圖書館存儲(chǔ)及擴(kuò)展方案

[摘 要]在對(duì)現(xiàn)階段數(shù)字圖書館的主流存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了介紹、比較的基礎(chǔ)上，分析各種技術(shù)的優(yōu)劣，并以湖南圖書館為例，根據(jù)實(shí)際情況探討了存儲(chǔ)的解決方案。

[關(guān)鍵詞]圖書館;DAS;NAS;SAN;存儲(chǔ)方案

[中圖分類號(hào)]G250[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B[文章編號(hào)]1005-6041(2010)05-0075-04

1 背景分析

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，圖書館數(shù)字化步伐日益加快，數(shù)字資源日漸增多，這種情況的出現(xiàn)對(duì)電子數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也提出了新的要求。不僅在存儲(chǔ)容量上呈現(xiàn)幾何級(jí)的增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能、數(shù)據(jù)傳輸性能、數(shù)據(jù)管理能力、存儲(chǔ)擴(kuò)展能力等多個(gè)方面的技術(shù)革新也提上日程。可以說(shuō)，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)綜合性能的優(yōu)劣，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

因此，發(fā)展一種高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，使之在安全、高效、快速的使用前提下保證日益增多的數(shù)據(jù)的安全，已是現(xiàn)代圖書館必須面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。

2 存儲(chǔ)架構(gòu)

目前主流存儲(chǔ)主要有(見(jiàn)圖一)^[1]內(nèi)置存儲(chǔ)和外掛存儲(chǔ)。外掛存儲(chǔ)根據(jù)連接的方式又分為:直連式存儲(chǔ)(Direct-Attached Storage，簡(jiǎn)稱DAS)和網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)(Fabric-Attached Storage，簡(jiǎn)稱FAS);網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)根據(jù)傳輸協(xié)議分為:網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)(Network-Attached Storage，簡(jiǎn)稱NAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network，簡(jiǎn)稱SAN)。

今天的存儲(chǔ)架構(gòu)主要有直連式存儲(chǔ)(DAS)、網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)(NAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。DAS(Direct-Attached Storage) 即直接連接存儲(chǔ)技術(shù)，這是以主機(jī)為中心的傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量少時(shí)使用得比較多。NAS (Network Attached Storage) 即網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)方式，它在圖書館的應(yīng)用經(jīng)歷過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間，有一定的優(yōu)勢(shì)。NAS是以專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲(chǔ)及文件備份為中心的存儲(chǔ)方式，特別合適對(duì)的文件存儲(chǔ)，因此是現(xiàn)在較常用的一種存儲(chǔ)方式。SAN(Stroage Area Network) 即存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)，現(xiàn)技術(shù)也比較成熟，其采用高速的光纖通道作為傳輸媒介，將存儲(chǔ)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化，實(shí)現(xiàn)真正的高速、安全、共享存儲(chǔ)，合適對(duì)大容量、高速率、高安全數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也是現(xiàn)今主流存儲(chǔ)模式。

3 DAS、NAS、SAN存儲(chǔ)方案比較^[2]

3.1 DAS

開放系統(tǒng)的直連式存儲(chǔ)(Direct-Attached Storage，簡(jiǎn)稱DAS)已有很長(zhǎng)的使用歷史了，它將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)SCSI接口或光纖通道直接連接到服務(wù)器上，是以主機(jī)為中心的存儲(chǔ)方式。這種連接方式主要應(yīng)用于單機(jī)或多臺(tái)主機(jī)的環(huán)境中。優(yōu)點(diǎn):存儲(chǔ)容量擴(kuò)展實(shí)施簡(jiǎn)單，投入成本少，見(jiàn)效快。缺點(diǎn):1)不能提供跨平臺(tái)的文件共享功能;2)用戶要備份數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這就占用了服務(wù)器主機(jī)資源(包括CPU、系統(tǒng)I/O等)，降低了服務(wù)器的管理效能;3)由于各個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)需要逐一備份，使數(shù)據(jù)備份工作較為困難;4)隨著服務(wù)器的增多，數(shù)據(jù)管理會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，增加存儲(chǔ)設(shè)備或擴(kuò)展存儲(chǔ)容量都會(huì)造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停機(jī)，這樣做容易中斷單位業(yè)務(wù)的連接性，造成數(shù)據(jù)丟失。隨著用戶數(shù)據(jù)的不斷增長(zhǎng)，尤其是容量達(dá)到數(shù)百GB以上時(shí)，其在備份、恢復(fù)、擴(kuò)展、災(zāi)備等方面的問(wèn)題會(huì)越來(lái)越困擾系統(tǒng)管理員。

3.2 NAS

網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)(Network-Attached Storage，簡(jiǎn)稱NAS)采用網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP、ATM、FDDI)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連[JP2]接存儲(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器主機(jī)，建立專用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)私網(wǎng)。 優(yōu)點(diǎn):1)隨著局域網(wǎng)的發(fā)展，傳輸速率越來(lái)越高。2)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，易于管理、備份。3)專門針對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，文件服務(wù)十分便利。 缺點(diǎn):1)NAS采用file I/O方式，因此當(dāng)客戶端數(shù)目或來(lái)自客戶端的請(qǐng)求較多時(shí)，NAS服務(wù)器的性能仍將成為系統(tǒng)的瓶頸;2)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份時(shí)需要占用LAN的帶寬，造成資源浪費(fèi);3)NAS只能對(duì)單個(gè)存儲(chǔ)(單個(gè)NAS內(nèi)部)設(shè)備中的磁盤進(jìn)行資源整合，目前還無(wú)法跨越不同的NAS設(shè)備，只能進(jìn)行單獨(dú)管理，不適合密集型、大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸。NAS適用于電子出版、中小型公司企業(yè)、中小型組織、部門網(wǎng)絡(luò)等那些對(duì)數(shù)據(jù)量有相對(duì)較大需求的應(yīng)用實(shí)體。

3.3 SAN

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(Storage Area Networ，簡(jiǎn)稱SAN)，SAN通常由RAID陣列連接光纖通道(FibreChanel)組成，通過(guò)光纖通道交換機(jī)連接存儲(chǔ)陣列和服務(wù)器主機(jī)，建立專用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)處理以“塊級(jí)”形式進(jìn)行。SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)獨(dú)立于LAN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的備份、恢復(fù)、存取等處理都是在SAN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的，因此稱之為“服務(wù)器背后的網(wǎng)絡(luò)”。優(yōu)點(diǎn):1)采用SAN架構(gòu)可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)的共享和空間的分配。2)存儲(chǔ)設(shè)備的擴(kuò)容非常方便，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，且設(shè)備的兼容性較強(qiáng)，幾乎可以兼容現(xiàn)在市場(chǎng)上的所有設(shè)備，升級(jí)方便。3)將服務(wù)器中的應(yīng)用設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備分開，并保持相對(duì)的完整性，具備數(shù)據(jù)交換的高速度和運(yùn)算的高性能。4)由于獨(dú)立存儲(chǔ)大大降低了LAN上信息處理的負(fù)擔(dān)，緩解了LAN在信息處理上的瓶頸，大量的網(wǎng)絡(luò)傳輸資源被釋放出來(lái)。5)通過(guò)SAN的管理軟件，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的所有存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行有效的管理，及時(shí)檢測(cè)各服務(wù)器后面的存儲(chǔ)設(shè)備是否正常工作，管理和維護(hù)十分方便。6)存儲(chǔ)設(shè)備集中后，可方便建立異地容災(zāi)中心，實(shí)施異地存儲(chǔ)和容災(zāi)。

4 湖南圖書館現(xiàn)狀及存儲(chǔ)方案

湖南圖書館現(xiàn)有各種服務(wù)器將近30臺(tái)，作為不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分別運(yùn)行著Windows 2003 、Linux AS4U和Sun Solaris、 SCO UINX等多種操作系統(tǒng)。截至今天僅其中的電子圖書、CNKI、維普、文化共享等數(shù)字資源(包括視頻、音頻、文件、圖片等)就已到20T之多，且每年的增幅在不斷加大，由以前每年不到1T到現(xiàn)在不少于2T的速度在增加。因湖南圖書館資源占用空間多，且數(shù)據(jù)增長(zhǎng)快，對(duì)存儲(chǔ)的擴(kuò)展性要求高。由于圖書館數(shù)據(jù)訪問(wèn)量大、交換頻繁，因此對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全有較高要求。

根據(jù)湖南圖書館實(shí)際的應(yīng)用情況，選用SAN架構(gòu)作為存儲(chǔ)平臺(tái)^[3]，其優(yōu)勢(shì)如下:1)能輕松滿足圖書館大量數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、管理、共享，且頻繁的數(shù)據(jù)交換不會(huì)成為傳輸瓶頸。2)存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)展性，能夠滿足圖書館數(shù)字資源不斷增長(zhǎng)的需求;3)能進(jìn)行虛擬化和集中化管理，具有優(yōu)秀的異構(gòu)軟硬件平臺(tái)支持能力;4)存儲(chǔ)系統(tǒng)安全、可靠，具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)能力。

5 系統(tǒng)構(gòu)成方案^[4]

湖南圖書館現(xiàn)在的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是在2003年原有基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的，2003年其存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2。

存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的是DELL|EMC CX400 2G全光纖磁盤陣列， 提供雙工作冗余存儲(chǔ)處理器，支持最多同時(shí)64臺(tái)各類主機(jī)系統(tǒng)的連接共享。CX400前端配置有4個(gè)主機(jī)接口通道，提供總共680MB/S的光纖通道訪問(wèn)帶寬，因此完全可以滿足當(dāng)時(shí)湖南圖書館的需要。系統(tǒng)中多臺(tái)服務(wù)器通過(guò)SAN架構(gòu)共享一套磁盤陣列，各服務(wù)器分別插上光纖卡，通過(guò)光纖線路和SAN光纖交換機(jī)相連，滿足高速存儲(chǔ)的要求。其他應(yīng)用服務(wù)器則直接與思科千兆交換機(jī)相連，組成LAN。其中備份服務(wù)器分別與光纖交換機(jī)和思科千兆交換機(jī)相連，再通過(guò)SAS線連接磁帶機(jī)，主機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)設(shè)備均與備份服務(wù)器相連，滿足各服務(wù)器快速備份的需求。

實(shí)施后效果如下:1)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度大大提高。存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)光纖交換機(jī)組成了獨(dú)立單元，不受LAN數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀瑢?shí)現(xiàn)了高速存儲(chǔ)，解決了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁科款i。2)集中存儲(chǔ)。通過(guò)管理軟件大大增加了對(duì)數(shù)據(jù)的管理、檢測(cè)與維護(hù)。3)備份服務(wù)器分別與光纖交換機(jī)和思科千兆交換機(jī)相連，磁盤陣列的大容量數(shù)據(jù)則直接以光纖交換機(jī)備份，不影響LAN網(wǎng)絡(luò)的帶寬與資源，而小量的應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)則通過(guò)LAN直接備份，對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響很小。4)限于當(dāng)時(shí)情況，沒(méi)有實(shí)行雙光纖交換機(jī)存儲(chǔ)以達(dá)到冗余的目的，但SAN的高可靠性，仍保證了數(shù)據(jù)的安全。此方案實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)的高性能、高可靠性、安全性，滿足了圖書館當(dāng)時(shí)的要求。

6 存儲(chǔ)擴(kuò)展方案

隨著數(shù)據(jù)的日益增加，存儲(chǔ)空間不斷減少，存儲(chǔ)系統(tǒng)必須進(jìn)行擴(kuò)展。因DELL/EMC存儲(chǔ)已達(dá)到擴(kuò)展極限，考慮到以后的擴(kuò)展以及更好的安全需要，再購(gòu)買了一套磁盤陣列及光纖交換機(jī)，磁盤陣列采用聯(lián)想LENOVO-HDS AMS500存儲(chǔ)。聯(lián)想LENOVO-HDS AMS500為雙Active Raid控制器，支持FC-SAN，為4Gb全光纖、全冗余模塊化體系結(jié)構(gòu)，有4個(gè)4Gbps光纖主機(jī)接口，支持路徑冗余與故障切換、負(fù)載均衡、熱備、數(shù)據(jù)快照、遠(yuǎn)程管理、圖形化管理界面、日志查看等功能。擴(kuò)展后其架構(gòu)見(jiàn)圖3。

在上述的方案中，一臺(tái)原有的光纖交換機(jī)，加上新的聯(lián)想光纖交換機(jī)，每臺(tái)服務(wù)器通過(guò)兩個(gè)光纖適配卡分別接入到兩臺(tái)光纖交換機(jī)上。而光纖陣列則提供兩個(gè)主機(jī)接口，分別接入到兩臺(tái)交換機(jī)上，提供線路冗余。系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上完全是冗余設(shè)計(jì)，不存在單點(diǎn)故障。上述方案沒(méi)有對(duì)原有結(jié)構(gòu)作大幅調(diào)整，只增加了一套存儲(chǔ)系統(tǒng)，卻大大增加了存儲(chǔ)空間，特別是解決了上次存儲(chǔ)方案的冗余性問(wèn)題，安全性也得到了進(jìn)一步保證。既保護(hù)了原有的投資，實(shí)現(xiàn)了與原有硬件資源的有機(jī)整合，又滿足了發(fā)展的需要。

7 總 結(jié)

隨著數(shù)字資源的不斷增多，圖書館存儲(chǔ)系統(tǒng)也變得更加重要，對(duì)其性能要求(如速度、安全、管理)也越來(lái)越高。上面介紹了各存儲(chǔ)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及湖南圖書館的存儲(chǔ)解決方案， 可以看到SAN相比其他方案，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，以其很強(qiáng)的擴(kuò)充能力以及平臺(tái)兼容性好、大容量、安全性高在圖書館存儲(chǔ)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙文輝.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

[2] 高龍華.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的分析與比較[J].現(xiàn)代通信，2002(12):12—13.

[3] 陶 琳.SAN存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究[J]，辦公自動(dòng)化雜志，2009(6):43—44.

[4] 朱應(yīng)國(guó)，王東亮. 基于SAN的高校圖書館存儲(chǔ)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2009(10):44—46.

[收稿時(shí)間]2010-04-02

[作者簡(jiǎn)介][JP2]黃 凱(1984—)，男，本科，助理館員，研究方向:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);蔡 璐(1976—)，女，碩士，館員，研究方向:圖書館信息化建設(shè);黃 浩(1983—)，男，本科，助理館員.