數(shù)字圖書館存儲技術(shù)發(fā)展趨勢

□文/萬向麗

數(shù)字圖書館存儲技術(shù)發(fā)展趨勢

□文/萬向麗

面對網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)量的大幅增加，通過對現(xiàn)有三種數(shù)字圖書館存儲系統(tǒng)的概念闡述及特點比較，對存儲技術(shù)發(fā)展趨勢的介紹，為數(shù)字圖書館存儲系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

數(shù)字圖書館；存儲技術(shù)；發(fā)展趨勢

隨著數(shù)字資源內(nèi)容的日益豐富和讀者對信息資源需求內(nèi)容的不斷提升，圖書館在數(shù)字化建設(shè)中面臨存儲空間、數(shù)據(jù)訪問速度、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)管理等一系列問題，面對日趨豐富的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和復(fù)雜的需求環(huán)境，存儲系統(tǒng)和存儲技術(shù)的選擇就顯得尤為重要了。

一、數(shù)字圖書館的網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)

從架構(gòu)上來分，數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)化存儲系統(tǒng)應(yīng)用主要包括DAS（直接連接存儲）、NAS（網(wǎng)絡(luò)連接存儲）和 SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）。

（一）DAS。DAS是指將存儲設(shè)備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到一臺計算機上。DAS的適用環(huán)境為：服務(wù)器在地理分布上很分散，或存儲系統(tǒng)必須被直接連接到應(yīng)用服務(wù)器上時，也適合包括許多數(shù)據(jù)庫應(yīng)用和應(yīng)用服務(wù)器在內(nèi)的應(yīng)用，它們需要直接連接到存儲器上。當服務(wù)器在地理上比較分散，很難通過遠程連接進行互聯(lián)時，直接連接存儲是比較好的解決方案，甚至可能是唯一的解決方案。

（二）NAS。NAS是將存儲設(shè)備通過標準的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（例如以太網(wǎng)），連接到一群計算機上，提供給各異構(gòu)平臺（包含Unix，Windows，Linux，Netware） 的客戶端及服務(wù)端，達到文檔共享的儲存裝置。NAS是通過存儲器件（例如硬盤驅(qū)動器陣列、CD或DVD驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì)）和集成在一起的簡易服務(wù)器，可用于實現(xiàn)涉及文件存取及管理的所有功能。它可做到異構(gòu)平臺之間文檔格式的轉(zhuǎn)換和資源共享。不但具有高效能傳遞，多任務(wù)效能的最佳化，而且減少工作人員安裝、管理、備份的成本，是最佳化的附加式網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備。

NAS具有幾個引人注意的優(yōu)點：首先，NAS是真正即插即用的產(chǎn)品。NAS設(shè)備一般支持多計算機平臺，用戶通過網(wǎng)絡(luò)支持協(xié)議可進入相同的文檔，因而NAS設(shè)備無需改造即可用于異構(gòu)平臺的局域網(wǎng)內(nèi)；其次，NAS設(shè)備的物理位置同樣是靈活的。它們可放置在工作組內(nèi)，靠近數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用服務(wù)器，也可以放在其他地點，通過物理鏈路與網(wǎng)絡(luò)連接起來。無需應(yīng)用服務(wù)器的干預(yù)，NAS設(shè)備允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)，這樣既可減小CPU的開銷，也能顯著改善網(wǎng)絡(luò)的性能。

NAS適合于數(shù)字圖書館建立初期，用戶的數(shù)據(jù)規(guī)模不大，存儲需求也很簡單，只是要把相關(guān)數(shù)據(jù)存放在某一地方即可。而存放數(shù)據(jù)的最終目的不但是為了能夠安全保存，還必須保證數(shù)據(jù)可以隨時被調(diào)用。這種方法從兩方面改善了數(shù)據(jù)的可用性。第一，即使相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器不再工作了，仍然可以讀出數(shù)據(jù)；第二，簡易服務(wù)器本身不會崩潰，因為它避免了引起服務(wù)器崩潰的首要原因，即應(yīng)用軟件引起的問題。

（三）SAN。SAN通過光纖通道連接到一群計算機上。在該網(wǎng)絡(luò)中提供了多主機連接，是獨立于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之外幾乎擁有無限存儲能力的高速存儲網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)采用高速的光纖通道作為傳輸媒體，以FC（光通道+SCSI），小型計算機系統(tǒng)接口的應(yīng)用協(xié)議作為存儲訪問協(xié)議，將存儲子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)了真正高速共享存儲的目標。

SAN解決方案的優(yōu)點有以下幾個方面：SAN提供了一種與現(xiàn)有LAN連接的簡易方法，并且通過同一物理通道支持廣泛使用的SCSI和IP協(xié)議。SAN不受現(xiàn)今主流的、基于SCSI存儲結(jié)構(gòu)的布局限制。特別重要的是，隨著存儲容量的快速增長，SAN允許圖書館根據(jù)需要不斷增加存儲容量。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲陣列，這樣不管數(shù)據(jù)放置在那里，服務(wù)器都可直接存取所需的數(shù)據(jù)。因為采用了光纖接口，SAN還具有更高的帶寬。光纖接口提供了10公里的連接長度，這使得實現(xiàn)物理上分離的、不在機房的存儲變得非常容易，較為適合現(xiàn)在的高校圖書館多個分館的實際環(huán)境。

二、三種存儲系統(tǒng)對比分析

（一）DAS的問題與不足。DAS依賴服務(wù)器主機操作系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的IO讀寫和存儲維護管理，數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)要求占用服務(wù)器主機資源（包括CPU、系統(tǒng)IO等），數(shù)據(jù)流需要回流主機再到服務(wù)器連接著的磁帶機（庫），數(shù)據(jù)備份通常占用服務(wù)器主機資源的20%～30%，因此圖書館在做日常數(shù)據(jù)備份常常在深夜或業(yè)務(wù)系統(tǒng)不繁忙時進行，以免影響正常業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行。直連式存儲的數(shù)據(jù)量越大，備份和恢復(fù)的時間就越長，對服務(wù)器硬件的依賴性和影響就越大。

DAS與服務(wù)器主機之間的連接通道通常采用SCSI連接，帶寬為10MB/s、20MB/s、40MB/s、80MB/s等，隨著服務(wù)器CPU的處理能力越來越強，存儲硬盤空間越來越大，陣列的硬盤數(shù)量越來越多，SCSI通道將會成為IO瓶頸；服務(wù)器主機SCSI ID資源有限，能夠建立的SCSI通道連接有限。

對于DAS的擴展過程中，從一臺服務(wù)器擴展為多臺服務(wù)器組成的群集，或存儲陣列容量的擴展，都容易造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的停機，從而給廣大讀者檢索工作造成不便。

（二）NAS的問題與不足。NAS沒有解決與文件服務(wù)器相關(guān)的一個關(guān)鍵性問題，即備份過程中的帶寬消耗。與將備份數(shù)據(jù)流從LAN中轉(zhuǎn)移出去的存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）不同，NAS仍使用網(wǎng)絡(luò)進行備份和恢復(fù)。NAS的一個缺點是它將存儲事務(wù)由并行SCSI連接轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)絡(luò)上。這就是說，LAN除了必須處理正常的最終用戶傳輸流外，還必須處理包括備份操作的存儲磁盤請求。

（三）NAS與SA N的不同點。NAS：用戶通過TCP/IP協(xié)議訪問數(shù)據(jù)，采用業(yè)界標準文件共享協(xié)議如NFS、HTTP、CIFS實現(xiàn)共享；SAN：通過專用光纖通道交換機訪問數(shù)據(jù)，采用SCSI、FC-AL接口。NAS是在RAID的基礎(chǔ)上增加了存儲操作系統(tǒng)，而SAN是獨立出一個數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸率很快，但操作系統(tǒng)仍停留在服務(wù)器端，用戶不是在直接訪問SAN的網(wǎng)絡(luò)，因此這就造成SAN在異構(gòu)環(huán)境下不能實現(xiàn)文件共享。SAN是只能獨享的數(shù)據(jù)存儲池，NAS是共享與獨享兼顧的數(shù)據(jù)存儲池。因此，NAS與SAN的關(guān)系也可以表述為：NAS是Network-attached，而SAN是Channel-attached。SAN結(jié)構(gòu)中，文件管理系統(tǒng)（FS）還是分別在每一個應(yīng)用服務(wù)器上；而NAS則是每個應(yīng)用服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)共享協(xié)議（如NFS、CIFS）使用同一個文件管理系統(tǒng)。換句話說，NAS和SAN存儲系統(tǒng)的區(qū)別是NAS有自己的文件系統(tǒng)管理；NAS是將目光集中在應(yīng)用、用戶和文件以及它們共享的數(shù)據(jù)上；SAN是將目光集中在磁盤、磁帶以及聯(lián)接它們的可靠的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

三、數(shù)字圖書館存儲技術(shù)發(fā)展趨勢

（一）IP-SAN技術(shù)。IP-SAN是以IP為基礎(chǔ)的SAN存儲方案，用戶可以在任何需要的地方創(chuàng)建實際的SAN網(wǎng)絡(luò)，以IP協(xié)議替代光纖通道協(xié)議，IP協(xié)議用于網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)用戶和服務(wù)器連接，而不需要專門的光纖通道網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器和存儲設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。IP-SAN不僅成本較低，而且可以解決光纖通道對傳輸距離的限制、交互操作性較差等問題。

（二）云存儲技術(shù)。云存儲已成為未來存儲發(fā)展的一種趨勢，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)、并行處理、分布式文件系統(tǒng)等功能，將分布于網(wǎng)絡(luò)中的大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過相關(guān)應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。確切地說，云存儲系統(tǒng)就是通過應(yīng)用軟件和廣域的存儲設(shè)備來提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

（三）主存儲去重和壓縮技術(shù)。此項技術(shù)能夠通過磁盤陣列和NAS的控制器對文件級及塊級數(shù)據(jù)進行比較并去重和壓縮，能夠使數(shù)字圖書館存儲系統(tǒng)保有盡可能多的空間以存儲更多的數(shù)字資源。

（四）虛擬分層技術(shù)。目前，虛擬分層技術(shù)能夠把存儲區(qū)分配到一個由不同效能、成本、多個存儲層組成的存儲池內(nèi)。虛擬分層或動態(tài)分層可自動把存儲區(qū)分類及把整個存儲區(qū)遷移至適當?shù)拇鎯?，用戶毋須針對存儲區(qū)進行分類及配置到指定存儲層，也不必在各存儲層內(nèi)手動遷移存儲區(qū)以配合存儲活動。

存儲技術(shù)的發(fā)展迅猛，數(shù)字圖書館在存儲系統(tǒng)的建設(shè)中要因地制宜，適當具有前瞻性，綜合考慮資金成本與效益、設(shè)備集中與分散管理、數(shù)據(jù)的訪問與安全保護等問題，加強存儲在異構(gòu)環(huán)境下的應(yīng)用與管理，促使存儲系統(tǒng)能夠較為長期的、充分有效的、安全的為數(shù)字圖書館資源建設(shè)提供服務(wù)保障。

（作者單位：新疆師范大學圖書館）

[1]李軍艷.數(shù)字圖書館存儲系統(tǒng)解決方案.現(xiàn)代情報，2005.12.

[2]舒炎祥.數(shù)字圖書館的存儲解決方案.圖書館學研究，2005.10.

[3]楊宜培.基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的高校數(shù)字圖書館建設(shè).圖書館工作與研究，2005.6.

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