開源系統FreeNAS在數字圖書館數據存儲中的應用研究

張靜鵬 隋會民

東北師范大學圖書館 吉林長春 130024

數字圖書館的發展引起圖書館業務功能的巨大變革，形成一個由網絡、系統、存儲為基礎的有機服務整體。其中，存儲是圖書館資源保存的主要手段，面對數據不斷增長的壓力和為讀者提供優質快捷服務的要求，數字圖書館采用的存儲技術應具有良好的擴展性、可用性、可靠性和靈活性。隨著存儲技術的發展，網絡存儲的優勢越來越明顯，并且已經被廣泛接受，FreeNAS是能用比較小的代價構建網絡存儲的一套開源免費的NAS存儲服務系統。在數字圖書館中研究應用FreeNAS建設網絡存儲，可以將網絡存儲與圖書館業務功能緊密結合，實現圖書館多種類型數據的靈活存儲和使用。

1 NAS存儲技術

網絡存儲技術隨著科學技術的進步得到飛速發展，目前存在幾種成熟的應用結構，它們擁有各自的特點和應用范圍，廣泛地被圖書館使用，主要包括DAS(Direct-Attached Storage，直連式存儲)，NAS(Network-Attached Storage，網絡接入式存儲)和SAN(Storage Area Network，存儲區域網絡)。DAS由于架構簡單，難以提升存儲容量；SAN成本相對較高，易形成信息孤島，不能提供異構環境下的文件共享；NAS具有易擴充和易管理，成本低廉，實現方式多樣等特點，成為數字圖書館存儲系統的首選。

1.1 NAS簡介

NAS是一種基于開放系統向用戶提供文件級服務的特殊專用數據存儲設備架構，可以直接與網絡連接；由于不用掛接任何服務器后端，不會給服務器增加I/O負載。由于NAS完全以數據為中心，能夠將存儲設備與服務器徹底分離，從而實現集中管理數據，并且有效釋放帶寬，提高網絡整體性能，實現有效降低總擁有成本的作用。

1.2 NAS的特點

NAS作為主要的網絡存儲模式已經發展和使用多年，具有自身的一些技術特性。

1.2.1 以網絡為中心，開放的網絡標準協議支持

NAS模式是利用現有的以太網網絡資源來接入專用的網絡存儲設備，不必額外部署昂貴的光纖交換機網絡來連接傳統的存儲設備，用戶對以太網絡的投入得到充分利用。NAS基于開放的網絡標準協議，隨著以太網的帶寬從百兆發展到萬兆，存儲服務的帶寬也得到完全釋放。

1.2.2 實現和部署簡單快捷

NAS從結構上可以分解為存儲設備、網絡部分、控制器。NAS的3個組成部分應用不同的存儲介質、網絡協議和操作系統實現，具有較大的靈活性，利用現有網絡具有空閑的網口接入即可被前端眾多主機使用，使NAS主機、客戶機和其他設備廣泛分布在整個企業的網絡環境中，且NAS存儲設備在數據必須長距離傳送的環境中可以很好地發揮作用。

1.2.3 異構網絡環境下的文件共享

NAS支持Windows，UNIDOS，Macintosh，Linux，Netware等不同操作系統，支持NFS和CIFS協議，可實現不同系統平臺數據的共享和應用[1]。

1.2.4 靈活的管理方式

NAS系統基于對HTTP協議的支持提供Web服務，管理者可以通過瀏覽器遠程訪問NAS進行設定、管理和升級；也可通過LCD界面，用面板上按鈕或者服務器交互界面進行管理[2]。

1.3 圖書館中NAS的實現方法

NAS存儲設備的技術實現方式多樣，硬件廠商基于軟硬一體的整體化設計推出NAS網絡存儲器，使得管理難度大大降低，幾近“零管理，免維護”境界，但這種設備價格相對比較昂貴，且存儲容量擴充較難。在圖書館中應用NAS，應以節約為導向，以科學研究為基礎，主要采用開源軟件實現NAS存儲系統。

目前，被廣泛使用的開源NAS項目主要有5個：FreeNAS，CryptoNAS，Openfiler，NASLite-M2，NanoNAS。本文以使用率高、版本更新快的FreeNAS作為研究對象，進行實際安裝、配置，重點研究與圖書館的業務功能集成應用模式，實現NAS存儲在圖書館中的高效應用。

2 FreeNAS的部署

2.1 FreeNAS介紹

FreeNAS是一套免費的NAS服務器，基于FreeBSD，Samba及PHP，支持CIFS(Samba)，FTP，NFS protocols，Software RAID(0,1,5)及Web界面的設定工具。用戶可通過Windows，Linux，Macs，FTP，SSH及網絡文件系統(NFS)來訪問存儲服務器；FreeNAS可被安裝于硬盤或移動介質USB Flash Disk上，是組建網絡存儲服務器的絕佳選擇，它可免去安裝整套Linux或FreeBSD的煩惱，所占空間不足16 MB[3]。

2.2 FreeNAS安裝

從FreeNAS的官方網站(http://www.freenas.org/)下載FreeNAS 8的安裝鏡像文件，應用USB、CF卡、硬盤、光驅等設備應用鏡像文件進行安裝，當FreeNAS安裝完畢后，可以移除掉這些設備。

安裝過程中，服務器啟動后，經過引導過程(默認)，直接進入安裝控制臺界面，選擇第一項，經過選擇安裝驅動器和確認安裝過程，系統將會自動進行，把FreeNAS安裝到所選擇的驅動器上，服務器再次啟動后將進入配置控制臺界面。

2.3 控制臺配置

FreeNAS啟動后，將進入一個命令行對話控制臺，即配置控制臺界面(如圖1所示)。

圖1 FreeNAS配置控制臺

主要有網絡配置、創建VLAN接口、配置鏈路聚合、配置默認路由、配置靜態路由、配置DNS、重啟WebGUI登錄證書、恢復默認模式、控制命令行等選項。因為FreeNAS可以使用WebGUI實現絕大多數命令行下的功能，能夠極大簡化管理人員的工作，所以在配置控制臺上只需要為存儲配置一個IP地址，以便使用圖形界面管理存儲。在控制臺下選擇“1)Configure Network Interfaces”，進入配置界面。經過選擇網絡適配器、輸入IP和子網掩碼，就為NAS配置了一個IP地址，因為目前IPv6還未廣泛使用，可以越過IPv6設置。

2.4 WebGUI配置

應用FreeNAS的基于Web的圖形用戶界面(如圖2所示)，可以輕松配置和使用FreeNAS的功能。首先完成的配置工作主要為修改顯示語言、修改訪問密碼、設置主機名、設置后臺管理訪問協議、增加用戶名、修改WebGUI protocol、配置時區等，之后完成存儲區域的配置，為FreeNAS設置卷，添加硬盤，增加容量后，就可以根據需要開啟FreeNAS的相關服務，與圖書館的業務集成，提供數據存儲服務。

圖2 基于Web的圖形用戶界面

3 FreeNAS網絡存儲器在數字圖書館中的數據存儲應用

3.1 FreeNAS存儲空間掛載為本地操作系統磁盤

磁盤空間是操作系統安裝和運行應用軟件的保障，FreeNAS可以基于iSCSI協議將自身的存儲空間掛載為Windows和Linux兩種操作系統的磁盤，方便圖書館服務系統和數據存儲的靈活運用。

3.1.1 配置FreeNAS提供iSCSI存儲服務

iSCSI是一種基于TCP/IP的協議，用來建立和管理IP存儲設備、主機和客戶機等之間的相互連接，FreeNAS能基于iSCSI協議提供類似IP-SAN的服務。首先，通過瀏覽器進入此FreeNAS的WebGUI界面，在服務面板中打開iSCSI服務；然后，進入iSCSI配置，依次完成授權存取，Initiators，Portals，Target Global Configuration，Targets，Device and File Extents的設置，最后把Target和Extent關聯起來，完成FreeNAS的iSCSI配置。

3.1.2 Linux系統掛載FreeNAS存儲空間

Linux系統掛載FreeNAS磁盤空間的過程為：啟動系統的iSCSI服務、搜索并連接FreeNAS的iSCSI服務、查看連接情況并掛載。主要命令行代碼如下：

3.1.3 Windows系統掛載FreeNAS存儲空間

Windows系統主要應用iSCSI Initiator(Microsoft提供的iSCSI發起器軟件)連接FreeNAS，將其存儲空間掛載為本地磁盤使用。

掛載過程為：下載安裝iSCSI Initiator；運行iSCSI Initiator，在Discovery選項卡中，增加目標入口；在Targets選項卡中完成選擇，登入設置；在系統的磁盤管理里，找到掛載的新磁盤，進行分區格式化，就可以讓FreeNAS存儲空間被Windows系統作為本地磁盤空間使用。

3.2 異地備份保存館藏數據

圖書館館藏及流通數據是圖書館最重要的數據，在圖書館自動化管理系統API上基于FreeNAS進行開發，可以實現館藏數據的自動備份、自動傳送、異地保存。

3.2.1 應用FreeNAS構建遠程FTP服務器

根據學校校區特點，在分校區圖書館建立FreeNAS網絡存儲器。通過瀏覽器進入此FreeNAS的WebGUI界面，在服務面板中打開FTP服務；進入FTP配置，設置端口、客戶端、連接數等選項，選中僅允許本地用戶登錄；建立FTP訪問用戶，給FTP用戶分配權限，完成遠程FTP服務器的建立。

3.2.2 在圖書館自動化管理系統中定制備份館藏流通數據腳本

我館應用的圖書館自動化管理系統為以色列艾利貝斯公司的ALEPH500系統，具有較強的定制開發能力，基于操作系統的crontab(用來在固定時間或固定間隔執行程序的命令)，編寫perl的腳本代碼并應用，實現了館藏流通數據的定時自動備份。

3.2.3 定制自動上傳備份數據腳本

設置操作系統的crontab，使系統自動備份后，應用編寫的腳本代碼進行已備份文件數據的定時上傳。實現了圖書館館藏和流通數據在異地FreeNAS網絡存儲器上的保存。

3.3 應用FreeNAS實現文件共享

在圖書館業務工作中，圖書館員經常需要傳送和共享文件資料。采用簡單的點對點傳送方式，可以實現文件傳送，但是受到實時在線和不能長久保存的局限。應用FreeNAS搭建文件共享服務器，可以實現館員間快速大批量交換文件和數據。

3.3.1 基于SMB/CIFS建設文件共享服務器

SMB(Server Message Block)是由微軟開發的一種軟件程序級的網絡傳輸協議，主要用來使得一個網絡上的機器共享計算機文件、打印機、串行端口和通訊等資源。隨著Internet的流行，微軟希望將這個協議擴展到Internet上去，成為Internet上計算機之間相互共享數據的一種標準。因此它將原有的SMB協議進行整理，重新命名為CIFS(Common Internet File System)。

通過瀏覽器進入FreeNAS的WebGUI界面，在服務面板中打開CIFS服務；進入CIFS配置，選擇認證方式，填寫NETBIOS名稱、工作組名稱、說明，選擇DOS字符集和UNIX字符集，設置LMB本地主瀏覽服務器、支持大文件讀寫、支持DOS文件屬性、啟用主目錄瀏覽等，完成文件服務器搭建。

3.3.2 使用文件服務器

館員計算機使用文件服務器主要可以通過瀏覽器和命令行兩種方式。瀏覽器方式需要在瀏覽器地址欄中里輸入“\FreeNAS的IP地址”，命令行方式需要在CMD中輸入net use \ FreeNAS的IP地址 用戶密碼/user:用戶名。

3.4 備份保存路由器數據

TFTP(Trivial File Transfer Protocol，簡單文件傳輸協議)是TCP/IP協議族中一個用來在客戶機與服務器之間進行簡單文件傳輸的協議，提供不復雜、開銷不大的文件傳輸服務。路由器可以通過TFTP協議，向服務器上傳保存路由器的配置信息。

3.4.1 應用FreeNAS構建TFTP服務器

通過瀏覽器進入FreeNAS的WebGUI界面，在服務面板中打開TFTP服務；進入TFTP配置，設置存儲目錄，選中允許新建文件，配置端口和用戶名，即可實現TFTP服務器。

3.4.2 將路由器Flash拷出并上傳

通過路由器命令行界面(Command Line Interface，CLI)進入路由器操作系統(Internaetworking Operating System，IOS)中[4]。

執行命令：Router#copy flash tftp。

路由器出現“IP address or name of remote host[]?”，詢問存放Flash的TFTP服務器地址，輸入FreeNAS的地址，出現“filename to write on tftp host?”，詢問以何文件名保存該Flash，鍵入適當的文件名，如：writing lab_20120408，出現writing lab_20120408.ios !!!!!!!!!!!! …… !!!!!!!!!!!!!!!!!!!，5926652 bytes copied in 82.712 secs(71654 bytes/sec)反饋信息，說明保存成功，路由器的配置信息已經備份并上傳至FreeNAS網絡存儲器上。

4 結束語

由于存儲設備的發展速度落后于網絡帶寬的發展，傳統的以服務器為中心的存儲網絡架構面對數據流的大幅增加已經不能夠滿足用戶需求，網絡存儲的發展將以服務器為中心的數據存儲模式逐漸向以數據為中心的數據存儲模式轉化。支持多項網絡協議，能夠跨平臺和系統應用的FreeNAS網絡存儲器，因其安裝部署簡單、容量擴充方便、技術成本低廉、便于與圖書館業務功能系統集成，將會在圖書館數據存儲中發揮極大作用。

[1] 陳立華.淺析NAS及其在圖書館的應用[J].圖書館論壇,2003,23(2):54-55.

[2] 周曉蘭.多功能NAS存儲技術及其在圖書館的應用[J].南通紡織職業技術學院學報:綜合版,2004,4(1):20-22.

[3] 優秀軟件FreeNAS介紹[EB/OL].[2012-04-07].http://freenas.cn/?p=317.

[4] Brian Hill.Cisco完全手冊[M].肖國尊,賈蕾,譯.北京:電子工業出版社,2002.