李　靜　董　倩

〔摘 要〕本文對(duì)數(shù)字圖書(shū)館的現(xiàn)行存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,分析NAS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢(shì),探討為現(xiàn)代數(shù)字圖書(shū)館建設(shè)提出適宜的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)。

〔關(guān)鍵詞〕網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ);存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò);NSA;數(shù)字圖書(shū)館

〔中圖分類號(hào)〕G250.76 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A 〔文章編號(hào)〕1008-0821(2009)09-0101-03

Research of SAN and NAS Storage Technology in the Digital LibraryLi Jing Dong Qian

(Library,Hebei University of Economics and Business,Shijiazhuang 050061,China)

〔Abstract〕This article introduced the present network storage technology in digital library,analyzed the characteristics of SAN and NAS network architecture and technology,attempted to put forward suitable schemas for network storage technology storage.

〔Key words〕network storage;storage area networks;NSA;digital library

數(shù)字圖書(shū)館是當(dāng)今探索知識(shí)資源社會(huì)共享和增值利用的重要模式,通過(guò)數(shù)字圖書(shū)館,我們可以很快地得到相應(yīng)有效用的信息。近幾年來(lái),隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字圖書(shū)館的全面建設(shè),高校圖書(shū)館的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量急劇膨脹,數(shù)字化資源呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),同時(shí)各種全文文獻(xiàn)和多媒體信息使讀者的訪問(wèn)量激增,這對(duì)圖書(shū)館存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O請(qǐng)求以及系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性都提出了更高的要求,因此采用先進(jìn)的存儲(chǔ)技術(shù)架構(gòu)合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、分析和共享是數(shù)字圖書(shū)館面臨的首要問(wèn)題。

1 數(shù)字圖書(shū)館主要的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)

數(shù)字圖書(shū)館中的數(shù)字化信息增長(zhǎng)迅速,數(shù)字信息存儲(chǔ)的容量需求越來(lái)越大,對(duì)存儲(chǔ)技術(shù)要求越來(lái)越高。數(shù)字圖書(shū)館存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了硬盤(pán)存儲(chǔ)、磁帶庫(kù)、光盤(pán)塔存儲(chǔ)、光盤(pán)庫(kù)存儲(chǔ)、磁盤(pán)陣列等,這些存儲(chǔ)技術(shù)都很難滿足大容量存儲(chǔ)的需求。此時(shí)海量信息存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,如在DAS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的SAN存儲(chǔ)與NAS存儲(chǔ)都是較為先進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式,是新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式中的兩個(gè)主要發(fā)展方向。

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

SAN是獨(dú)立于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)之外的高速存儲(chǔ)專用網(wǎng),以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心,采用高速的光纖通道作為傳輸媒體,利用高性能的光纖通道Fiber Channel加載SCSI協(xié)議來(lái)達(dá)到可靠的塊級(jí)數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)了真正高速共享存儲(chǔ)的目標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是:引入存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的理念,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的集中化;通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份,不占用原有網(wǎng)絡(luò)帶寬,有效地改善了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能;允許多臺(tái)服務(wù)器使用由SAN連接的磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備組成的存儲(chǔ)池,具有幾乎無(wú)限的擴(kuò)展能力;能方便地實(shí)現(xiàn)高性能的服務(wù)器集群、負(fù)載均衡、雙機(jī)熱備、異地容災(zāi)等應(yīng)用,極大地提高系統(tǒng)的性能和可靠性;光纖接口使得服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物理上分離,體現(xiàn)了部署的極大靈活性。SAN適用于存儲(chǔ)量大的工作環(huán)境,需要巨額的投資成本,它曾經(jīng)被看成數(shù)字圖書(shū)館存儲(chǔ)系統(tǒng)一種比較理想的選擇。

在實(shí)際應(yīng)用中,SAN也存在一些不足:設(shè)備互操作性較差;操作系統(tǒng)仍停留在服務(wù)器端,用戶不能直接訪問(wèn)SAN,造成SAN在異構(gòu)環(huán)境下無(wú)法實(shí)現(xiàn)文件共享,只能獨(dú)享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池;由于其復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致器材昂貴,安裝與維護(hù)成本巨大。所有這些均阻礙了SAN技術(shù)的普及應(yīng)用與推廣。

1.2 NAS(Network Attached Storage,網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ))

NAS是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)文件存儲(chǔ)及文件備份設(shè)備,或稱為網(wǎng)絡(luò)直聯(lián)存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)陣列。一個(gè)NAS里面包括核心處理器,文件服務(wù)管理工具,一個(gè)或者多個(gè)的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),它將存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)TCP/IP協(xié)議連接到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上,提供數(shù)據(jù)和文件服務(wù);轉(zhuǎn)變了“以服務(wù)器為中心”的存儲(chǔ)方案為“以數(shù)據(jù)為中心”的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器方案。NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)具有即插即用的網(wǎng)絡(luò)集成,無(wú)需進(jìn)行較多的配置就能將NAS安裝到網(wǎng)絡(luò);具有獨(dú)立的優(yōu)化存儲(chǔ)操作系統(tǒng),不用應(yīng)用服務(wù)器干預(yù),就能在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù),這樣就減少了CPU的開(kāi)銷(xiāo),提高了網(wǎng)絡(luò)的整體性能;管理簡(jiǎn)單,基于Web的GUI管理界面使NAS設(shè)備的管理一目了然;可擴(kuò)展性和可訪問(wèn)性好;能夠在異構(gòu)的操作系統(tǒng)用戶間實(shí)現(xiàn)文件級(jí)共享;能夠利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)設(shè)備,降低資金投入,目前已有許多中小型圖書(shū)館在數(shù)據(jù)擴(kuò)容時(shí)采用了NAS存儲(chǔ)技術(shù)。

NAS也有不盡如人意的地方:NAS是文件級(jí)的存儲(chǔ),采用NFS、CIFS等網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議,而不是塊協(xié)議或數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)議,因此不支持需大量依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)處理結(jié)果的應(yīng)用;NAS解決了服務(wù)器I/O帶寬的問(wèn)題,但是它的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬,特別是對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行備份的時(shí)候,容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的堵塞;NAS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。

2 數(shù)字圖書(shū)館存儲(chǔ)集成的優(yōu)勢(shì)

SAN技術(shù)和NAS技術(shù)都是信息整合的手段,二者各有特點(diǎn),適合不同的市場(chǎng)需求。數(shù)字圖書(shū)館數(shù)據(jù)多樣性的特點(diǎn),將SAN與NAS技術(shù)相融合的存儲(chǔ)系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)適用良好的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

2.1 SAN與NAS存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

數(shù)字圖書(shū)館的需求主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)與文件服務(wù)等方面,針對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù),分析其特點(diǎn)是I/O請(qǐng)求非常頻繁,對(duì)響應(yīng)要求高,要求系統(tǒng)的可靠性非常高;文件服務(wù)中,其特點(diǎn)是存儲(chǔ)文件較大,I/O請(qǐng)求次數(shù)相對(duì)較少,該類服務(wù)要求存儲(chǔ)系統(tǒng)容量大、速度快、性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)等,同時(shí)還需要該系統(tǒng)具備集中管理、異構(gòu)資源整合和再利用的特性。不同的數(shù)據(jù)類型適用于不同的存儲(chǔ)模式,SAN與NAS各有其擅長(zhǎng)應(yīng)用的地方,SAN是一個(gè)以數(shù)據(jù)塊(Block)為存儲(chǔ)單位的存儲(chǔ)技術(shù),而NAS則是一個(gè)以文件(File)為級(jí)別的存儲(chǔ)方式?？梢圆捎肧AN運(yùn)行關(guān)鍵應(yīng)用,例如數(shù)據(jù)庫(kù)、備份等,以進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中存取與管理;而NAS則支持若干客戶端之間的文件共享,所以圖書(shū)館可以使用NAS作為日常辦公中需要經(jīng)常交換小文件的地方,例如存儲(chǔ)網(wǎng)頁(yè)、E-mail文件等,利用二者的混合模式是非常好的選擇。

2.2 存儲(chǔ)與服務(wù)器的分離更便于管理

目前圖書(shū)館一般擁有多臺(tái)服務(wù)器,由于所有的服務(wù)器采購(gòu)時(shí)間較早,其存儲(chǔ)系統(tǒng)都是直連的模式,這種分散的存儲(chǔ)對(duì)其管理必須通過(guò)其主機(jī)系統(tǒng),而SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)、備份設(shè)備和服務(wù)器相互連接的架構(gòu),它們之間的數(shù)據(jù)不再在以太網(wǎng)絡(luò)上流通,從而大大提高了以太網(wǎng)絡(luò)的性能。正由于存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器完全分離,用戶獲得一個(gè)與服務(wù)器分開(kāi)的存儲(chǔ)管理理念?，F(xiàn)在可以對(duì)圖書(shū)館的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)進(jìn)行特殊和專業(yè)的管理,不用再像以前那樣把數(shù)據(jù)管理與服務(wù)器管理混為一談。復(fù)制、備份、恢復(fù)數(shù)據(jù)和安全的管理可以以中央的控制和管理手段進(jìn)行。把不同的存儲(chǔ)池以網(wǎng)絡(luò)方式連接,用戶可以以任何他們需要的方式訪問(wèn)他們的數(shù)據(jù),并獲得更高的數(shù)據(jù)完整性。

2.3 增加了存儲(chǔ)系統(tǒng)的可用性

SAN的高可用性基于它對(duì)災(zāi)難恢復(fù)、在線備份能力及對(duì)冗余存儲(chǔ)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的時(shí)效切換能力。NAS應(yīng)用成熟的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提供快速的文件存取時(shí)間和高可用性,數(shù)據(jù)復(fù)制(在存儲(chǔ)系統(tǒng)層面)等功能可以保護(hù)和提供穩(wěn)固的文件級(jí)存儲(chǔ)。一個(gè)融合SAN和NAS技術(shù)的存儲(chǔ)解決方案可全面提供一套以塊和文件1/0為基礎(chǔ)的高效率平衡方案,從而全面增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可用性。應(yīng)用光纖通道的SAN和NAS相融合能提供對(duì)主機(jī)的多層面的存儲(chǔ)連接,高性能、高可用和容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)全由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供。

2.4 SAN與NAS混合模式存儲(chǔ)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力

海量的電子圖書(shū)資源和多媒體資源是數(shù)字圖書(shū)館存儲(chǔ)的主要內(nèi)容。而這些數(shù)據(jù)每年都在增長(zhǎng),所以必須擁有一套或多套大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)滿足海量存儲(chǔ)的要求。以光纖為接口的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)SAN能提供一個(gè)高擴(kuò)展性、高性能的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。光纖交換機(jī)和光纖存儲(chǔ)陣列同時(shí)提供高性能(20OMbps)和更大的服務(wù)器擴(kuò)展空間。這是以SCSI為基礎(chǔ)的系統(tǒng)所缺乏的。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NAS可以是已經(jīng)配置好的、完整的并可追加至數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)TB的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。由于NAS設(shè)備是基于目前的TCP/IP網(wǎng)絡(luò),遠(yuǎn)距離存儲(chǔ)設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)。一套融合SAN和NAS的解決方案全面獲得應(yīng)用光纖通道的能力,從而讓圖書(shū)館的存儲(chǔ)系統(tǒng)獲得更好的擴(kuò)展性。

3 數(shù)字圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)集成方案

NAS和SAN的融合是存儲(chǔ)的需要,是存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。它們的融合有這樣幾種典型方案:

3.1 NAS與SAN簡(jiǎn)單互聯(lián),分別提供不同的服務(wù)

其實(shí)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這種方案還談不上“融合”,只是兩種存儲(chǔ)方式并行使用。這兩種存儲(chǔ)還是使用各自的響應(yīng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的方式和各自的網(wǎng)絡(luò),沒(méi)有對(duì)原來(lái)的存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行革命性的改變,也沒(méi)有消除信息的重復(fù)性和孤立性,不是一種徹底的全新的解決方案。這種融合方式的拓?fù)鋱D如圖1。

3.2 SAN作為NAS的一部分

也就是通常的NAS頭方案。這實(shí)際上是將NAS中瘦服務(wù)器與它的實(shí)際存儲(chǔ)單元進(jìn)行分離,將NAS服務(wù)器中的RAID卡去掉,增加一個(gè)光纖通道卡,使它們通過(guò)FC交換機(jī)或集線器連接起來(lái)。并與其他在這個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器一樣共享和訪問(wèn)存儲(chǔ)資源。集成后的網(wǎng)絡(luò)既可利用普通的NAS服務(wù)器直接連接到存儲(chǔ)子系統(tǒng)提供文件級(jí)的服務(wù)。也可利用NAS引擎連接到SAN上來(lái)。提供數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用和牽涉到大量數(shù)據(jù)塊I/O的操作服務(wù),可獲得較高的數(shù)據(jù)效率。對(duì)于終端用戶而言,整個(gè)過(guò)程是透明的。在這個(gè)過(guò)程中NAS的作用就像是一個(gè)網(wǎng)關(guān)一樣,負(fù)責(zé)文件和塊數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換工作。所以NAS頭也叫NAS網(wǎng)關(guān),這種方法也是為不同系統(tǒng)提供共享SAN存儲(chǔ)資源的一個(gè)銳化方法。這種融合方式的拓?fù)鋱D如圖2。

NAS頭系統(tǒng)雖然在一定程度上解決了NAS與SAN系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備級(jí)的共享問(wèn)題,但在文件級(jí)的共享問(wèn)題上卻與傳統(tǒng)的NAS系統(tǒng)遇到了同樣的可擴(kuò)展性問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)文件系統(tǒng)負(fù)載很大時(shí),NAS頭很可能成為系統(tǒng)的瓶頸。

3.3 統(tǒng)一存儲(chǔ)系統(tǒng)

而“統(tǒng)一存儲(chǔ)系統(tǒng)”方式和在SAN前加NAS頭正好相反,不是SAN到NAS的支持,而是NAS到SAN的支持,即在原有的NAS基礎(chǔ)上,增加對(duì)FCP協(xié)議的支持。由于NAS具有自己的操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng),因此增加的FCP和原有的NFS、CIFS、HTTP一樣,僅是一個(gè)協(xié)議的支持。NAS設(shè)備同時(shí)安裝兩個(gè)接口卡,在局域網(wǎng)端安裝網(wǎng)絡(luò)適配器(NIC卡)提供傳統(tǒng)的NAS訪問(wèn)服務(wù),而同時(shí)又安裝HBA卡連接到光纖交換機(jī),將它的存儲(chǔ)資源融合到SAN存儲(chǔ)池中,向它提供訪問(wèn)服務(wù)。這樣,一方面NAS服務(wù)器可以像SAN中普通工作站一樣獲得對(duì)SAN中存儲(chǔ)資源高效的塊級(jí)數(shù)據(jù)訪問(wèn),另一方面,SAN中的工作站也可通過(guò)SAN交換機(jī),利用NAS系統(tǒng)的文件緩存,獲取較高的性能和較快的數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間。這種融合方式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3。

4 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字圖書(shū)館的建設(shè)應(yīng)該從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可管理性、可用性等考慮,確保系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性,可以預(yù)見(jiàn),這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)將在數(shù)字圖書(shū)館建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用,最終將成為面向不同應(yīng)用層面、分級(jí)的各種存儲(chǔ)技術(shù)的相互融合與統(tǒng)一。隨著千兆以太網(wǎng)技術(shù)的成熟以及萬(wàn)兆以太網(wǎng)應(yīng)用的不斷普及,網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)必然以其性價(jià)比、通用性、無(wú)地理限制等優(yōu)勢(shì)飛速發(fā)展,SAN與NAS融合將共同開(kāi)創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的新局面。將自身協(xié)議和特點(diǎn)完全不同的SAN與NAS技術(shù)加以融合便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理、集中備份、數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)高速共享等。因此,應(yīng)該將SAN與NAS兩種系統(tǒng)積極地融合在數(shù)字圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),取長(zhǎng)補(bǔ)短,減少重復(fù)建設(shè)和浪費(fèi),從而構(gòu)建自己安全、快速、成本更低的數(shù)字資源存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

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