圖書館存儲及擴展方案

[摘 要]在對現階段數字圖書館的主流存儲技術進行了介紹、比較的基礎上，分析各種技術的優劣，并以湖南圖書館為例，根據實際情況探討了存儲的解決方案。

[關鍵詞]圖書館;DAS;NAS;SAN;存儲方案

[中圖分類號]G250[文獻標志碼]B[文章編號]1005-6041(2010)05-0075-04

1 背景分析

隨著信息技術的發展，圖書館數字化步伐日益加快，數字資源日漸增多，這種情況的出現對電子數據的存儲也提出了新的要求。不僅在存儲容量上呈現幾何級的增長，對數據訪問性能、數據傳輸性能、數據管理能力、存儲擴展能力等多個方面的技術革新也提上日程。可以說，存儲網絡平臺綜合性能的優劣，將直接影響到整個系統的正常運行。

因此，發展一種高效的數據存儲體系，使之在安全、高效、快速的使用前提下保證日益增多的數據的安全，已是現代圖書館必須面對的一個問題。

2 存儲架構

目前主流存儲主要有(見圖一)^[1]內置存儲和外掛存儲。外掛存儲根據連接的方式又分為:直連式存儲(Direct-Attached Storage，簡稱DAS)和網絡化存儲(Fabric-Attached Storage，簡稱FAS);網絡化存儲根據傳輸協議分為:網絡接入存儲(Network-Attached Storage，簡稱NAS)和存儲區域網絡(Storage Area Network，簡稱SAN)。

今天的存儲架構主要有直連式存儲(DAS)、網絡接入存儲(NAS)和存儲區域網絡(SAN)。DAS(Direct-Attached Storage) 即直接連接存儲技術，這是以主機為中心的傳統存儲方式，存儲數據量少時使用得比較多。NAS (Network Attached Storage) 即網絡附加存儲方式，它在圖書館的應用經歷過一段較長時間，有一定的優勢。NAS是以專業的網絡文件存儲及文件備份為中心的存儲方式，特別合適對的文件存儲，因此是現在較常用的一種存儲方式。SAN(Stroage Area Network) 即存儲區域網，現技術也比較成熟，其采用高速的光纖通道作為傳輸媒介，將存儲子系統網絡化、開放化、智能化，實現真正的高速、安全、共享存儲，合適對大容量、高速率、高安全數據的存儲，也是現今主流存儲模式。

3 DAS、NAS、SAN存儲方案比較^[2]

3.1 DAS

開放系統的直連式存儲(Direct-Attached Storage，簡稱DAS)已有很長的使用歷史了，它將存儲設備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到服務器上，是以主機為中心的存儲方式。這種連接方式主要應用于單機或多臺主機的環境中。優點:存儲容量擴展實施簡單，投入成本少，見效快。缺點:1)不能提供跨平臺的文件共享功能;2)用戶要備份數據和存儲數據，這就占用了服務器主機資源(包括CPU、系統I/O等)，降低了服務器的管理效能;3)由于各個主機之間的數據獨立存儲，數據需要逐一備份，使數據備份工作較為困難;4)隨著服務器的增多，數據管理會越來越復雜，增加存儲設備或擴展存儲容量都會造成業務系統的停機，這樣做容易中斷單位業務的連接性，造成數據丟失。隨著用戶數據的不斷增長，尤其是容量達到數百GB以上時，其在備份、恢復、擴展、災備等方面的問題會越來越困擾系統管理員。

3.2 NAS

網絡接入存儲(Network-Attached Storage，簡稱NAS)采用網絡(TCP/IP、ATM、FDDI)技術，通過網絡交換機連[JP2]接存儲系統和服務器主機，建立專用于數據存儲的存儲私網。 優點:1)隨著局域網的發展，傳輸速率越來越高。2)數據集中存儲，易于管理、備份。3)專門針對文件系統進行的設計和優化，文件服務十分便利。 缺點:1)NAS采用file I/O方式，因此當客戶端數目或來自客戶端的請求較多時，NAS服務器的性能仍將成為系統的瓶頸;2)進行數據備份時需要占用LAN的帶寬，造成資源浪費;3)NAS只能對單個存儲(單個NAS內部)設備中的磁盤進行資源整合，目前還無法跨越不同的NAS設備，只能進行單獨管理，不適合密集型、大規模的數據傳輸。NAS適用于電子出版、中小型公司企業、中小型組織、部門網絡等那些對數據量有相對較大需求的應用實體。

3.3 SAN

存儲區域網(Storage Area Networ，簡稱SAN)，SAN通常由RAID陣列連接光纖通道(FibreChanel)組成，通過光纖通道交換機連接存儲陣列和服務器主機，建立專用于數據存儲的區域網絡，數據處理以“塊級”形式進行。SAN網絡存儲技術獨立于LAN網絡，對于各種數據業務的備份、恢復、存取等處理都是在SAN網絡中進行的，因此稱之為“服務器背后的網絡”。優點:1)采用SAN架構可輕松實現數據的集中存儲和統一管理、數據的共享和空間的分配。2)存儲設備的擴容非常方便，可以動態擴容，且設備的兼容性較強，幾乎可以兼容現在市場上的所有設備，升級方便。3)將服務器中的應用設備與存儲設備分開，并保持相對的完整性，具備數據交換的高速度和運算的高性能。4)由于獨立存儲大大降低了LAN上信息處理的負擔，緩解了LAN在信息處理上的瓶頸，大量的網絡傳輸資源被釋放出來。5)通過SAN的管理軟件，對網絡服務的所有存儲設備進行有效的管理，及時檢測各服務器后面的存儲設備是否正常工作，管理和維護十分方便。6)存儲設備集中后，可方便建立異地容災中心，實施異地存儲和容災。

4 湖南圖書館現狀及存儲方案

湖南圖書館現有各種服務器將近30臺，作為不同應用的數據庫服務器分別運行著Windows 2003 、Linux AS4U和Sun Solaris、 SCO UINX等多種操作系統。截至今天僅其中的電子圖書、CNKI、維普、文化共享等數字資源(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，且數據增長快，對存儲的擴展性要求高。由于圖書館數據訪問量大、交換頻繁，因此對數據存儲的安全有較高要求。

根據湖南圖書館實際的應用情況，選用SAN架構作為存儲平臺^[3]，其優勢如下:1)能輕松滿足圖書館大量數據的集中存儲、管理、共享，且頻繁的數據交換不會成為傳輸瓶頸。2)存儲系統的結構具有擴展性，能夠滿足圖書館數字資源不斷增長的需求;3)能進行虛擬化和集中化管理，具有優秀的異構軟硬件平臺支持能力;4)存儲系統安全、可靠，具有先進的數據備份與恢復能力。

5 系統構成方案^[4]

湖南圖書館現在的數據存儲系統是在2003年原有基礎上擴展而成的，2003年其存儲網絡架構如圖2。

存儲系統采用的是DELL|EMC CX400 2G全光纖磁盤陣列， 提供雙工作冗余存儲處理器，支持最多同時64臺各類主機系統的連接共享。CX400前端配置有4個主機接口通道，提供總共680MB/S的光纖通道訪問帶寬，因此完全可以滿足當時湖南圖書館的需要。系統中多臺服務器通過SAN架構共享一套磁盤陣列，各服務器分別插上光纖卡，通過光纖線路和SAN光纖交換機相連，滿足高速存儲的要求。其他應用服務器則直接與思科千兆交換機相連，組成LAN。其中備份服務器分別與光纖交換機和思科千兆交換機相連，再通過SAS線連接磁帶機，主機系統和存儲設備均與備份服務器相連，滿足各服務器快速備份的需求。

實施后效果如下:1)網絡傳輸速度大大提高。存儲設備通過光纖交換機組成了獨立單元，不受LAN數據傳輸的影響，實現了高速存儲，解決了網絡數據傳輸的流量瓶頸。2)集中存儲。通過管理軟件大大增加了對數據的管理、檢測與維護。3)備份服務器分別與光纖交換機和思科千兆交換機相連，磁盤陣列的大容量數據則直接以光纖交換機備份，不影響LAN網絡的帶寬與資源，而小量的應用服務器數據則通過LAN直接備份，對網絡產生的影響很小。4)限于當時情況，沒有實行雙光纖交換機存儲以達到冗余的目的，但SAN的高可靠性，仍保證了數據的安全。此方案實現了存儲的高性能、高可靠性、安全性，滿足了圖書館當時的要求。

6 存儲擴展方案

隨著數據的日益增加，存儲空間不斷減少，存儲系統必須進行擴展。因DELL/EMC存儲已達到擴展極限，考慮到以后的擴展以及更好的安全需要，再購買了一套磁盤陣列及光纖交換機，磁盤陣列采用聯想LENOVO-HDS AMS500存儲。聯想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構，有4個4Gbps光纖主機接口，支持路徑冗余與故障切換、負載均衡、熱備、數據快照、遠程管理、圖形化管理界面、日志查看等功能。擴展后其架構見圖3。

在上述的方案中，一臺原有的光纖交換機，加上新的聯想光纖交換機，每臺服務器通過兩個光纖適配卡分別接入到兩臺光纖交換機上。而光纖陣列則提供兩個主機接口，分別接入到兩臺交換機上，提供線路冗余。系統在硬件結構上完全是冗余設計，不存在單點故障。上述方案沒有對原有結構作大幅調整，只增加了一套存儲系統，卻大大增加了存儲空間，特別是解決了上次存儲方案的冗余性問題，安全性也得到了進一步保證。既保護了原有的投資，實現了與原有硬件資源的有機整合，又滿足了發展的需要。

7 總 結

隨著數字資源的不斷增多，圖書館存儲系統也變得更加重要，對其性能要求(如速度、安全、管理)也越來越高。上面介紹了各存儲架構的優缺點及湖南圖書館的存儲解決方案， 可以看到SAN相比其他方案，具有明顯的優點，以其很強的擴充能力以及平臺兼容性好、大容量、安全性高在圖書館存儲系統中廣泛應用。

[參考文獻]

[1] 趙文輝.網絡存儲技術[M].北京:清華大學出版社，2005.

[2] 高龍華.網絡存儲技術的分析與比較[J].現代通信，2002(12):12—13.

[3] 陶 琳.SAN存儲技術的應用研究[J]，辦公自動化雜志，2009(6):43—44.

[4] 朱應國，王東亮. 基于SAN的高校圖書館存儲中心的設計與實現[J].無錫職業技術學院學報， 2009(10):44—46.

[收稿時間]2010-04-02

[作者簡介][JP2]黃 凱(1984—)，男，本科，助理館員，研究方向:計算機網絡;蔡 璐(1976—)，女，碩士，館員，研究方向:圖書館信息化建設;黃 浩(1983—)，男，本科，助理館員.