基于IP SAN的數字圖書館存儲研究與探討

〔摘 要〕本文介紹了NAS、SAN及基于IP網絡的網絡存儲等多種存儲技術，以華東交通大學圖書館存儲現狀為例，提出IP SAN架構改造思路，并針對其安全性、容災性等提出研究對策。

〔關鍵詞〕NAS；IP SAN；數字圖書館；網絡存儲

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１０．１２．０２２

〔中圖分類號〕Ｇ２０２ 〔文獻標識碼〕Ｂ 〔文章編號〕１００８－０８２１（２０１０）１２－００８１－０３

Study on the Network Storage Based on IP SAN Digital LibraryLe Yu

（Library，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Storage technology like NAS，SAN and Network Storage based on IP were presented in this paper.With the example of storage situation for library of east china jiao tong university，the author put forward the thought reconstruction of IP SAN Frame and brought up suggestion according to its security and disaster recovery ability.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕NAS;IP SAN;digital library;network storage

當今網絡時代，存儲技術正發生著革命性的變化，存儲系統已經成為IT系統中一個獨立的層次，像網絡系統、應用系統和服務器系統一樣，存儲也形成了獨立的存儲系統。圖書館電子文獻資源的不斷引進及自主數字資源的開發使得存儲系統越來越復雜，對圖書館存儲系統I/O請求以及系統的安全性和穩定性的要求也越來越高［１］。因此，對于建設一個功能完整而又高效能的存儲管理系統來說，如何根據實際規模和應用需求合理地規劃存儲體系，實現真正統一有效的管理和資源共享，是我們在建設數字化圖書館存儲系統中所必須面臨的一個關鍵問題。

１ 圖書館存儲現狀及存儲網絡概述

隨著圖書館數字化進程的加快，圖書館對數字化資源的投入逐漸增多，存儲系統作為支撐整個體系硬件平臺中最核心的部分，它必須能夠滿足不斷增長的海量存儲空間的需求。然而，傳統的存儲架構DAS(Direct Attached Storage) 直接將存儲設備連接到服務器上，如磁盤、磁盤陣列、磁帶機、光盤塔等，僅通過并行SCSI總線與特定的主機連接，存儲設備只能被該主機直接訪問和控制，其他主機訪問這些設備的數據則必須通過主機轉發，而當需要增加存儲容量時就必須增加SCSI的HUB用以進行連接，對于大數據量的存儲使用多個DAS系統，就存在著信息孤島、與數據的不統一等現象。因此現有存儲系統可訪問性差、存儲空間不足、管理性能低下、擴展系統費用高等問題已經成為阻礙數字圖書館發展的一個瓶頸。為了適應數字信息量的迅速增長，滿足多種平臺的互操作要求和數據共享，NAS及SAN架構的存儲系統孕育而生。

１.１ NAS(Network Attached Storage)網絡連接存儲

近幾年開始流行的NAS存儲架構以其可靠穩定的性能、特別優化的文化管理系統和低廉的價格占有了一定的市場份額。NAS采用信息技術中流行的嵌入式技術，將存儲設備直接連接到網絡上供服務器共享，設備采用優化的32位或64位開放源碼、Windows操作系統，具多線程、多任務的處理能力，有效釋放了服務器的總線資源，全力支持了I/O存儲。NAS存儲系統亦可以看成是一種專用的網絡文件存儲及文件備份設備，一種專門優化了的文件服務器加上大容量存儲［２］。SAN模式利用用戶現有的局域網絡設施，用戶無需改造現有網絡，就可通過不同的網絡協議進入相同的文檔，大大節省了用戶在存儲上的投資。

１.２ SAN(Storage Area Network)存儲區域網絡

作為解決企業級存儲的有效方案，SAN以其存儲效率高、使用靈活、管理方便而為廣大用戶接受。SAN將傳統的DAS結構中存儲設備只為某個服務器專用的模式改為了網絡上所有服務器共享的模式，數據的存儲和管理都是集中在SAN網絡中進行，不占用服務器運算處理的網絡帶寬，數據則是以數據塊的形式訪問，從結構上解決了NAS數據訪問對網絡帶寬占用的問題［３］。在SAN架構中，服務器與存儲間的通訊采用SAN，而PC與服務器間的通訊采用的是LAN。采用SAN適合服務器與存儲間大容量數據傳送，而PC與服務器間的數據交換，LAN又可以發揮其靈活的優勢。

SAN網絡結構使得整個系統的存儲容量和處理能力得以按客戶的需求不斷擴大，用戶可以自由增加磁盤陣列、磁帶庫和服務器等設備，為大規模數據傳輸而專門設計的光纖通道技術，也具有很高的連接速度和處理能力。正因為SAN具有海量的擴充能力，不受帶寬的限制，適應網絡化環境下數據快速增長與多樣性的要求，因此對于高效的網絡數據存儲共享系統來說，基于SAN的存儲平臺無疑是一種理想的選擇。

２ 基于IP的SAN技術

IP SAN存儲方案采用iSCSI存儲技術，以磁盤陣列、虛擬存儲交換機為存儲平臺，是一種在傳統的SAN結構中，以IP協議替代光纖通道協議，構建結構上與LAN隔離，而技術上與LAN一致的新型SAN系統。與傳統的分散直接存儲方式不同的是，它采用集中的存儲方式，極大提高了存儲空間的利用率，方便用戶的維護管理。IP SAN本地IP存儲技術采用一體化的管理界面，使得IP SAN可以和IP網絡完全整合，普通服務器或PC機只需要具備網卡即可以共享、使用大容量的存儲空間。

IP SAN利用無所不在的IP網絡，一定程度上保護了現有投資，以往用戶在IP LAN上獲得的維護經驗、技巧都可以直接應用在IP SAN上。由于IP存儲超越了地理距離的限制，IP能延伸到多遠，存儲就能延伸到多遠，這種技術更進一步地模糊了本地存儲和遠程存儲的界限，十分適合于對現存關鍵數據的遠程備份［４］。同時IP網絡技術成熟，IP存儲減少了配置、維護、管理的復雜度，各種IP通用設備，保證了用戶具有非常廣泛的選擇空間。２０１０年１２月第３０卷第１２期基于IP SAN的數字圖書館存儲研究與探討Ｄｅｃ.，２０１０３ IP SAN架構的圖書館存儲網絡

近幾年高校規模的不斷擴大，特別是高校間的合并，圖書館一校多館的情況越來越多，各分館有著各自的一套服務系統，院系資料室有的也已經建立了自己的工作系統。各個服務器系統大都是相互孤立，沒有形成一體化的網絡系統。因此，圖書館網絡存儲系統采用存儲區域網，建立以數據存儲為中心的SAN應用系統結構，是數字化圖書館發展的必然趨勢。

以筆者所在華東交大圖書館為例，目前館內有服務器7臺，各服務器是典型的直接存儲(DAS)結構，現有存儲量已達到12TB，但是每個服務器的存儲空間分配很不合理，主要包括館藏數據(書目數據、讀者數據以及借閱記錄等)、各種全文圖書和全文期刊數據、隨書光盤數據、Web網頁和其他自建數據庫等，其中以電子圖書、電子期刊、Web資源的存儲量增長最快，幾乎達到了飽和狀態，并且有很大一部分數據庫是采用本地索引遠程訪問的形式使用，而其它服務器的存儲空間又相對空余［５］。從實際應用情況看，現有的服務器系統能力已明顯不足，尤為重要的是存儲系統在容量、性能和可靠性方面已經不能滿足圖書館快速發展的步伐，整個存儲和管理都遇到了很大的問題。

３.１ 結合實際的IP SAN網絡架構改造設想

在圖書館主控室建立存儲系統，可以選用支持iSCSI協議的虛擬存儲交換機連接光纖磁盤陣列柜，共同來構成IP SAN的核心端，作為整個數據中心的存儲核心，只要接入局域網的計算機都可以使用存儲系統里的存儲空間，使得整個存儲系統具有高擴展性。光纖磁盤陣列采用雙控制器，兩臺磁盤陣列互為備份；兩臺存儲交換機進行群集，提供雙機熱備負載均衡，從而保證整個系統的高可靠性。在每個需要上傳數據的服務器上安裝iSCSI硬件卡、千兆以太網卡，構成IP SAN的前端，與核心端對應，存儲交換機采用2G的光纖存儲通道，保證高速數據傳輸能力。同時采用高性能千兆以太網交換機來保證系統的高性能。另外，所有支持SNMP協議的設備，例如磁盤陣列、存儲交換機、網絡交換機等，都可以通過相應的圖形化網絡管理軟件對設備進行管理。在圖書館以外的其他部門(例如現代教育技術中心)設置遠程控制服務器，建立可靠的遠程容災備份系統。圖１就是一個簡單的IP SAN構架的組網示意圖。

３.２ SAN存儲數據備份及容災策略研究

網絡存儲對數字圖書館的海量數字資源實現了高可用性、存儲高性能和高安全性，其安全問題尤為引人注目。基于SAN的網絡架構存在一定的安全隱患，電腦病毒、黑圖１ IP SAN組網結構示意圖

客入侵、自然災難等諸多因素，都有可能導致數據的丟失和毀損。一旦重要的數據被破壞或丟失，必然會對圖書館正常工作和讀者服務造成重大的影響，甚至是難以彌補的損失。惟一可以將損失降低到最小且行之有效的辦法莫過于對存儲數據進行備份，而異地容災則是避免發生意外時數據損失的良方。考慮到網絡數據存儲在使用過程中的安全性，筆者提出以下幾點對策：

３.２.１ 系統安全

對網絡存儲安全，目前應采用訪問控制、用戶驗證策略和反入侵策略等用于解決傳統網絡漏洞的安全策略和協議，保證網絡存儲系統數據的機密性、完整性和可用性。對于Windows操作系統中的靜態數據設置只讀權限，主動采取預防病毒技術、檢測病毒技術和殺毒技術，提高存儲系統的整體抗病毒能力，減少被病毒感染的機率，確保每天在系統中存取的數據不被病毒感染。

３.２.２ 數據備份

針對圖書館存儲數據量大的特點，選擇采用Server-Less備份操作，通過SAN網絡借助于SCSI-3擴展復制命令，來實現遠程鏡像主機備份，使用軟件方式通過邏輯卷的復制實現本地邏輯卷和遠程邏輯卷的數據同步，整個過程通過廣域網絡基于IP實現；刪除冗余的備份數據，相同的數據段信息只保存一次，用來減少數據的存儲量。嚴格數據備份工作制度化、科學化、壓縮備份時間，增加備份效率，避免因為管理員的誤操作導致備份數據損失。

３.２.３ 災難恢復

主機非系統磁盤故障，使用RAID1、RIAD5技術的，直接熱替換硬盤，更換后從備份介質恢復數據。系統盤故障或操作系統不能啟動，則利用備份系統的鏡像文件恢復主機系統盤，同時啟用遠程備份主機［６］。為確保恢復成功，必須建立簡捷有效的災難恢復程序，嚴格按照既定程序建立文檔，并與關鍵數據一起安全地異地保存，避免反復地恢復測試。

４ 結 語

信息技術的發展推動了存儲技術的不斷更新，使用本地IP存儲技術擴展已有的存儲網絡，來構建一套高效、完善的數字化圖書館數據存儲網絡，既能保證數據更易于管理、使用，滿足不同應用系統的高效運行，亦能解決當前存儲容量嚴重不足和有效聯機備份空間。各高校圖書館可以針對各館具體情況選擇合適的網絡架構，或將已有的低速圖書館數字網絡進行升級，作為數字圖書館建設中主流的技術選擇，IP SAN必將為讀者帶來更快速、更高效、更安全、更大容量的存取服務。

參考文獻

［１］（美）Marc Farley.SAN存儲區域網絡［Ｍ］.孫功星，等譯.北京:機械工業出版社，2001.

［２］李靜，董倩.SAN與NAS融合技術在數字圖書館中的應用研究［Ｊ］.現代情報，2009，(9)：101-103，120.

［３］王建平，龐海波，張志鳳.SAN技術在數字化圖書館網絡建設中的應用［Ｊ］.河南機電高等專科學校學報，2007，(1)：114-116.

［４］費雪.iSCSI挑戰光纖通道SAN［Ｎ］.中國計算機報，2006-07-05，(27).

［５］袁建娟.IP SAN存儲技術在數字圖書館中的應用［Ｊ］.圖書館學刊，2008，(2)：136-138.

［６］劉宏發，唐宏.網絡存儲與災難恢復技術［Ｍ］.電子工業出版社，2008.