網(wǎng)格化存儲的幾項關(guān)鍵技術(shù)分析

龔媛媛

1.中國礦業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116

2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116

所謂網(wǎng)格化存儲是指采取網(wǎng)格技術(shù)將空間數(shù)據(jù)存儲于整個網(wǎng)格中，網(wǎng)格化存儲是一個分布式的存儲環(huán)境，目標(biāo)在于解決分布式廣域環(huán)境下異構(gòu)存儲資源的統(tǒng)一管理，為用戶提供具有高可靠性和良好擴(kuò)展能力的存儲管理服務(wù)。空間數(shù)據(jù)網(wǎng)格化存儲是實現(xiàn)網(wǎng)格GIS（地理信息系統(tǒng)）的基礎(chǔ)，也是數(shù)據(jù)網(wǎng)格的主要表現(xiàn)形式。

1 空間數(shù)據(jù)網(wǎng)格化存儲的特點

1.1 簡化存儲管理

空間數(shù)據(jù)的梅量和動態(tài)變化特點要求存儲系統(tǒng)在容量、數(shù)據(jù)共享和管理策略上能夠方便地升級。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)存儲解決了其中的一些問題，但也使管理變得更加復(fù)雜。而網(wǎng)格具有平臺透明、協(xié)議透明和容易擴(kuò)展的優(yōu)點，網(wǎng)格存儲具有很強(qiáng)的可升級性，這有助于采用低廉的成本擴(kuò)充存儲容量，提升管理能力。

1.2 異構(gòu)系統(tǒng)及空間數(shù)據(jù)無縫連接

現(xiàn)有的空間數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)往往是由不同的部門和機(jī)構(gòu)建立的，相互之間難以共享空間數(shù)據(jù)，形成了許多空間信息孤島。在網(wǎng)格環(huán)境下，所有的計算資源和各種網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)成了一臺虛擬的超級計算機(jī)，可使異構(gòu)系統(tǒng)之間很容易實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的無縫連接，為用戶提供統(tǒng)一的訪問接口。

1.3 高效的訪問機(jī)制

GIS的強(qiáng)大空間分析功能的實現(xiàn)要求系統(tǒng)能有效支持多種異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問。網(wǎng)格環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)存儲具有位置透明性和數(shù)據(jù)透明性，它屏蔽了底層物理平臺的差異和存儲格式的不一致，對數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬化統(tǒng)一管理，實現(xiàn)單一地址訪問，簡化了管理，使得空間數(shù)據(jù)的訪問效率更高，吞吐量也更大。

1.4 極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力

空間數(shù)據(jù)更新頻繁，數(shù)據(jù)的是否范圍廣泛，用途不一，對存儲技術(shù)知存儲模式的要求會不斷地變化。網(wǎng)格化存儲面對發(fā)展和變化均非常迅速的空間數(shù)據(jù)及用戶的需求，可以靈活快速應(yīng)變，滿足不斷變化的存儲需求。

2 網(wǎng)格化存儲的幾種關(guān)鍵技術(shù)

2.1 元數(shù)據(jù)技術(shù)

正如網(wǎng)格GIS中的元數(shù)據(jù)服務(wù)一樣，在空間數(shù)據(jù)網(wǎng)格存儲中，也必須解決這一問題。網(wǎng)格存儲的目的是為應(yīng)用提供高效的信息服務(wù)，元數(shù)據(jù)服務(wù)有助于在統(tǒng)一的命名方式下形成一個統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)邏輯視圖。事實上，這里的元數(shù)據(jù)問題也正是網(wǎng)格GIS所要解決的。

2.2 存儲虛擬化技術(shù)

存儲虛擬化主要通過整合物理存儲設(shè)備實現(xiàn)對各種空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存取。它與元數(shù)據(jù)技術(shù)一道，在更高的層次上對存儲進(jìn)行抽象，將所有的存儲資源置于一個統(tǒng)一的、可用的存儲池中，為用戶提供一個統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)邏輯視圖。虛擬化一般有3種不同的形式：一是基于存儲設(shè)備的虛擬化；二是基于存儲網(wǎng)絡(luò)的虛擬化；三是基于廣域存儲資源的虛擬化。

無論哪種形式的虛擬化，都可以減少管理存儲系統(tǒng)的開銷，是實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)等共享資源高可用性的重要保障。存儲虛擬化一般是通過在原存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之上增加一個虛擬化層，該層把實際存在的各個存儲單元抽象成一個虛擬的存儲池，并向用戶提供通用的存取接口實現(xiàn)對存儲池的訪問，而對具體存儲單乃的訪問是通過虛擬化層和存儲單元的映射實現(xiàn)的。可以看出，虛擬化層的設(shè)置屏蔽了底層物理單元的差異。由于空間數(shù)據(jù)的特性，采用虛擬化存儲不僅要屏蔽存儲的物理單元的差異，還要屏蔽空間數(shù)據(jù)資源本身在結(jié)構(gòu)、類型等力面的差異，這也是空間數(shù)據(jù)虛擬化存儲要重點解決的問題。

2.3 存儲代理技術(shù)

網(wǎng)格中的異構(gòu)空間數(shù)據(jù)分布于不同地理范圍內(nèi)的各種存儲設(shè)備中，通過存儲虛擬化可以使應(yīng)用程序透明地訪問這些異構(gòu)空間數(shù)據(jù)。在空間數(shù)據(jù)快速定位、高效存取和保持空間數(shù)據(jù)一致性等方面還需要與虛擬化相關(guān)的其他技術(shù)的支持。如前所述，元數(shù)據(jù)技術(shù)對實現(xiàn)快速定位和發(fā)現(xiàn)所需要的空間數(shù)據(jù)是不可或缺的技術(shù)。另外，存儲資源代理技術(shù)在解決空間數(shù)據(jù)的高效存取和一致性方面具有顯著優(yōu)勢，它是網(wǎng)格中的一個中間件，是網(wǎng)格中的空間數(shù)據(jù)管理核心，通過元數(shù)據(jù)目錄提供訪問空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一視圖和接口，通過副本技術(shù)提供就近訪問空間數(shù)據(jù)的方法。

當(dāng)應(yīng)用程序需要存取網(wǎng)格中的空間數(shù)據(jù)時，一般向最近的存儲代理發(fā)出存取請求。存儲代理在對用戶進(jìn)行身份認(rèn)證后，將根據(jù)虛擬存儲池內(nèi)的空間數(shù)據(jù)資源使用情況把請求轉(zhuǎn)換為對具體存儲設(shè)備進(jìn)行存取的請求，由存儲設(shè)備將應(yīng)用所需的空間數(shù)據(jù)傳送給用戶。這種傳送是存儲代理建立了應(yīng)用程序和存儲資源的安全傳輸通道后才進(jìn)行的。為了確保空間數(shù)據(jù)的一致性，在對虛擬存儲池進(jìn)行數(shù)據(jù)更新時，存儲代理會及時將數(shù)據(jù)更新狀況告知其他的存儲代理，如果此時有其他代理也試圖更新該數(shù)據(jù)，則它們相互之間可以通過協(xié)商決定由哪個代理實施更新操作。

2.4 數(shù)據(jù)副本技術(shù)

為了提高空間數(shù)據(jù)網(wǎng)格化存儲中的數(shù)據(jù)存取效率，往往在網(wǎng)格中根據(jù)應(yīng)用需要和網(wǎng)絡(luò)狀況生成一定數(shù)量的空間數(shù)據(jù)副本。這樣當(dāng)所請求的空間數(shù)據(jù)存在多個副本時，就可以將其中“最近”的副本傳送給應(yīng)用程序。這里的“最近”通常指傳輸時間最短。副本技術(shù)是網(wǎng)格中的一項重要技術(shù)，它與存儲代理技術(shù)相輔相成，更好地承擔(dān)了空間數(shù)據(jù)資源的管理和維護(hù)。副本技術(shù)一般包括副本的創(chuàng)建、副本定位、副本發(fā)現(xiàn)、副本獲取、副本刪除、更新與副本優(yōu)化等，這些針對副本的各項管理功能是經(jīng)由不同的存儲代理實現(xiàn)的。

由于副本技術(shù)可以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，使得時延縮短，能極大地提高空間數(shù)據(jù)的存取性能，更好地平衡網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。同時，通過存儲代理的更新機(jī)制，還能保證源數(shù)據(jù)更新的情況下，所有副本也得到及時更新。

[1]龔超，盛曉艷，華江峰.網(wǎng)格技術(shù)與信息資源存儲和共享[J].電腦知識與技術(shù)(學(xué)術(shù)交流)，2007(2) .

[2]謝儲暉，郭達(dá)志.網(wǎng)格GIS及其實現(xiàn)技術(shù)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2005(4).