開源系統(tǒng)FreeNAS在數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的應(yīng)用研究

張靜鵬 隋會(huì)民

東北師范大學(xué)圖書館 吉林長春 130024

數(shù)字圖書館的發(fā)展引起圖書館業(yè)務(wù)功能的巨大變革，形成一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的有機(jī)服務(wù)整體。其中，存儲(chǔ)是圖書館資源保存的主要手段，面對(duì)數(shù)據(jù)不斷增長的壓力和為讀者提供優(yōu)質(zhì)快捷服務(wù)的要求，數(shù)字圖書館采用的存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性、可用性、可靠性和靈活性。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的優(yōu)勢越來越明顯，并且已經(jīng)被廣泛接受，F(xiàn)reeNAS是能用比較小的代價(jià)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的一套開源免費(fèi)的NAS存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)。在數(shù)字圖書館中研究應(yīng)用FreeNAS建設(shè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，可以將網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與圖書館業(yè)務(wù)功能緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)圖書館多種類型數(shù)據(jù)的靈活存儲(chǔ)和使用。

1 NAS存儲(chǔ)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步得到飛速發(fā)展，目前存在幾種成熟的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，它們擁有各自的特點(diǎn)和應(yīng)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(chǔ))，NAS(Network-Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)接入式存儲(chǔ))和SAN(Storage Area Network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))。DAS由于架構(gòu)簡單，難以提升存儲(chǔ)容量；SAN成本相對(duì)較高，易形成信息孤島，不能提供異構(gòu)環(huán)境下的文件共享；NAS具有易擴(kuò)充和易管理，成本低廉，實(shí)現(xiàn)方式多樣等特點(diǎn)，成為數(shù)字圖書館存儲(chǔ)系統(tǒng)的首選。

1.1 NAS簡介

NAS是一種基于開放系統(tǒng)向用戶提供文件級(jí)服務(wù)的特殊專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備架構(gòu)，可以直接與網(wǎng)絡(luò)連接；由于不用掛接任何服務(wù)器后端，不會(huì)給服務(wù)器增加I/O負(fù)載。由于NAS完全以數(shù)據(jù)為中心，能夠?qū)⒋鎯?chǔ)設(shè)備與服務(wù)器徹底分離，從而實(shí)現(xiàn)集中管理數(shù)據(jù)，并且有效釋放帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)整體性能，實(shí)現(xiàn)有效降低總擁有成本的作用。

1.2 NAS的特點(diǎn)

NAS作為主要的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)模式已經(jīng)發(fā)展和使用多年，具有自身的一些技術(shù)特性。

1.2.1 以網(wǎng)絡(luò)為中心，開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議支持

NAS模式是利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源來接入專用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，不必額外部署昂貴的光纖交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)來連接傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備，用戶對(duì)以太網(wǎng)絡(luò)的投入得到充分利用。NAS基于開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，隨著以太網(wǎng)的帶寬從百兆發(fā)展到萬兆，存儲(chǔ)服務(wù)的帶寬也得到完全釋放。

1.2.2 實(shí)現(xiàn)和部署簡單快捷

NAS從結(jié)構(gòu)上可以分解為存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)部分、控制器。NAS的3個(gè)組成部分應(yīng)用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具有較大的靈活性，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)具有空閑的網(wǎng)口接入即可被前端眾多主機(jī)使用，使NAS主機(jī)、客戶機(jī)和其他設(shè)備廣泛分布在整個(gè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，且NAS存儲(chǔ)設(shè)備在數(shù)據(jù)必須長距離傳送的環(huán)境中可以很好地發(fā)揮作用。

1.2.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的文件共享

NAS支持Windows，UNIDOS，Macintosh，Linux，Netware等不同操作系統(tǒng)，支持NFS和CIFS協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)的共享和應(yīng)用[1]。

1.2.4 靈活的管理方式

NAS系統(tǒng)基于對(duì)HTTP協(xié)議的支持提供Web服務(wù)，管理者可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問NAS進(jìn)行設(shè)定、管理和升級(jí)；也可通過LCD界面，用面板上按鈕或者服務(wù)器交互界面進(jìn)行管理[2]。

1.3 圖書館中NAS的實(shí)現(xiàn)方法

NAS存儲(chǔ)設(shè)備的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式多樣，硬件廠商基于軟硬一體的整體化設(shè)計(jì)推出NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器，使得管理難度大大降低，幾近“零管理，免維護(hù)”境界，但這種設(shè)備價(jià)格相對(duì)比較昂貴，且存儲(chǔ)容量擴(kuò)充較難。在圖書館中應(yīng)用NAS，應(yīng)以節(jié)約為導(dǎo)向，以科學(xué)研究為基礎(chǔ)，主要采用開源軟件實(shí)現(xiàn)NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)。

目前，被廣泛使用的開源NAS項(xiàng)目主要有5個(gè)：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(duì)象，進(jìn)行實(shí)際安裝、配置，重點(diǎn)研究與圖書館的業(yè)務(wù)功能集成應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)NAS存儲(chǔ)在圖書館中的高效應(yīng)用。

2 FreeNAS的部署

2.1 FreeNAS介紹

FreeNAS是一套免費(fèi)的NAS服務(wù)器，基于FreeBSD，Samba及PHP，支持CIFS(Samba)，F(xiàn)TP，NFS protocols，Software RAID(0,1,5)及Web界面的設(shè)定工具。用戶可通過Windows，Linux，Macs，F(xiàn)TP，SSH及網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)來訪問存儲(chǔ)服務(wù)器；FreeNAS可被安裝于硬盤或移動(dòng)介質(zhì)USB Flash Disk上，是組建網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)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(wǎng)站(http://www.freenas.org/)下載FreeNAS 8的安裝鏡像文件，應(yīng)用USB、CF卡、硬盤、光驅(qū)等設(shè)備應(yīng)用鏡像文件進(jìn)行安裝，當(dāng)FreeNAS安裝完畢后，可以移除掉這些設(shè)備。

安裝過程中，服務(wù)器啟動(dòng)后，經(jīng)過引導(dǎo)過程(默認(rèn))，直接進(jìn)入安裝控制臺(tái)界面，選擇第一項(xiàng)，經(jīng)過選擇安裝驅(qū)動(dòng)器和確認(rèn)安裝過程，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，把FreeNAS安裝到所選擇的驅(qū)動(dòng)器上，服務(wù)器再次啟動(dòng)后將進(jìn)入配置控制臺(tái)界面。

2.3 控制臺(tái)配置

FreeNAS啟動(dòng)后，將進(jìn)入一個(gè)命令行對(duì)話控制臺(tái)，即配置控制臺(tái)界面(如圖1所示)。

圖1 FreeNAS配置控制臺(tái)

主要有網(wǎng)絡(luò)配置、創(chuàng)建VLAN接口、配置鏈路聚合、配置默認(rèn)路由、配置靜態(tài)路由、配置DNS、重啟WebGUI登錄證書、恢復(fù)默認(rèn)模式、控制命令行等選項(xiàng)。因?yàn)镕reeNAS可以使用WebGUI實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)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(tái)上只需要為存儲(chǔ)配置一個(gè)IP地址，以便使用圖形界面管理存儲(chǔ)。在控制臺(tái)下選擇“1)Configure Network Interfaces”，進(jìn)入配置界面。經(jīng)過選擇網(wǎng)絡(luò)適配器、輸入IP和子網(wǎng)掩碼，就為NAS配置了一個(gè)IP地址，因?yàn)槟壳癐Pv6還未廣泛使用，可以越過IPv6設(shè)置。

2.4 WebGUI配置

應(yīng)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(shè)置主機(jī)名、設(shè)置后臺(tái)管理訪問協(xié)議、增加用戶名、修改WebGUI protocol、配置時(shí)區(qū)等，之后完成存儲(chǔ)區(qū)域的配置，為FreeNAS設(shè)置卷，添加硬盤，增加容量后，就可以根據(jù)需要開啟FreeNAS的相關(guān)服務(wù)，與圖書館的業(yè)務(wù)集成，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

圖2 基于Web的圖形用戶界面

3 FreeNAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器在數(shù)字圖書館中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用

3.1 FreeNAS存儲(chǔ)空間掛載為本地操作系統(tǒng)磁盤

磁盤空間是操作系統(tǒng)安裝和運(yùn)行應(yīng)用軟件的保障，F(xiàn)reeNAS可以基于iSCSI協(xié)議將自身的存儲(chǔ)空間掛載為Windows和Linux兩種操作系統(tǒng)的磁盤，方便圖書館服務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的靈活運(yùn)用。

3.1.1 配置FreeNAS提供iSCSI存儲(chǔ)服務(wù)

iSCSI是一種基于TCP/IP的協(xié)議，用來建立和管理IP存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)和客戶機(jī)等之間的相互連接，F(xiàn)reeNAS能基于iSCSI協(xié)議提供類似IP-SAN的服務(wù)。首先，通過瀏覽器進(jìn)入此FreeNAS的WebGUI界面，在服務(wù)面板中打開iSCSI服務(wù)；然后，進(jìn)入iSCSI配置，依次完成授權(quán)存取，Initiators，Portals，Target Global Configuration，Targets，Device and File Extents的設(shè)置，最后把Target和Extent關(guān)聯(lián)起來，完成FreeNAS的iSCSI配置。

3.1.2 Linux系統(tǒng)掛載FreeNAS存儲(chǔ)空間

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

3.1.3 Windows系統(tǒng)掛載FreeNAS存儲(chǔ)空間

Windows系統(tǒng)主要應(yīng)用iSCSI Initiator(Microsoft提供的iSCSI發(fā)起器軟件)連接FreeNAS，將其存儲(chǔ)空間掛載為本地磁盤使用。

掛載過程為：下載安裝iSCSI Initiator；運(yùn)行iSCSI Initiator，在Discovery選項(xiàng)卡中，增加目標(biāo)入口；在Targets選項(xiàng)卡中完成選擇，登入設(shè)置；在系統(tǒng)的磁盤管理里，找到掛載的新磁盤，進(jìn)行分區(qū)格式化，就可以讓FreeNAS存儲(chǔ)空間被Windows系統(tǒng)作為本地磁盤空間使用。

3.2 異地備份保存館藏?cái)?shù)據(jù)

圖書館館藏及流通數(shù)據(jù)是圖書館最重要的數(shù)據(jù)，在圖書館自動(dòng)化管理系統(tǒng)API上基于FreeNAS進(jìn)行開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)館藏?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)備份、自動(dòng)傳送、異地保存。

3.2.1 應(yīng)用FreeNAS構(gòu)建遠(yuǎn)程FTP服務(wù)器

根據(jù)學(xué)校校區(qū)特點(diǎn)，在分校區(qū)圖書館建立FreeNAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器。通過瀏覽器進(jìn)入此FreeNAS的WebGUI界面，在服務(wù)面板中打開FTP服務(wù)；進(jìn)入FTP配置，設(shè)置端口、客戶端、連接數(shù)等選項(xiàng)，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(quán)限，完成遠(yuǎn)程FTP服務(wù)器的建立。

3.2.2 在圖書館自動(dòng)化管理系統(tǒng)中定制備份館藏流通數(shù)據(jù)腳本

我館應(yīng)用的圖書館自動(dòng)化管理系統(tǒng)為以色列艾利貝斯公司的ALEPH500系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的定制開發(fā)能力，基于操作系統(tǒng)的crontab(用來在固定時(shí)間或固定間隔執(zhí)行程序的命令)，編寫perl的腳本代碼并應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了館藏流通數(shù)據(jù)的定時(shí)自動(dòng)備份。

3.2.3 定制自動(dòng)上傳備份數(shù)據(jù)腳本

設(shè)置操作系統(tǒng)的crontab，使系統(tǒng)自動(dòng)備份后，應(yīng)用編寫的腳本代碼進(jìn)行已備份文件數(shù)據(jù)的定時(shí)上傳。實(shí)現(xiàn)了圖書館館藏和流通數(shù)據(jù)在異地FreeNAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器上的保存。

3.3 應(yīng)用FreeNAS實(shí)現(xiàn)文件共享

在圖書館業(yè)務(wù)工作中，圖書館員經(jīng)常需要傳送和共享文件資料。采用簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送方式，可以實(shí)現(xiàn)文件傳送，但是受到實(shí)時(shí)在線和不能長久保存的局限。應(yīng)用FreeNAS搭建文件共享服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)館員間快速大批量交換文件和數(shù)據(jù)。

3.3.1 基于SMB/CIFS建設(shè)文件共享服務(wù)器

SMB(Server Message Block)是由微軟開發(fā)的一種軟件程序級(jí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，主要用來使得一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的機(jī)器共享計(jì)算機(jī)文件、打印機(jī)、串行端口和通訊等資源。隨著Internet的流行，微軟希望將這個(gè)協(xié)議擴(kuò)展到Internet上去，成為Internet上計(jì)算機(jī)之間相互共享數(shù)據(jù)的一種標(biāo)準(zhǔn)。因此它將原有的SMB協(xié)議進(jìn)行整理，重新命名為CIFS(Common Internet File System)。

通過瀏覽器進(jìn)入FreeNAS的WebGUI界面，在服務(wù)面板中打開CIFS服務(wù)；進(jìn)入CIFS配置，選擇認(rèn)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(shè)置LMB本地主瀏覽服務(wù)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(wù)器搭建。

3.3.2 使用文件服務(wù)器

館員計(jì)算機(jī)使用文件服務(wù)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(shù)據(jù)

TFTP(Trivial File Transfer Protocol，簡單文件傳輸協(xié)議)是TCP/IP協(xié)議族中一個(gè)用來在客戶機(jī)與服務(wù)器之間進(jìn)行簡單文件傳輸?shù)膮f(xié)議，提供不復(fù)雜、開銷不大的文件傳輸服務(wù)。路由器可以通過TFTP協(xié)議，向服務(wù)器上傳保存路由器的配置信息。

3.4.1 應(yīng)用FreeNAS構(gòu)建TFTP服務(wù)器

通過瀏覽器進(jìn)入FreeNAS的WebGUI界面，在服務(wù)面板中打開TFTP服務(wù)；進(jìn)入TFTP配置，設(shè)置存儲(chǔ)目錄，選中允許新建文件，配置端口和用戶名，即可實(shí)現(xiàn)TFTP服務(wù)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(jìn)入路由器操作系統(tǒng)(Internaetworking Operating System，IOS)中[4]。

執(zhí)行命令：Router#copy flash tftp。

路由器出現(xiàn)“IP address or name of remote host[]?”，詢問存放Flash的TFTP服務(wù)器地址，輸入FreeNAS的地址，出現(xiàn)“filename to write on tftp host?”，詢問以何文件名保存該Flash，鍵入適當(dāng)?shù)奈募纾簑riting lab_20120408，出現(xiàn)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(jīng)備份并上傳至FreeNAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器上。

4 結(jié)束語

由于存儲(chǔ)設(shè)備的發(fā)展速度落后于網(wǎng)絡(luò)帶寬的發(fā)展，傳統(tǒng)的以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面對(duì)數(shù)據(jù)流的大幅增加已經(jīng)不能夠滿足用戶需求，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展將以服務(wù)器為中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式逐漸向以數(shù)據(jù)為中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式轉(zhuǎn)化。支持多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠跨平臺(tái)和系統(tǒng)應(yīng)用的FreeNAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器，因其安裝部署簡單、容量擴(kuò)充方便、技術(shù)成本低廉、便于與圖書館業(yè)務(wù)功能系統(tǒng)集成，將會(huì)在圖書館數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中發(fā)揮極大作用。

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

[2] 周曉蘭.多功能NAS存儲(chǔ)技術(shù)及其在圖書館的應(yīng)用[J].南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào):綜合版,2004,4(1):20-22.

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

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