高校圖書館數字資源網絡存儲技術研究

[摘 要]隨著信息技術的高速發展以及web20理念在圖書館的信息資源共享領域的廣泛應用。內容豐富、方便快捷的數字資源越來越受到圖書館和讀者的歡迎，成為圖書館館藏中所不可或缺的重要組成部分。與傳統紙質文獻相比，數字文獻資源在存儲和共享方式有著根本性的不同。本文從高校圖書館的實際需求出發，對當前高校圖書館所采用的幾種主流網絡存儲技術DAS、NAS、SAN、ISCSI等進行了分析和研究。

[關鍵詞]圖書館信息化;網絡存儲技術;DAS;NAS;SAN;ISCSI

[中圖分類號]G2507 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-0821(2010)05-0144-04

Research on Network Storage Technology of

Digital Resources of University LibraryLi Hao1 Zhang Linlong2

(1.Department of Information Technology，Shanghai Polytechnic College of Urban Management，

Shanghai 200438，China;

2.Library，Shanghai University of Political Science and Laws，Shanghai 201701，China)

[Abstract]Along with the rapid development of information technology and the widespread application of web20 in the information resources sharing fields，the digital resources with rich content and convenient operation are more and more popular in library readers， and have become the important composition in library collection.Compared with the traditional paper literature，the digital resources have the fundamental difference in the storage and sharing way.This article embarked from the actual demand of university library， made an analysis on DAS，NAS，SAN，ISCSI and so on.

[Keywords]library informationization;network storage technology;DAS;NAS;SAN;ISCSI

在信息技術高度發達的今天，以電子出版物、多媒體資料、文獻數據庫等為代表的數字資源建設高速發展。隨著web20理念在圖書館信息資源共享領域的廣泛應用，以網絡為主要傳播媒介的數字資源憑借著互聯網的強大功能，充分展現出其檢索便捷，共享快速，內容豐富等優異特性，受到了廣大讀者的歡迎。圖書館往往也購置海量的數字資源作為館內紙質文獻的重要補充。很多高校的圖書館都擁有數十甚至上百的文獻數據庫以及百萬等級的電子書。在圖書館的整個館藏體系中，數字資源占據了越來越重要的地位。眾所周知，以計算機硬件為載體的數字資源在數據的存儲和共享方式上與紙質文獻相比有著根本性的不同。而高校圖書館憑借著相對完善的網絡基礎設施和較強的技術力量，在數字資源的應用方面往往處于業內領先的地位。本文從高校圖書館的實際情況出發，對當前高校圖書館的幾種主流網絡存儲技術進行了研究。

1 圖書館加強數字資源建設的必要性

紙質文獻以紙張為載體，因此不可避免的存在檢索不便，共享困難，不易于長期保存等問題。與之相比，數字資源的優勢則是顯而易見的。同時隨著科技的發展，數字資源變得愈加平民化，我們的閱讀習慣和思維方式也因為數字資源的大規模應用在潛移默化中發生了改變。舉個簡單的例子:在10多年前，當一位讀者希望查閱某一領域的相關技術資料，他的第一選擇(可能也是惟一的選擇)便是圖書館，讀者會花費大量的時間在圖書館的書庫里查看各類文獻，可能還會向熟悉業務的圖書館工作人員尋求幫助來找到所需的資料。但在圖書館向數字化高速發展的今天，讀者在尋找所需文獻時首先想到的往往是借助計算機和網絡來解決問題。讀者只需在電腦桌前點擊鼠標，便可通過圖書館的OPAC(Online Public Access Catalogue)或某個搜索引擎便捷地找到所需的資訊。甚至還能通過網絡直接下載所需的數字資源。當現有的資料無法滿足讀者需求時，讀者所要做的僅僅只是通過網頁瀏覽器連接到另一個數字資源數據庫重新進行搜索而已。在阮岡納贊的“圖書館五定律”中提到，讀者的時間被大大的節約了，圖書館的服務水平因此也得到了極大的提升。但同時應該看到，在讀者進行愉快的數字圖書館閱覽體驗的背后，涉及到計算機軟硬件、網絡、數據庫、程序設計等眾多的信息技術。在這些技術中，網絡存儲技術(Network Storage Technologies)無疑是極為重要的一項。畢竟圖書館作為信息的集散地，無論是通過自動化管理系統來提高紙質文獻檢索流通效率，又或者是向讀者提供數字資源，全都離不開存儲技術的支持。存儲技術的有力支持是圖書館建成為高水準的文獻信息中心的基礎。

2 圖書館存儲技術的發展和現狀

存儲技術被應用于圖書館領域已經有相當長的歷史了。在上世紀80年代中期之前，磁盤驅動器甚至還不是電腦的標準配置的年代，圖書館工作人員便開始使用以KB為單位的軟盤驅動器來實現數據的存儲。而現在，普通電腦的硬盤容量動輒便達到數百GB甚至TB、PB。短短幾十年間，前后相差達到了數萬倍。除了存儲空間的提高，數據存儲技術在系統結構和應用模式上也發生了很大的變化。80年代末美國加州大學伯克利分校提出了RAID(Redundant Array of Independent Disk)這一理念，使得存儲空間和容量擺脫了物理磁盤的限制，極大的提升了存儲的傳輸速率和安全性。而90年代中期出現的SAN、NAS等網絡存儲技術更是憑借著強大的性能、靈活的擴展性等優點取得了巨大的成功。目前，中小規模的圖書館往往會采用DAS作為主要的數據存儲方式。而有一定資金和技術條件的高校圖書館，則往往都會嘗試使用NAS，FC SAN，IP SAN等解決方案來解決圖書館快速增長的數據所帶來的壓力，為種類繁雜的各式數字資源的正常使用提供保障。

2010年5月第30卷第5期高校圖書館數字資源網絡存儲技術研究May，2010Vol30 No53 圖書館數字資源存儲所面臨的問題

31 數字資源數量迅猛增加所帶來的壓力

數字資源的眾多的優點使其受到圖書館和讀者的歡迎，但隨著圖書館數字化建設的發展，也產生了各種各樣的問題。首當其沖的便是數字資源數量高速增加后帶來的存儲空間壓力。同時，數據資源的豐富也導致了讀者需求量的直線上升。當前不少高校圖書館都采用24*7的全天候開放模式，同時服務的對象也不再僅限于本校師生。工作時間延長、用戶數量的增加及業務范圍的擴展對數據存儲技術的穩定性、安全性和擴展性來說是一個極大的挑戰。

32 數字資源種類的多樣性所帶來的存儲問題

數字資源種類增多所帶來的系統兼容、數據安全等問題是擺在圖書館工作人員面前另一個嚴峻的問題。數字資源類型多種多樣，既有像ORACLE、DB2、SQL server這樣的大型數據庫，又有視音頻、圖片、光盤等電子資源。這些不同類型的數據有著不同的訪問特性，運行在Windows、Linux、Solaris等各類操作系統上，對軟硬件都有各自不同的要求。因為應用復雜，所以圖書館的各項信息系統一般都采用“分散式”的管理方式。圖書館中的各個部門根據本部門業務的不同，使用獨立的服務器、管理系統和數據庫。過去圖書館往往認為這樣的解決方案邏輯清晰，便于館內各部門掌控自身業務。以此達到了便于管理和節約成本的目的。但隨著圖書館數字化建設的深入，這一方案的弊端不斷顯露出來。傳統的分散式體系隨圖書館數字應用的增多變得效率低下和成本高昂。在數據存儲方面主要體現在以下幾個方面:

首先是數據資源的復雜性所帶來的問題。圖書館是一個結構復雜的系統，匯聚著海量的數字資源。數據的資源來源復雜，種類繁多。但數據的提供者之間卻并沒有什么統一的標準。各類信息系統開發環境各異，依托于不同的操作系統，使用各式不同的數據庫，甚至連數據格式都沒有統一的標準。彼此之間也難以進行整合。這種相對分散的數據存儲體系，對圖書館的軟硬件資源造成了極大的壓力。隨著圖書館信息化建設的繼續，會有越來越多的新系統被引進。若按照傳統的集中式管理模式，則需不斷添置服務器來滿足需要。成本進一步提高。并且在實際工作中，也使得系統的擴容變得極為困難。成為圖書館信息化建設持續發展的障礙。

另外，在圖書館的信息化建設工程中，經費問題一直出現并困擾著圖書館。而存儲可以是IT服務中成本最高的部分。以前很多圖書館往往陷入一個誤區，認為數據存儲的最大投入是購買存儲硬件設備。因此也就沒能充分考慮到分散式管理系統所帶來的管理成本問題。但事實上，日常管理的費用才是圖書館數據存儲最大的支出項目。而且這筆支出將貫穿存儲系統的整個生命周期。這讓資金有限的高校圖書館難以承受。在網絡存儲技術和相關的虛擬存儲技術出現之前這一問題表現的尤為突出。

4 常用網絡存儲技術分析

數據存儲技術一向給人以穩健的印象，但實際上該領域技術的革新從來沒有停滯過，相關的技術種類繁多。目前常用的網絡存儲技術有DAS、NAS和SAN。對于高校圖書館來說，選擇的存儲方案應有較好的性價比，同時要有一定的可靠性和擴展性來滿足圖書館日常業務和未來發展的需要。

41 DAS(直接附加存儲)

DAS是Direct Attached Storage的縮寫，也可稱為Server-Attached Storage(服務器附加存儲)。指存儲設備通過電纜(一般是SCSI接口)直接與服務器相連接。存儲設備作為服務器的附加硬件而存在。DAS本身沒有任何的操作系統，它直接接收所連服務器的I/O請求，完全依托服務器，通過服務器上的網卡向用戶提供數據。它是典型的分散式存儲模式。使用DAS的初期投入較低。但磁盤的利用率低且難以擴容，由于無法集中管理，因此在圖書館擁有多臺服務器的環境下管理繁瑣。另外作為服務器的附件，存儲設備占用了服務器上的許多資源，在用戶數量較多的情況下這一問題尤其嚴重，甚至成為整個系統的瓶頸。另外若是圖書館的應用系統較多，則需要相應的購入大量昂貴的服務器，使得成本難以控制。但對信息化程度較低且資金不足的中小規模圖書館來說，DAS不失為一個切實可行的存儲解決方案。

42 NAS(網絡附屬存儲)

NAS是Network Attached Storage的縮寫。一種連接在網絡上的存儲設備。通常會使用RJ45口，通過以太網向用戶提供服務。采用集中式數據存儲模式，將存儲設備與服務器徹底分離。NAS其實可以看成是一臺數據存儲服務器，它有自己的CPU、內存、操作系統、磁盤系統。支持NFC、CIFS等網絡傳輸協議，可以跨平臺的將不同系統上的數據存儲在一臺DNS上，方便了圖書館工作人員的管理工作，也降低了成本。由于和服務器獨立，數據的處理和緩存等都能直接在NAS上實現，因此相比DAS，NAS不再受到服務器I/O瓶頸的限制，數據存取的速度要快的多。NAS基于File協議，在網頁服務和文件存儲方面的表現優異，很適合為圖書館的網站服務器和FTP服務器的提供存儲。但在數據庫存儲方面的表現與DAS相比略有不及，但其可擴展性卻是前者所遠不能比的，用戶可以很輕松的將存儲空間擴充到上百TB。對那些希望降低存儲成本但又希望數據存儲具有高性能和高可靠性，同時有一定系統擴展要求的高校圖書館來說是一個很好的選擇。NAS的架構如圖1所示:

圖1 NAS結構圖43 SAN(存儲區域網絡)

SAN從誕生之日起便以系統復雜和價格昂貴聞名業界，但其性能的強大也是毋庸置疑的，足以滿足大型圖書館海量數據存儲共享的需要。SAN是Storage Area Network的縮寫。是一種將存儲設備、連接設備和接口集成在一個高速網絡中的技術。SAN的本身是一個和外部局域網分離的類似以太網的存儲網絡，由SAN服務器、交換機、集線器、存儲設備等設備組成。由于SAN的網絡型構架使它可以將通訊協議和網絡硬件相分離。多種不同的協議可以在同一個物理介質上進行傳輸，同時也讓SAN具有了幾乎無限的可擴展性。SAN配置靈活且擴容方便，可以使用SCSI、FC、SATA、SAS等多種磁盤陣列來擴展IP SAN的容量，可動態分配空間，存儲利用率高。由于SAN本身是一個獨立的網絡，因此不像NAS那樣在傳輸數據時會占用局域網帶寬。另外SAN支持Block協議，是直接對物理硬件地址的塊級存儲訪問。這讓SAN在數據庫存儲的方面表現出色。目前常用的SAN解決方案主要分為FC SAN和IP SAN兩大類。SAN的架構圖如圖2所示。

圖2 SAN結構圖

431 FC SAN

FC SAN使用光纖通道(Fiber Channel)技術作為存儲網絡的傳輸介質。光纖通道是在1994年由ANSI標準化組織制訂的用于千兆位數據傳輸通信解決方案，最初是為網絡系統設計的。與傳統的SCSI技術相比，光纖通道技術提供更高的數據傳輸速度，現在SAN設備中光纖通道端口的傳輸速度現在已經達到了4GB;克服了SCSI連接的線纜限制，實現了更遠的傳輸距離，更多的設備連接支持和更穩定的性能。在IP SAN出現之前，FC SAN幾乎就是SAN技術的代名詞。

432 IP SAN

FC SAN的性能毋庸置疑，但需要的巨額投入則讓很多中小型用戶望而卻步。這也一度讓SAN和NAS在存儲市場的競爭上處于不利的位置。這個時候IP SAN登場了。IP SAN是類似標準以太網(Ethernet)架構的SAN存儲網絡，它通過ISCSI技術，利用TCP/IP協議進行通信。這就意味著可以直接利用現有的網絡，用千兆以太網交換機代替價格昂貴的FC SAN專用的光纖交換機來實現SAN存儲網絡，因此IP SAN和FC SAN相比成本優勢明顯。這點讓它受到大量用戶的青睞。EMC、DELL和NetApp等業界著名廠商也都涉足ISCSI SAN市場。

說到IP SAN就不能不提ISCSI技術。正是由于這一技術的出現，才使得以IP技術搭建的存儲區域網絡應運而生。ISCSI技術是由CISCO和IBM公司提出，是一個供硬件設備使用的可以在IP協議的上層運行的SCSI指令集，這實現了在IP網絡上運行SCSI協議，使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。服務器因此可與使用IP網絡的儲存裝置互相交換數據。

44 高校圖書館領域網絡存儲技術的比較

441 DAS與NAS

DAS有著悠久的歷史，是曾經應用最廣泛的存儲技術，但隨著技術的發展，DAS在后起之秀NAS和SAN面前則顯得有些落伍。從表1可以看出，NAS的各個性能指標都完勝DAS。在總成本和性能方面都有明顯優勢。對存儲和共享要求較高的高校圖書館來說，NAS顯然是更為適合的選擇。表1 DAS和NAS對比表

比較項目DAS存儲NAS存儲存儲數據結構分散式存儲分散式/集中式存儲連接方式SCSIIP初期投入低低維護成本高低擴展成本高低獨立操作系統無有擴展性低高管理維護復雜簡單傳輸距離50米內無限制磁盤利用率低高整體性能高低適用對象中小型圖書館中型圖書館

442 NAS與SAN

SAN和NAS則是幾乎同時出現的存儲技術。因此它們從誕生伊始便不可避免的成為競爭對手并被相互比較。但從本質上講，SAN與NAS是架構完全不同的存儲方案。SAN支持Block協議，NAS則使用File協議。這也決定了SAN專注于存儲資源的共享，NAS則在立足于文件數據的共享。筆者以為對NAS和SAN來說，僅僅在技術上的對比是不全面的，還應從性價比和發展趨勢上來分析問題。表2是NAS與SAN的一些主要指標。表2 NAS和SAN對比表

比較項目NAS存儲FC SANIP SAN成本低高中擴展性中高高管理維護簡單復雜簡單共享資源文件數據存儲資源存儲資源連接方式IP光纖通道IP存取方式FileBlockBlock 續表2

比較項目NAS存儲FC SANIP SAN傳輸介質雙絞線光纖通道雙絞線傳輸距離無限(適合小文件)100公里(無中繼)無限(大量數據)電磁影響有無有傳輸速率百兆/千兆4GB百兆/千兆整體性能中高中適用對象中型圖書館大型圖書館中型圖書館

從表2可以看到，NAS和IP SAN的整體性與FC SAN相比有一定的差距。但若考慮到性價比，由于FC SAN高昂的成本，復雜的管理和維護，使得它并不適合規模不大的高校圖書館。對資金充裕的高校圖書館來說，FC-SAN是不錯的選擇。對成本較低的IP SAN和NAS來說，IP SAN在性價比上的表現則相當突出。個人認為基于ISCSI的IP SAN解決方案可能更適合中國絕大部分高校圖書館。何況從發展趨勢來看，IP SAN和高端的FC SAN在存儲技術并無本質區別，在未來萬兆交換技術普及后，FC SAN將沒有太多的優勢可言。從這個角度看，FC SAN更有可能是千兆與萬兆交換技術真空期的過渡產品。長遠來看，IP SAN的發展前景無疑更為遠大。

5 結束語

圖書館的存儲系統是一個復雜的系統工程。使用的存儲技術也各有特色，本文是結合筆者自身經驗的一些心得體會，希望能對高校圖書館的數據存儲管理提供幫助。最后要重申的是，高校圖書館在選擇具體的存儲解決方案時，一定不能脫離館內的具體應用和客觀環境。需慎重規劃存儲體系并做好擴展預案，以免因為不合適的存儲方案阻礙圖書館信息化建設的進行。

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