網格化存儲的幾項關鍵技術分析

龔媛媛

1.中國礦業大學計算機科學與技術學院，江蘇 徐州 221116

2.江蘇建筑職業技術學院，江蘇 徐州 221116

所謂網格化存儲是指采取網格技術將空間數據存儲于整個網格中，網格化存儲是一個分布式的存儲環境，目標在于解決分布式廣域環境下異構存儲資源的統一管理，為用戶提供具有高可靠性和良好擴展能力的存儲管理服務。空間數據網格化存儲是實現網格GIS（地理信息系統）的基礎，也是數據網格的主要表現形式。

1 空間數據網格化存儲的特點

1.1 簡化存儲管理

空間數據的梅量和動態變化特點要求存儲系統在容量、數據共享和管理策略上能夠方便地升級。現有的網絡存儲解決了其中的一些問題，但也使管理變得更加復雜。而網格具有平臺透明、協議透明和容易擴展的優點，網格存儲具有很強的可升級性，這有助于采用低廉的成本擴充存儲容量，提升管理能力。

1.2 異構系統及空間數據無縫連接

現有的空間數據存儲系統往往是由不同的部門和機構建立的，相互之間難以共享空間數據，形成了許多空間信息孤島。在網格環境下，所有的計算資源和各種網絡資源構成了一臺虛擬的超級計算機，可使異構系統之間很容易實現空間數據的無縫連接，為用戶提供統一的訪問接口。

1.3 高效的訪問機制

GIS的強大空間分析功能的實現要求系統能有效支持多種異構空間數據的并發訪問。網格環境下的空間數據存儲具有位置透明性和數據透明性，它屏蔽了底層物理平臺的差異和存儲格式的不一致，對數據進行虛擬化統一管理，實現單一地址訪問，簡化了管理，使得空間數據的訪問效率更高，吞吐量也更大。

1.4 極強的環境適應能力

空間數據更新頻繁，數據的是否范圍廣泛，用途不一，對存儲技術知存儲模式的要求會不斷地變化。網格化存儲面對發展和變化均非常迅速的空間數據及用戶的需求，可以靈活快速應變，滿足不斷變化的存儲需求。

2 網格化存儲的幾種關鍵技術

2.1 元數據技術

正如網格GIS中的元數據服務一樣，在空間數據網格存儲中，也必須解決這一問題。網格存儲的目的是為應用提供高效的信息服務，元數據服務有助于在統一的命名方式下形成一個統一的空間數據邏輯視圖。事實上，這里的元數據問題也正是網格GIS所要解決的。

2.2 存儲虛擬化技術

存儲虛擬化主要通過整合物理存儲設備實現對各種空間數據的統一存取。它與元數據技術一道，在更高的層次上對存儲進行抽象，將所有的存儲資源置于一個統一的、可用的存儲池中，為用戶提供一個統一的空間數據邏輯視圖。虛擬化一般有3種不同的形式：一是基于存儲設備的虛擬化；二是基于存儲網絡的虛擬化；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的開銷，是實現空間數據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結構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的。可以看出，虛擬化層的設置屏蔽了底層物理單元的差異。由于空間數據的特性，采用虛擬化存儲不僅要屏蔽存儲的物理單元的差異，還要屏蔽空間數據資源本身在結構、類型等力面的差異，這也是空間數據虛擬化存儲要重點解決的問題。

2.3 存儲代理技術

網格中的異構空間數據分布于不同地理范圍內的各種存儲設備中，通過存儲虛擬化可以使應用程序透明地訪問這些異構空間數據。在空間數據快速定位、高效存取和保持空間數據一致性等方面還需要與虛擬化相關的其他技術的支持。如前所述，元數據技術對實現快速定位和發現所需要的空間數據是不可或缺的技術。另外，存儲資源代理技術在解決空間數據的高效存取和一致性方面具有顯著優勢，它是網格中的一個中間件，是網格中的空間數據管理核心，通過元數據目錄提供訪問空間數據的統一視圖和接口，通過副本技術提供就近訪問空間數據的方法。

當應用程序需要存取網格中的空間數據時，一般向最近的存儲代理發出存取請求。存儲代理在對用戶進行身份認證后，將根據虛擬存儲池內的空間數據資源使用情況把請求轉換為對具體存儲設備進行存取的請求，由存儲設備將應用所需的空間數據傳送給用戶。這種傳送是存儲代理建立了應用程序和存儲資源的安全傳輸通道后才進行的。為了確保空間數據的一致性，在對虛擬存儲池進行數據更新時，存儲代理會及時將數據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據，則它們相互之間可以通過協商決定由哪個代理實施更新操作。

2.4 數據副本技術

為了提高空間數據網格化存儲中的數據存取效率，往往在網格中根據應用需要和網絡狀況生成一定數量的空間數據副本。這樣當所請求的空間數據存在多個副本時，就可以將其中“最近”的副本傳送給應用程序。這里的“最近”通常指傳輸時間最短。副本技術是網格中的一項重要技術，它與存儲代理技術相輔相成，更好地承擔了空間數據資源的管理和維護。副本技術一般包括副本的創建、副本定位、副本發現、副本獲取、副本刪除、更新與副本優化等，這些針對副本的各項管理功能是經由不同的存儲代理實現的。

由于副本技術可以減少數據傳輸的環節，使得時延縮短，能極大地提高空間數據的存取性能，更好地平衡網絡的負載。同時，通過存儲代理的更新機制，還能保證源數據更新的情況下，所有副本也得到及時更新。

[1]龔超，盛曉艷，華江峰.網格技術與信息資源存儲和共享[J].電腦知識與技術(學術交流)，2007(2) .

[2]謝儲暉，郭達志.網格GIS及其實現技術[J].計算機應用研究，2005(4).