網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)Data Storage Technology In The Network Environment目 錄摘 要ABSTRACT前 言1 網(wǎng)絡(luò)存儲的概念和特點2 不同網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的分析和比較2.1 DAS2.2 NAS2.3 SAN2.4 ISCSI2.5 CAS2.6 比較3 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的選型3.1 應(yīng)考慮的幾個因素3.2 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)選擇4 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用4.1 GIS的特點和數(shù)據(jù)存儲需求4.1.1 GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點4.1.2 GIS的數(shù)據(jù)存儲需求及需要解決的問題4.2 網(wǎng)絡(luò)化存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用4.2.1 實現(xiàn)海量數(shù)

2、據(jù)的數(shù)據(jù)存儲4.2.2 實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)備份4.2.3 實現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)管理4.3 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用示例4.3.1 拓撲結(jié)構(gòu)4.3.2 環(huán)境配置4.3.3 虛擬化技術(shù)的應(yīng)用4.3.4 GIS數(shù)據(jù)庫備份方案的制定4.4 小結(jié)結(jié)束語致 謝參考文獻信息科學(xué)技術(shù)系畢業(yè)論文(設(shè)計)摘 要隨著計算機的普及和發(fā)展，人們對有用信息的存儲量越來越大，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)成幾何形式的增長，人們對數(shù)據(jù)存儲提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)存儲便成為一個非常熱門的研究方向。本文剖析了目前五種主要的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)(DAS、NAS、SAN、iSCSI和CAS)，從內(nèi)部機理和性能等諸多方面對其進行了分析和比較，為

3、有關(guān)人員選擇適合自己需求的數(shù)據(jù)存儲方式提供了一定的參考和幫助，并提出在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)選型時應(yīng)注意的問題，和怎樣選擇網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)。最后結(jié)合現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)和存儲虛擬化技術(shù)，探討網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：直接連接存儲，網(wǎng)絡(luò)連接存儲，存儲區(qū)域網(wǎng)，iSCSI，內(nèi)容尋址存儲AbstractWith the popularization and development of computer, the storage of useful information increases continuously, furthermore the network technology leads t

4、o the geometric growth of data, so people have put forward higher demand for data storage. Network storage has consequently become a hot topic of research. This paper analyzes the current five major network storage technology (DAS, NAS, SAN, iSCSI and CAS), analyzing and comparing them from the inte

5、rnal mechanism and the performance and other aspects, and provides reference and help for people to select the data storage technology suitable for themselves. The paper also proposes the problems people should pay attention while selecting the network technology and how to select. Finally, the pape

6、r probes the application of Internet storage technology in the GIS system , on the base of the existing network storage technology and storage virtualization technology. Key words: DAS（Direct Attached Storage）, NAS（Network Attached Storage）, SAN（Storage Area Network, iSCSI, CAS（Content Addressed Sto

7、rage）前 言早期的計算機和服務(wù)器上主要使用的DAS(Direct Attached Storage)直接外掛存儲技術(shù)。這種存儲方式將外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備都采用了直接掛接在內(nèi)部總線上的方式，數(shù)據(jù)存儲構(gòu)成整個服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。在早期的計算機和服務(wù)器數(shù)據(jù)的存儲往往依賴于操作系統(tǒng)，同時計算機或服務(wù)器的處理及吞吐能力還有限，對數(shù)據(jù)存儲的需求也不是十分巨大。在這種情況下，計算機和服務(wù)器僅僅采用外接較低容量的存儲設(shè)備，是滿足當(dāng)時人們對數(shù)據(jù)存儲的需求的一種比較合理的解決方案。但隨著計算機處理技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)也成幾何形式的增長，人們對數(shù)據(jù)存儲提出了更高的要求，DAS已經(jīng)不能滿足數(shù)據(jù)存儲和管

8、理的需求，新的存儲技術(shù)網(wǎng)絡(luò)存儲就被提了出來。 1 網(wǎng)絡(luò)存儲的概念和特點所謂的網(wǎng)絡(luò)存儲就是通過網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備，包括了專用數(shù)據(jù)交換設(shè)備、磁盤陣列或磁帶庫等存儲介質(zhì)、以及專用的存儲軟件，利用原有網(wǎng)絡(luò)或者構(gòu)建一個存儲專用網(wǎng)絡(luò)為用戶提供統(tǒng)一的信息系統(tǒng)的信息存取和共享服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)存儲的出現(xiàn)滿足了人們對數(shù)據(jù)大容量存儲、數(shù)據(jù)有限制共享、數(shù)據(jù)挖掘和信息充分利用、數(shù)據(jù)可靠性、數(shù)據(jù)備份與安全性、數(shù)據(jù)管理的簡單化和統(tǒng)一化的要求。同時網(wǎng)絡(luò)存儲還具有很強的可擴展性，可以提供大數(shù)據(jù)量的信息傳輸率的特點。網(wǎng)絡(luò)存儲首先解決了原來分布式應(yīng)用產(chǎn)生的大量“信息孤島”的問題。在網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)出現(xiàn)之前，大量的數(shù)據(jù)都以分散的方式存放在用戶的各個

9、部門之中，造成數(shù)據(jù)同步、集群計算時的困難，從而產(chǎn)生大量的“數(shù)據(jù)孤島”。許多用戶數(shù)據(jù)得不到有效發(fā)掘而成為垃圾，而與此同時用戶又因為得不到有效數(shù)據(jù)而造成大量的損失。網(wǎng)絡(luò)存儲的出現(xiàn)可以有效的解決這一問題。網(wǎng)絡(luò)存儲的一個特點就是數(shù)據(jù)集中存儲和管理，在一個或多個大容量介質(zhì)中通過有效的管理軟件，進行數(shù)據(jù)的存儲，使得這些信息可以在控制下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，消除了“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象。同時網(wǎng)絡(luò)存儲可以方便大型的數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)，使得數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的應(yīng)用更加靈活，對數(shù)據(jù)的管理更加簡單、便捷。最后，網(wǎng)絡(luò)存儲使得建立安全備份機制和災(zāi)難恢復(fù)手段成為可能。原有分散的數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)，需要對每一臺服務(wù)器、每一個數(shù)

10、據(jù)庫的數(shù)據(jù)逐一進行備份。在一個較大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫的數(shù)量都十分巨大，這使得備份成為一件十分繁雜的工作，同時出現(xiàn)疏漏的可能也大大增加。而網(wǎng)絡(luò)存儲出現(xiàn)以后，只要采用數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難備份軟件，這一問題就迎刃而解1。 2 不同網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的分析和比較 網(wǎng)絡(luò)存儲在具體實現(xiàn)上由于采用技術(shù)和協(xié)議的不同，可以分成不同的幾種類型，如DAS、NAS、SAN、iSCSI和CAS等，其中NAS和SAN是應(yīng)用最為成熟和廣泛的兩種技術(shù)。下面分別介紹了這幾種技術(shù)。2.1 DASDAS(Direct Attached Storage)直接連接存儲。這種基本的存儲結(jié)構(gòu)在校園網(wǎng)或辦公環(huán)境中較為常見。存儲器通過一個通用服

11、務(wù)器連接在網(wǎng)絡(luò)上，存儲器與服務(wù)器之間通過傳統(tǒng)的I/O總線通訊。客戶機訪問存儲器上的數(shù)據(jù)時必須通過服務(wù)器進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，盡管這種技術(shù)存在I/O瓶頸、可擴展性差、存儲升級均消耗服務(wù)器資源、管理成本較高等不足，但隨著IDE硬盤技術(shù)的更新，以IDE硬盤為主要載體的RAID存儲系統(tǒng)日益改進，這促使DAS方式仍具有一定的生命力。比如，用DAS實現(xiàn)本地存儲，可以增加數(shù)據(jù)的安全性。目前的以太網(wǎng)絡(luò)大多采用Client-Server結(jié)構(gòu)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，多個主機所承擔(dān)的任務(wù)通常有所不同。除網(wǎng)絡(luò)交易需要一個數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)庫中心外，面對繁多而關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，網(wǎng)管必須在本地加載本地存儲設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護。如果主機帶RAID卡，可

12、選擇直連硬盤的方式；否則，可以選擇磁盤陣列，當(dāng)然采用DAS+IDE陣列的模式也有自身優(yōu)勢。2.2 NASNAS(Network Attached Storage)網(wǎng)絡(luò)附加存儲。它是基于LAN的，按照TCP/IP協(xié)議進行通信，面向消息傳遞，以文件的I/O方式進行數(shù)據(jù)傳輸，也就是說，NAS使用的是平時我們一直在用的基于TCP/IP的局域網(wǎng)，并在上面進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹Ｓ捎跀?shù)據(jù)的傳輸可以在原有的局域網(wǎng)上進行，所以NAS的建設(shè)十分簡單，對數(shù)據(jù)的管理也十分的方便。同時NAS已經(jīng)完全可以實現(xiàn)異構(gòu)平臺之間的數(shù)據(jù)級共享，比如NT、UNIX等平臺的共享，特別適合于ftp等文件共享服務(wù)的應(yīng)用。但是由于使用了與平時網(wǎng)絡(luò)

13、通信相同的網(wǎng)絡(luò)，所以在網(wǎng)絡(luò)帶寬條件有限的情況下，它占用了寶貴的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，影響了網(wǎng)絡(luò)的利用率，同時也使得NAS無法發(fā)揮其應(yīng)有的性能。2.3 SANSAN(Storage Area Network)存儲區(qū)域網(wǎng)。它是在原來的局域網(wǎng)外，另外構(gòu)建一個專門用于存儲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這個存儲網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個高速的子網(wǎng)，這個子網(wǎng)中的設(shè)備可以從你的主網(wǎng)卸載流量（圖1）。通常SAN由RAID陣列連接光纖通道(Fibre Channel)組成，SAN和服務(wù)器和客戶機的數(shù)據(jù)通信通過SCSI命令而非TCP/IP，數(shù)據(jù)處理是“塊級”(block level)。圖1 SAN的拓撲方案SAN結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)存儲為中心，采用靈活的網(wǎng)

14、絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通過具有高傳輸速率的光纖通道的連接方式，以傳統(tǒng)SCSI協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的一種體系。SAN有許多優(yōu)點，首先，SAN可以自由擴展，用戶可以靈活地在SAN結(jié)構(gòu)上添加各種存儲設(shè)備，整個系統(tǒng)擴展起來十分方便靈活；其次，SAN結(jié)構(gòu)采用光纖通道作為數(shù)據(jù)的傳輸方式，所以傳輸速率非常高；再者，SAN上數(shù)據(jù)傳輸以是塊傳輸方式進行，在光纖上可以傳輸大規(guī)模數(shù)據(jù)；最后，SAN 結(jié)構(gòu)可以采用LAN-Free或Server-Free的方式進行數(shù)據(jù)的備份，使得備份工作可以方便快捷的進行。但是，由于SAN存儲方式要構(gòu)建一個專門用于數(shù)據(jù)存儲的SAN結(jié)構(gòu)，使得建設(shè)費用大為增加，同時在SAN結(jié)構(gòu)中存儲的數(shù)據(jù)以“塊”的形式存在

15、，也就是每一個應(yīng)用在存儲介質(zhì)中都有一個專屬于自己的區(qū)域，其他應(yīng)用是難于訪問這個區(qū)域的。這使得SAN互操作性較難，難于應(yīng)用于大量存在的文件共享服務(wù)。最后SAN的建設(shè)難度大，需要專業(yè)人員管理。這些都是SAN的不足之處。2.4 iSCSI由于網(wǎng)絡(luò)存儲SAN結(jié)構(gòu)投資十分巨大，一般用戶企業(yè)很難承受。與此同時，NAS技術(shù)雖然成本低廉，但是在使用的時候需要消耗有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，無法完成大容量存儲的應(yīng)用，于是，提出了iSCSI技術(shù)。該技術(shù)是將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)( Ethernet)技術(shù)結(jié)合，使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲存裝置互相交換資料（圖2）。此技術(shù)不但價格較目前使用的業(yè)界技術(shù)標準 Fiber C

16、hannel來的低廉，而且系統(tǒng)管理人員也可以用相同的設(shè)備來管理所有的網(wǎng)絡(luò)，并不需要以另外的設(shè)備來進行網(wǎng)絡(luò)的管理。iSCSI作為IP Storage中最先得到應(yīng)用得技術(shù)之一，它特別適合需要利用現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)資源及IT技能擁有集中存儲，但又不具備建設(shè)SAN結(jié)構(gòu)的用戶使用。圖2 iSCSI 拓撲圖2.5 CASCAS(Content Addressed Storage)內(nèi)容尋址存儲CAS的提出是基于這樣一種統(tǒng)計，即存儲的數(shù)字化信息中，除了需要不斷更新的數(shù)據(jù)外，有更大的一部分的內(nèi)容是以固定的形式存在的最終信息，也就是這些信息的內(nèi)容是不變的，如電臺電視臺已經(jīng)播放的廣播、影視、醫(yī)學(xué)診斷中使用的MRI、X光、

17、檢查圖像等，已經(jīng)完成文檔、CAD/ CAM設(shè)計等等。而如前所述，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，不管是NAS還是SAN都沒有對這種以固定形式存在的內(nèi)容進行優(yōu)化。應(yīng)用CAS技術(shù)存儲的數(shù)據(jù)都含有一個全球唯一的標識符。用戶訪問該信息的時候，只需在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出帶有這一標識符的信息，而不必去追蹤被保存信息的物理位置，系統(tǒng)會自動根據(jù)這一標識符在網(wǎng)絡(luò)搜尋到信息所存的位置，然后再將該信息反饋給用戶。由于CAS存儲對數(shù)據(jù)會分配一個標識符，存儲的信息不能任意改動，所以CAS只適用于存儲內(nèi)容固定不變的環(huán)境中2。2.6 比較以上介紹了DAS、NAS、SAN、iSCSI、CAS五種不同網(wǎng)絡(luò)存儲方式，下面的表格對他們進行一個分析和比較

18、（表1），該表格充分說明了各種存儲技術(shù)的特點和典型應(yīng)用。DAS的存儲磁盤是通過標準的SCSI的并行接口與數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，客戶端需要訪問和管理數(shù)據(jù)必須通過數(shù)據(jù)服務(wù)器。那么在整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)服務(wù)器成為了數(shù)據(jù)的中樞，也成為了系統(tǒng)的瓶頸。數(shù)據(jù)服務(wù)器的性能直接決定了整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)的好壞，數(shù)據(jù)超負荷的運作，必然威脅到了數(shù)據(jù)服務(wù)器的安全和整個網(wǎng)絡(luò)的安全，雖然目前DAS 存儲系統(tǒng)推出了雙機容錯的方案，在一定程度上緩解了數(shù)據(jù)服務(wù)器的瓶頸效應(yīng)，但是雙機冗錯軟件在主備機上實時運行、實時占用系統(tǒng)資源，這與盡量減輕數(shù)據(jù)服務(wù)器的運算負擔(dān)的設(shè)計原則是有些沖突的。因此，DAS系統(tǒng)多應(yīng)用于一些中小型的企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)

19、，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量偏小，傳輸速率都在一百兆以內(nèi)。NAS與DAS相比其主要的優(yōu)勢在于服務(wù)器的性能得到了巨大提高，把存儲設(shè)備直接接到網(wǎng)絡(luò)上，不再掛在服務(wù)器后端，避免了給服務(wù)器增加負擔(dān)，而且NAS存儲設(shè)備在邏輯上也不再僅僅屬于一臺服務(wù)器，通過卷管理器，驅(qū)動器映射等多項技術(shù)，存儲設(shè)備可以給多臺數(shù)據(jù)服務(wù)器共享，單臺服務(wù)器的故障不再會引起網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的全面崩潰。NAS 存儲系統(tǒng)的缺點在于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與非數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)并存同一個網(wǎng)絡(luò)中，NAS數(shù)據(jù)流和非NAS數(shù)據(jù)流在不斷競爭網(wǎng)絡(luò)的資源。網(wǎng)絡(luò)的特性必然影響NAS服務(wù)性能。在整個網(wǎng)絡(luò)輕載時NAS的弊端不明顯，但是如果NAS在做數(shù)據(jù)備份等大流量的操作時，數(shù)據(jù)包的丟失，數(shù)據(jù)包

20、的亂序，非數(shù)據(jù)信息包對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，都會對NAS的性能產(chǎn)生很大的影響3。SAN技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了存儲數(shù)據(jù)流和非存儲數(shù)據(jù)流分離的問題。SAN存儲系統(tǒng)是一項價格昂貴，性能卓越的方案。SAN(storage area network)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將SAN網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)有機地分離，客戶端通過應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)向各類服務(wù)器提出數(shù)據(jù)的請求，各類服務(wù)器通過SAN網(wǎng)絡(luò)與存儲設(shè)備進行數(shù)據(jù)塊級的數(shù)據(jù)訪問。面對迅速增長的數(shù)據(jù)存儲需求，大型企業(yè)和服務(wù)提供商漸漸開始選擇SAN作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。SAN適合于投資比較充裕，同時存在大量數(shù)據(jù)庫信息的對數(shù)據(jù)吞吐、傳輸要求較高的環(huán)境中，如企業(yè)的ERP系統(tǒng)、聯(lián)機處理系統(tǒng)等等的大型系統(tǒng)中

21、或在銀行數(shù)據(jù)存儲、電視臺的專業(yè)視頻信息存儲等領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用。iSCSI則十分適合于投資有限，又想得到類似SAN功能的環(huán)境中。CAS則在由大量固定內(nèi)容的醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)中可以發(fā)揮大量的應(yīng)用。不過CAS系統(tǒng)目前在處在推廣階段，真正的應(yīng)用還不多。表1 不同數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的比較表 NASSANiSCSICASDAS所使用的主要協(xié)議TCP/IPSCSIIP，SCSI未知無存儲所使用的網(wǎng)絡(luò)使用普通局域網(wǎng)專屬與存儲的網(wǎng)絡(luò)同時使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無數(shù)據(jù)存儲的類型文件塊（卷）塊對象（內(nèi)容）文件數(shù)據(jù)的修改可變可變可變固定不變可變典型的應(yīng)用環(huán)境文件共享OLTP（聯(lián)機事務(wù)處理），DW（數(shù)據(jù)倉庫），ERP投資有限，又

22、想得到類似SAN功能的環(huán)境中醫(yī)學(xué)影像，文檔，設(shè)計方案等固定內(nèi)容數(shù)據(jù)量較小，數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性較低的地方建設(shè)投資低高中低低管理難度低高中中低3 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的選型3.1 應(yīng)考慮的幾個因素對于網(wǎng)絡(luò)存儲，首先要明確應(yīng)用目的。網(wǎng)絡(luò)存儲主要是用來解決數(shù)據(jù)的集中存儲和任務(wù)的分布處理。數(shù)據(jù)的集中存儲有利于把企業(yè)數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略資源統(tǒng)一進行保護，但是應(yīng)用上要求能夠分布獲取信息?，F(xiàn)在的存儲方式DAS、NAS等有各自的用途。在網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備的選型和技術(shù)的選擇時，應(yīng)考慮以下因素:1)可用性。用戶應(yīng)該了解網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率、數(shù)據(jù)增長率等方面的要求。這是選擇存儲系統(tǒng)的出發(fā)點。2)兼容性。應(yīng)最大限度地利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息及存儲資

23、源，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和異構(gòu)操作平臺間的互操作。如果原有系統(tǒng)運行于不同的操作系統(tǒng)平臺，新增的存儲系統(tǒng)應(yīng)能被這些平臺訪問，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與管理。還應(yīng)注意存儲管理軟件的功能、性能與兼容性是否受限。3)擴展性。要考慮系統(tǒng)的可擴展性和不同部件之間的互操作性，盡可能保證在今后數(shù)據(jù)增長時，系統(tǒng)能方便升級，運行穩(wěn)定。4)合理性。不同的要求對存儲系統(tǒng)性能的要求很不一樣。合理配置系統(tǒng)，優(yōu)化存儲層次，才能充分發(fā)揮存儲系統(tǒng)的效率。5)安全性。作為網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)，安全應(yīng)給予一定的保證，要能夠自動、手動、定時備份數(shù)據(jù)。3.2 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)選擇目前國內(nèi)存儲市場處在一種不平衡的發(fā)展狀態(tài)。用戶在開始配備存儲設(shè)備時一般采用DAS

24、(直連存儲)，以大量數(shù)據(jù)為關(guān)鍵業(yè)務(wù)的行業(yè)則采用NAS、SAN等先進的存儲技術(shù)。SAN、NAS雖被看好，但是大多數(shù)用戶在建設(shè)存儲系統(tǒng)時基本以滿足性能、容量需求為主，存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選用DAS(直連存儲)模式較多。SAN是目前人們公認的最具有發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯夹g(shù)方案，而未來SAN的發(fā)展趨勢將是開放、智能與集成。NAS是目前增長最快的一種存儲技術(shù)，然而就SAN和NAS的發(fā)展趨勢而言，在應(yīng)用層面上二者將實現(xiàn)充分的融合。iSCSI也被認為是未來網(wǎng)絡(luò)存儲的一個發(fā)展方向。然而，不管SAN、NAS、iSCSI或虛擬存儲技術(shù)，對用戶來說，最重要的是擁有穩(wěn)定、可升級、性價比最好的存儲解決方案，而存儲領(lǐng)域任何新技術(shù)和產(chǎn)品

25、的發(fā)展，其最終目的也都是為了簡化用戶存儲資源的利用和管理。用戶在選擇存儲產(chǎn)品時，要根據(jù)自身不同的條件和需求來選擇4。4 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System ,GIS）是一門介于信息科學(xué)、空間科學(xué)與地球科學(xué)之間的新技術(shù)。GIS作為地學(xué)的第三代語言，將圖像、圖形、屬性及專業(yè)模型融為一體，將地學(xué)空間技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，通過系統(tǒng)建立、操作與模型分析，產(chǎn)生對資源環(huán)境進行區(qū)域規(guī)劃，管理決策，災(zāi)害防治等方面的有用信息。目前GIS憑借其開放的應(yīng)用平臺、透明的訪問操作和高時效性等特點已經(jīng)逐漸走入人們的視野,空間信息系統(tǒng)的服務(wù)對象已經(jīng)從面向單

26、一用戶擴展到為廣大普通用戶提供空間信息服務(wù)的方向。而數(shù)據(jù)存儲管理技術(shù)作為GIS發(fā)展過程中的重要支撐技術(shù)之一,關(guān)系到整個GIS系統(tǒng)的應(yīng)用性能。4.1 GIS的特點和數(shù)據(jù)存儲需求4.1.1 GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點對空間數(shù)據(jù)的處理是GIS的核心功能,GIS中的數(shù)據(jù)通常描述三部分信息:空間信息(位置,空間關(guān)系等)、非空間的屬性信息和時間信息?？臻g信息是GIS系統(tǒng)與其他管理系統(tǒng)的主要區(qū)別,由于其獨特的空間特性,使GIS數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用廣泛等特點。與傳統(tǒng)的以獨立主機結(jié)構(gòu)為主的單機GIS系統(tǒng)不同,新興的網(wǎng)絡(luò)GIS具有更廣泛的應(yīng)用群體,主要表現(xiàn)見表2。表2單機GIS系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)GIS系統(tǒng)的差異

27、4.1.2 GIS的數(shù)據(jù)存儲需求及需要解決的問題GIS的發(fā)展對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理提出了更高的要求,為滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求,需要有高效的數(shù)據(jù)存儲傳輸能力、有效的網(wǎng)絡(luò)安全控制機制以及基于網(wǎng)絡(luò)的海量空間數(shù)據(jù)的快速存取與調(diào)度能力。 海量數(shù)據(jù)存儲管理能力空間數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴展,各級空間數(shù)據(jù)中心所采集、處理、存儲與備份的各種類型空間數(shù)據(jù)呈海量增長的態(tài)勢,海量空間數(shù)據(jù)的存儲、管理及應(yīng)用是GIS中首先要解決的問題。在目前,GIS的數(shù)據(jù)主要以文件和數(shù)據(jù)庫的方式進行管理。 海量數(shù)據(jù)處理能力海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用,涉及到數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸、處理的速度,多用戶并發(fā)訪問的調(diào)控等,數(shù)據(jù)的應(yīng)用不僅依賴于采用軟件的處理能力,還需

28、要考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)器系統(tǒng)的負載均衡等問題。 數(shù)據(jù)安全控制隨著面向用戶的增多,來自方方面面的各種安全隱患隨之增多,網(wǎng)絡(luò)GIS需要有完備的網(wǎng)絡(luò)安全防范機制防止系統(tǒng)受到侵害。 數(shù)據(jù)備份保護GIS多為面向多用戶的應(yīng)用和管理系統(tǒng),要求系統(tǒng)具有持續(xù)可用性,可滿足不同時段、不同需求的用戶應(yīng)用需求,系統(tǒng)數(shù)據(jù)需要有良好的存儲備份機制,防止出現(xiàn)故障后系統(tǒng)的修復(fù)困難。4.2 網(wǎng)絡(luò)化存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展、數(shù)據(jù)采集技術(shù)水平的提高及數(shù)據(jù)源的增多，人們對地理信息認識了解的程度提高，各行業(yè)、各階層的用戶，對信息內(nèi)容的需求逐漸加大，數(shù)據(jù)庫的容量也隨之增大，數(shù)據(jù)的存儲管理也從一臺機器的管理轉(zhuǎn)到多臺

29、機器的存儲和管理。采用網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)進行地理信息數(shù)據(jù)存儲，可以解決GIS中海量數(shù)據(jù)的管理問題5。4.2.1 實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)具有高度的可擴展性，通過存儲設(shè)備和管理軟件，采用SAN和NAS技術(shù)及各種存儲虛擬化技術(shù)，可以使分布于網(wǎng)絡(luò)中的資源包括存儲設(shè)備、服務(wù)器和數(shù)據(jù)資源組合到一起，靈活地進行資源整合，接近無限制的增大數(shù)據(jù)的存儲能力，達到統(tǒng)一部署、簡化管理、降低維護經(jīng)費的目的。同時，網(wǎng)絡(luò)存儲的數(shù)據(jù)高速傳輸率，使數(shù)據(jù)的存儲傳輸、訪問、反饋的可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下應(yīng)用。采用網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，對GIS的海量數(shù)據(jù)，可以將其存儲在不同的設(shè)備上，以對開發(fā)者和用戶透明的方式提供服務(wù)。4.2.2 實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)

30、的數(shù)據(jù)備份在GIS中，數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)是GIS的重要數(shù)據(jù)管理功能，是保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全的重要措施。數(shù)據(jù)的備份，與數(shù)據(jù)的內(nèi)容、數(shù)據(jù)的存儲方式、數(shù)據(jù)的使用情況、數(shù)據(jù)更新的周期等緊密相關(guān)?；诰W(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，可以實現(xiàn)高速的文件歸檔，保證系統(tǒng)備份/恢復(fù)和應(yīng)用中的一致性，簡化存儲管理，而不必再進行大量的數(shù)據(jù)復(fù)制和維護多個數(shù)據(jù)拷貝。通過制定備份策略，可以實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的多種方式的數(shù)據(jù)備份，進一步提高數(shù)據(jù)的備份效率和安全性。4.2.3 實現(xiàn)全方位的數(shù)據(jù)管理采用網(wǎng)絡(luò)存儲方式，可實現(xiàn)多級別、多層次的用戶管理。服務(wù)器和存儲設(shè)備的整合，可將存儲在不同設(shè)備上的數(shù)據(jù)合并到一個整體的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)倉庫里，使數(shù)據(jù)可以方便地進行管理

31、和共享。多個附屬服務(wù)器的快速訪問和吞吐量；基于網(wǎng)絡(luò)的遠程或本地管理；可根據(jù)實際的軟硬件配置，提供簡單、快速、可靠、可擴展的數(shù)據(jù)管理解決方案，解決數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)保護、數(shù)據(jù)管理等一系列問題。4.3 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用示例網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在GIS中的應(yīng)用,根據(jù)不同的需求,可以有不同的應(yīng)用方法,這里從數(shù)據(jù)庫的備份方面,結(jié)合現(xiàn)有的軟硬件設(shè)施,簡單介紹其應(yīng)用方式。4.3.1 拓撲結(jié)構(gòu)使用NAS和SAN的不同方式的集成可以解決大部分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲問題,而對于以海量的塊級數(shù)據(jù)的傳輸和存儲為主的GIS系統(tǒng)來說,建立SAN為核心的存儲環(huán)境是十分必要的（圖3）。圖3網(wǎng)絡(luò)GIS中應(yīng)用SAN存儲的拓撲結(jié)構(gòu)圖

32、4.3.2 環(huán)境配置系統(tǒng)設(shè)備間的兼容性對系統(tǒng)的整體運行影響很大,因此需盡量使用同一品牌的軟硬件產(chǎn)品,從而發(fā)揮設(shè)備的最優(yōu)性能。如我們在核心存儲設(shè)備和軟件方面,均選用IBM公司的存儲產(chǎn)品。4.3.3 虛擬化技術(shù)的應(yīng)用在服務(wù)器端和存儲設(shè)備的層面上將物理上的多個磁盤虛擬為一個存儲空間,從而達到整合存儲資源、提供海量數(shù)據(jù)存儲空間的目的,最常用的虛擬化技術(shù)是磁盤的RAID技術(shù)。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等關(guān)鍵的服務(wù)器系統(tǒng)上通過陣列卡擴展多塊高速的SCSI硬盤,利用邏輯卷管理功能將這些物理上的多個硬盤組成一個大容量的邏輯卷。對于服務(wù)器來說不僅增大了存儲容量、提高了數(shù)據(jù)的存取速度,而且也具備一定的容錯能力。如圖4所示,在

33、FLOOR2備份服務(wù)器和GIS應(yīng)用服務(wù)器上分別配置6×72 GB的SCSI硬盤,將6塊盤做成一個級別為5的RAID邏輯卷后,在操作系統(tǒng)的磁盤管理器中只看到一個容量為365GB的磁盤空間。而在存儲設(shè)備層面上,各種大型的磁盤陣列、磁帶庫本身就是將多個磁盤或磁帶虛擬為一個邏輯卷,再映射到服務(wù)器上的。如圖3所示, IBMFastT200光纖磁盤陣列是由60×72 GB的光纖硬盤組成,通過光纖交換機,在各個服務(wù)器端看到的只是4個容量分別為819 GB、956 GB、880 GB和980 GB的邏輯卷。4.3.4 GIS數(shù)據(jù)庫備份方案的制定在備份方式方面,因為SAN具備LAN-free和Server-free的備份功能,所以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的備份方式選擇較多。對于元數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),使用基于OS的文件拷貝方式或?qū)ｉT的備份軟件,將數(shù)據(jù)文件、控制文件、歸檔日志等直接備份到磁帶庫離線介質(zhì)中冷備份方式就可以滿足備份需求。對于實時性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),使用邏輯備份、冷備份和熱備份結(jié)合的方式備份數(shù)據(jù)庫,如使用exp/mi p來備份數(shù)據(jù)庫的控制文件和日志文件,出現(xiàn)故障時,能夠用mi p快速重建數(shù)據(jù)庫;使用OS拷貝方式,將重要數(shù)據(jù)文件異地備份;使用rman自動備份數(shù)據(jù)文件和歸檔日志,及時備份變化的數(shù)據(jù)。在備份策略制定方面,對于提供GIS元數(shù)