)集中存儲，將分布異構的信息資源映射為各層元數(shù)據(jù)，在元數(shù)據(jù)和物理資源之間架起聯(lián)系的橋梁，提供統(tǒng)一的接口為用戶提供透明的高性能訪問[6]。元數(shù)據(jù)目錄服務對存儲網(wǎng)格中所有元數(shù)據(jù)目錄進行動態(tài)更新和維護，在此基礎上，對網(wǎng)格中所有信息資源進行收集、組織和更新。

3.副本管理

在存儲網(wǎng)格中，副本管理是將經(jīng)常訪問的信息資源復制，作為該資源的副本放置在距離終端用戶“較近”的位置上。該功能模塊能有效地減少用戶的訪問延遲和網(wǎng)絡流量消耗，達到改善系統(tǒng)的負載平衡和數(shù)據(jù)的安全可靠性。如果資源的正本被破壞或丟失，用戶對這部分資源的訪問可以轉移到其他節(jié)點的副本中，避免了訪問失敗。副本管理有效地提高了資源的可用性和存儲系統(tǒng)的安全性。

4.備份管理

為了保障數(shù)字圖書館數(shù)字資源的高可靠性，備份管理模塊采用本地系統(tǒng)備份和異地系統(tǒng)備份相結合的方式。

本地備份在存儲系統(tǒng)本地進行監(jiān)控、管理和備份策略的制定等；提供介質管理功能，包括磁帶復制、磁帶庫以及驅動器共享和對所有備份以及恢復操作進行實時、歷史數(shù)據(jù)分析。異地備份主要負責在異地備份系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)的備份，提供同步、異步的基于邏輯層和物理層的數(shù)據(jù)備份能力，以及對異地存儲系統(tǒng)的調度、管理、分級存儲和備份策略的制定等功能。

網(wǎng)格技術強調各種資源的廣泛共享和相互協(xié)作，網(wǎng)格存儲將網(wǎng)格中分布的數(shù)據(jù)庫、存儲設備、文件系統(tǒng)等進行有機地整合，形成一個高可用性、可管理性、可擴充性和高安全性的網(wǎng)格存儲環(huán)境，有效地滿足數(shù)字圖書館資源存儲的需求，是未來數(shù)字圖書館資源存儲的發(fā)展方向。

[1] 余玲,李玉海.基于網(wǎng)格的數(shù)字圖書館資源存儲研究[J].情報雜志,2007(9)：105-110.

[2] 龔超,盛曉艷,華江鋒.網(wǎng)格技術與信息資源存儲和共享[J].電腦知識與技術,2007(2)：342-343.

[3] 孫瑜,李志平.網(wǎng)格資源管理體系結構模型研究[J].計算機工程與應用,2003(17)：26-29.

[4] 李莉.存儲網(wǎng)格在數(shù)字圖書館中的應用[J].情報探索，2010(3)：94-96.

[5] 劉波.基于存儲網(wǎng)格的醫(yī)學信息資源智能存儲系統(tǒng)研究[J].蘭臺世界,2011(24)：13-14.

[6] 程坤.數(shù)據(jù)網(wǎng)格中目錄服務的研究與應用[D].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學,2006(5)：12-15.