高校教学信息资源中心数据存储系统研究.doc

高校教学信息资源中心数据存储系统研究陶祥亚， 胡建华（淮海工学院 现代教育技术中心 ， 江苏 连云港 222005）教学信息资源中心 （TIRC） 是 指 以 校 园 网 为 依托 ，以提供多媒体教学信息 资源为服务内容 ，以 优 化 教学为宗旨的网络数据平台和应用系统 的 泛 称 ， 可以实现的功能有 ：可 不 断 更 新 教 学 资 源 ；满 足 各 学 科 的课堂点播教学 ，满 足 学 生 个 别 化 学 习 ，支 持 网 上 协 商 学 习 ，支持远程教学等 。 在新的以信息为核心的时 代 ，如何更有效地管理 、保 护和共享教学信息资源已 成为高校信息化建 设 的 重 要 工 作 。 随着资源中心应 用系统和教学资源 的 不 断 增 加 ， 尤其是跨部门教学 资 源 的 建 设 ， 大 大 增加了教学资源数据交换的复杂 性 ， 传统的以服务 器为依托的分散数据存储系统的 缺 点 日 益 突 出 ，在 这 种 情 形 下 ，教学信息资源中心非 常需要建立新的数 据存储系统以能更好地实现对教 学 资 源 更 便 捷 、更安全的应用与管理 。以及网络教学环境 、 教学设备与资产管理等辅助教 学 资 源 建 设 ， 这 些资源数据独立地存储在各自数据 库中并通过特有 的管理系统进行数据管理 。 在 教 学信息资源建设的 初 期 ， 这些存有差异的数据存储系 统通过网络互连 实现资源互通与共享发挥了积极的 作 用 。近 些 年 来 ， 高校教学信息资源数据呈几何级数 激 增 ，传 统 的 、分 布 式 的 数据存储系统面对源源不断 的教学数据资源已显得 “ 力 不 从 心 ”， 主 要 表 现 有 下 面 一 些 问 题 ：1 存储系统对数据进行处理 实 行 的 是 分 布 式 、串 联 处 理 方 式 ，由 于服务器系统间互连权限与 数据出口的不同 ，极 大 地 影响了数据的存储 、提 取 速度 ； 教学信息资源数据的安全性低 应 用 系 统 之 间存储数据相互授权 ，权 限没有统一管理 ，容 易 造 成 权 限 不 当 ，直接影响数据 安 全 ；存储数据存在多个出 口或入口的存储 系 统 结 构 ， 难以保证交换数据存储 与交换的一致性 ， 而且使存储系统之间的耦合度增 加 ，导致局部出了问题就 容 易 影 响 全 局 ，影 响 信 息 服 务的质量和效率 ； 存储数据分布在众多的平台和资 源 服 务 器 之 上 ， 不便于系统管理员在多个存储系统 间调度存储资源 ， 同时也增加了数据备份和共享的 难 度 ，不利于新数据业务的快速部署 。（二 ）数据存储系统的建设目标 解 决 传统数据存储系统中的问题 ， 实 现 教 学 信一 、传统数据存储系统问题 分析与建设目标阐述 （一 ）传统数据存储系统问题分析 高校的教学信息资源 建设是一个从少到多 、 由 小到大逐步发展的 过 程 ， 目前大部分高校的教学信 息资源中心的数据 存储采用的是以教学资源数据库 服务器为依托的 、分散的数据存储系统管理模式 。 近些 年 来 ， 许 多 高 校 陆续完成了各学科的课堂点播教 学 、学生个别化学习 、网 上 协作学习等教学资源建设 摘 要 随 着 大 容 量 、高速度现代通讯与网络技术的发展 ，以网络为依托的教学信息资源建设已成为推进高校信息 化进程的核心工作 。 本文在对教学信息资源中心传统数据存储系统进行分析的基础上 ，对 资 源 中 心 “新 ”存 储 系 统 的 建 设目标进行了阐述 ，对 “新 ”存 储 系 统 以数据交换为中心的数据存储模式进行了设计 ，文章最后结合实践探讨了数据存 储系统的解决方案 。关 键 词 存 储 系 统 ； 数 据 交 换 ； 存 储 模 式 ； 存 储 方 案 ； 设 计中 图 分 类 号 G423文 献 标 识 码 A图 1 数据交换理想的逻辑存储模型 息资源数据的高可用性 ， 主要应提高数据存储系统 的性能和适用性 。 资 源 中 心存储系统建设的全面性 目 标 如 下 ：2二 、数据存储系统存储模式设计 要 想 以 最 好的方式实现教学信息资源中心数据 存储系统高标准的建 设 目 标 ， 关键的工作就是要选 择和设计出高效的数 据 存 储 模 式 。 笔者认为基于数 据交换的存储模式非 常适合教学信息资源中心的数 据 存 储 。 这种数据存储模式把存储设备独立出来 ，同 时 让 存 储系统具有良好的扩展性 、 可 用 性 、 可 靠 性 ， 能较好满足不断发展的数据存储要求 。（一 ）数据交换的逻辑存储模型 高 校 教 学 信息资源中心资源有其阶段性建设的 特 点 ， 自身必然包含 有多个应用系统和多个教学资 源 数 据 库 。 为提高数据交换效率 ，需要为信息资源中 心建立一个数据交换 与处理的集中式 、 一 体 化 交 换数 据 库 。 资 源 中 心 的 数据交换库可以通过图 1 的 逻 辑存储模型来实现 。1. 要完成存储数据整合 ，效 管 理实现对存储数据的有 实现存储数据 整合和有效管理要求资源中心应 建立高质量的教学数据存 储 基 础 设 施 ， 要 实 现 在 统 一的信息存储平台上高效地完成业务数据处理 ； 应将所有应用系统和个体数据库连入存储系统平台 ，实现在平台内的数据整合 ， 整合后的整体数据资源 应位于统一的存储平台之上 ； 要能实现在存储管理 系统基本环境下完成各类 数据存储管理功能 ， 要 能从 “单 点 ”实现对教学信息资源存 储系统的统一管理 和 控 制 ， 这些都需要提高 数据存储系统的可操作性 和对资源数据的执行力 。应不断提高数据存储系统数据的 可 访 问 性 和2.访 问 速 度 ，实现存储数据共享 应通过网络新技术的应用 ，降低在存储系统上浏 览、调用、存储信息数据的技能性 “门 槛 ”，提 高 对 数 据 的 访 问 速 度 ， 最 大 限 度 地 提高信息的兼容性和共享 性，数据共享必须要在存储系统平台内快速有效地完 成各种操作 ，无需占用任何网络资源 。3. 要重视数据存储系统的安全性建设 数据存储系统安全 性建设包括两个方面 ， 一 方 面要通过软硬件防病毒工具和防火墙加大对 数 据 的主动病毒防护 ， 另一方面要通过数据备份实现对 数据的被动病毒防护和完整性保护 ， 只 有 二 者 结合 ， 才能保障数据存 储 的 安 全 。 另 外 ， 一 个 完 整 的 存储系统还应与数据备份系统做到无逢结合 ， 即 存 储系统应达到如下要求 ： 关键教学资源数据实现实 时 备 份 ， 关 键 教 学 系统的主机实现热备份 ， 关 键 教学用户管理系统的网络部分实现热备份 ， 备 份 技 术 应不占用主机资源 ， 对应用系统无任何影响 。 同 时 数据备份还应建立网络备份系统 ， 其中包括备份网 络 设 备 ， 如 路 由 器 、HUB 等 和 备 份 线 路 ， 备 份 线 路 的接入应有别于资源中心核心网络系统的线 路 接图 1 逻 辑 存 储 模 型 优 势 ：交换数据集中存储且 交换数据有统一的入口和出口 ，交换数据比较完备 ，并能保证交换数据的一致性 ；各应用系统耦合度低 ，符合校园数字化建设应用系统插件式服务 的 思 路 ；该逻辑存储模型交换 数据库下的个体资源数据库具 有 较 好 独 立 性 ，增强了各资源 数据库的安全性 ；各 数 据库应用系统之间的数据 “地 位 平 等 ”且 关 系 非 常 清 晰 ，有利于数据资源的集中管理和不对称部署 。（二 ）教学信息资源中 心数据交换的物理存储模 式在 图 1 逻 辑 存 储 模 型 中 ，交换数据集中存储 、集 中 管 理 ，形成一个统一的交换数据库 。 但 在 实 际 的 物理存储模式设计时 ， 需要综合考虑教学信息资源存 储系统多数据库以及多应用系统的单独存 放 问 题 ， 因此交换数据库在物 理上可以分成两部分 ： 一 部 分 是物理上单独存放的交换库 ，称 为 “子应用系统教学 资源数据交换库 ”，主 要 完 成各教学信息资源数据库 或应用系统之间的数据交换 ；另 一 部 分 是 “教 学 信 息资源标准出口数据库 ”，主 要完成教学信息资源数据 与用户之间的交换 。 上述两个部分可以是一个磁盘 阵 列 系 统 ， 也 可 单 独 存放在两个不同的磁盘阵列系 入 。34. 要降低存储系统资源数据库之间的耦合度 降低存储数据 库之间的耦合度有利于资源数据 库 的 扩 展 ， 能适应数字化 教学资源数据不断增长的 需 要 。 应把数据存储系统做成嵌入式系统 ，以 实 现 对存储数据的普适计算 ，按 照 扩 张 的 、插件式数据存储 服务模式最大程度上满足 数据增长与系统优化的需 要 。图 2 数据交换的物理存储模式示意图 统 中 。 这两部分在物理上的示意关系参见图 2。由 图 2 数据交换的物 理存储模式可以看出 ： 大 部分教学信息资源 数据在大部分时间里还是存储在 各自的教学资源数 据 库 中 ， 只是在用户使用时才被 提取交换和存储 ， 用户可通过网络电子身份识别的 方式实现对标准出口数据库的访问 。 在 “子 应 用 系 统 教学资源数据交换库 ”中 ，各类教学资源数据库可以 在一定范围内任意 地 扩 展 与 延 伸 ， 因此存储系统应 于 下 一 步 交 换 ， 这样做的目的是为了提高二次数据 交 换 的 速 度 。 三 个 “维 度 ”内容组合的主要逻辑实现 方 式 是 ：A1B1C2。2. “教学信息资源标准出口数据库 ”中 的 数 据 来 源 于 “子应用系统教学资 源 数 据 交 换 库 ”在 第 一 阶 段所 保 存 的 数 据 ， 这两个交换库之间存在着进行数据 交换和提取的高 速 通 道 ， 或本身就同属一个存储磁 盘 阵 列 。 建 立 这 样一个标准数据出口库是为了保证 数据被利用的标 准 化 和 准 确 性 ， 同时也能更好地对 用户信息进行管理 （该库中一般存有所有注册用户 的 比 对 信 息 ）， 并能依据用户基本信息 （ 校 内 用 户 还 是 校 外 用 户 、用 户 身 份 是 否 合 法 等 ）和需求高效地利 用自身存储数据提供服务 ，或实时存储与提取 “子 应 用系统教学资源 数 据 交 换 库 ” 中的数据为用户提供 服 务 。 三 个 “维 度 ”内容组合的主要逻辑实现方式是 ：A2B1C2/C1。3. 为保证存储数据安全 ， 必 须 要 对 重 要 数 据 进 行 备 份 。 可 分 别 对 “子应用系统教学资源数据交换 库 ” 与 “ 教学信息资源标准出口数据库 ” 中 的 数 据 进 行 “本 地 ” 备 份 （可利用自身存储空间进行数据镜 像 ），同 时 也 应 对 “两 个 库 ”中 的数据进行两库互为备 份 （“ 两 个 库 ” 进行文件互为拷贝 ）， 备 份 数 据 库 需 要 有独立的数据安全保护体系且普通 用 户 无 访 问 权 限 。 本地备份中三个 “维 度 ”内容组合的主要逻辑实 现 方 式 是 ：A2B2C1； 两 库互为备份中三个 “ 维 度 ” 内容组合的主要逻辑实现方式是 ：A1B2C1。该是建立在普适计算基础上的嵌入式系统 。4（三 ）教 学 信 息 资源中心数据交换存储的逻辑实 现 方 式在 数 据 交换理想的逻辑存储模型及其物理存储 模 式 的 基 础 上 ， 需 要进一步探讨数据交换的逻辑实 现 方 式 ， 即 一 次 数 据交换如何从源业务库到达交换 数 据 库 ，并最终到达需要数 据的目标业务库 ，可 以 简单 记 为 “源 业 务 库交 换 数 据 库 目 标 业 务 库 ”，根 据 数 据连续交换的实际需求 ， 可 以 从 三 个 “ 维 度 ” 进行 分 析 。维 度 1：交换数据库和目标业 务 库 中 是 否 需要有交换数据的真实拷贝 ，有 “数 据 拷 贝 （ 记 为 ：A1）和 数 据 映 射 （记 为 ：A2）”两 种 方 式 ；维 度 2：交 换 数 据 的 时 效 性 ，有 “目 标 业 务 库 需要实时访问源业务库的 数 据 （记 为 ：B1）和目标业务库周期性地读取源业务 库 的 数 据 （记 为 ：B2）”两 种 方 式 ；维 度 3：交 换 数 据 流 动 方 式 ， 有 “ 源对象主动往目标 对 象 送 数 据 （ 记 为 ：C1）和目标对象主动从源对象取数据 （记 为 ：C2）” 两 种 方 式 。 根据对上面三个 “维 度 ”内 容 的 分 析 ，“源 业 务 库交 换 数 据 库目 标 业 务 库 ” 数据交换与存储 存 在 许 多 种 逻 辑 实 现 方 式 。 对这些数据交换与存储 逻辑实现方式进行 进一步分析发现 ， 不 管 上 面 三 个 “维 度 ” 内容在数据交换与 存储过程中如何组合 ，其 数据交换存储的过程皆是主要有三大环节 。1. “子应用系统教学资源数据交换库 ”主 要 对 存 放在多个资源数据库中的数据进行交换 和 存 储 ， 实 现的是网络架构下 的 数 据 集 中 。 这一步的数据交换 是带有用户需求信 息 的 交 换 ， 并且需要将交换的数 据 存 储 在 “子应用系统教学 资源数据交换库 ”中 以 用三 、数据存储系统解决方案与实践 （一 ）数 据 存 储 系 统 SAN 结 构 解 决 方 案目 前 存储系统大致分为三大类型 ： 直 接 依 附 存 储 系 统 （Direct Attached Storage, DAS）、 网 络 依 附 存储 系 统 （Network Attached Storage, NAS） 和 存 储 区 域 网 络 系 统 （Storage Network Area，SAN）。 随 着 存 储 技 术 的 日 益 发 展 ， 存储区域网络系统 （SAN） 已 经 被 公认为今后网络资源存储系统的发展方 向 及 标 准 ， 也已经被越来越多 的用户选择为数据存储的首选实施 方 案 。 SAN 采用高速数据连接通 道 光 纤 通 道（Fiber Channel, FC）连 接 服 务 器 和 存 储 系 统 ，在 结 构 上服务器和数据 存储系统是相互独立的 ， 存 储 设 备可 连 接 到 FC 集 线器或交换机上 ， 便于扩展系统规 模 。 在 SAN 解 决 方 案 中 ， 所有的存储设备和存 储 数据均采用中心化 管 理 ， 使得整个存储系统具有可伸 缩 性 ， 而 且 通 过 存储设备的集群管理可实现数据存 储系统的高可用度 。 5SAN 存储系统解决方案架构图 图 3 SAN 存储系统解决方案架构图 图 4 HH 工学院教学信息资源中心 SAN 存储系统解决方案示意图 见 图 3。SAN 存 储 系 统解决方案组成包含了存储介质 （光 纤 磁 盘 阵 列 、磁 盘 库 等 ）、存 储管理软件及存储连 接 器 件 （存 储 交 换 机 、存 储 集 线 器 、HBA 及 各 种 GBIC模 块 等 ）。 其中存储交换机 （FC Switch）或 存 储 集 线 器（FC HUB）是 必 选 设 备 部 件 ，它们是连接全部存储设 备 及 主 机 （服 务 器 ）的 关 键 性 设 备 ，也 是 实 现 SAN 方案各种功能的重要部件 。 SAN 的 存 储 结 构 核 心 是 FC。 存 储 设 备 与 服 务 器 通 过 HBA （Host Bus Adaptor）、光 缆 、FC 集 线 器 或 FC 交 换 机 连 接 ，客 户 则通过局域网访问服 务 器 ， 原则上底层存储设备之间 不直接进行数据交换 。 数据存储系统与服务器之间 通 过 FC 实现多对多连接 ， 高 带 宽 的 FC 连 接 避 免 了大流量数据传输时 可能发生的阻塞和冲突 ， 特 别 适合高速和不间断数据传输 。 在扩展能力方面 ，SAN 通 过 多 个 FC 交 换 机 的 级 联 ，理论上可连接几十万个设 备 ，要 优 于 DAS 和 NAS。采 用 双 Fabric 存 储 网, 以确保无单点故障 。 管 理 软 件采 用 Sun Enterprise Volume Manager， 该 软 件 提 供 了 全面的存储设备管理软件解决方案 。 HH 工 学 院 教 学信 息 资 源 中 心 SAN 存储系统解决方案示意图 ， 如 图4 所 示 。在 图 4 中 ，Sun StorEdge A5200 阵 列 系 统 扮 演“子应用系统教学资 源 数 据 交 换 库 ”， 主 要 完 成 对 底 层教学信息资源数据库的数据交换和存储 ；SunStorEdge T3 磁盘阵列系统扮演 “教学信息资源 标 准出 口 数 据 库 ”， 库 中 存 有所有注册用户的比对信息 ，保证了数据交换 的 准 确 和 安 全 。 两个磁盘阵列系统 分别利用自身存 储空间对自身数据进行了镜像备份 并 对彼此数据进行了互为拷贝备份 ；Sun StorEdge A5200 磁盘阵列系统与 Sun StorEdge T3 磁 盘 阵 列 系 统 中 的 数 据交换通过高速的 SAN FC SWITCH 完 成 。同 时 ，为保证教学信息资 源利用的安全和高效 ，专 门设立了用户端服 务器对用户进行集中管理并通过电 子身份认证系统 实现对底层数据和两个磁盘阵列系 统数据的应用和管理 。（二 ）HH 工学院教学信息资源中心 SAN 存 储 系统解决方案实践 1. 教学信息资源中心 SAN 存储系统解决方案 设 计2009 年 6 月 ，HH 工学院整合了各类教学用资 源应用数据库并建 成校级教学信息资源中心 。 资 源中心在保留原有教学信息资源数据库 和 应 用 系 统（ 其安全系统保留但其身份认证登陆系 统 需 移 除 以 保证数据库的安全和开放 ） 基 础 上 ， 采 用 Sun 公 司Sun StorEdge A5200 磁 盘 阵 列 系 统 和 Sun StorEdge T3 磁盘阵列系统为核心存储平台 ， 其 中 每 台 磁 盘 阵 列 配 置 了 30TB 光纤磁盘用于存储核心数据 。 另 外 ， 还 有 10TB FATA 磁盘容量用于存储不频繁访 问 的 在 线 保 存 文 件 数 据 。 存 储 系 统 采 用 两 台 HPStorageWorks 4/16 SAN Switch 光纤通道交换机 ， 配2. 教学信息资源 中 心 SAN 存储系统解决方案 实 践 结 论SAN 结构数据存储 系统的建成为教学信息资源 数据管理奠定了坚实可靠的电子信息 基 础 架 构 ， 集 中式管理软件允许远程配置 、监管和无人值守运行 ， 方便了数据存储系统的 管 理 ；在 不 影 响 LAN 性 能 的 情 况 下 ，容量可扩展以符 合 网 络 需 求 ，充 分 发 挥 了 存 储 硬 件 的 功 能 ；SAN 标准已成为主 流 的 、 开 放 的 标 准 ， 满 足 了 不 同 厂商服务器和存储设备之间的兼容 使 用 ；SAN 采用的链路连接是光纤 ，从而使得存储系 统具有很强的抗干扰能力和较好的数 据 传 输 能 力 ， 而最关键的是基于 SAN 架构使得服务器和存储设备 之间的协议是专 为数据密集型存取所设计 ， 特 别 适置 16 个 4Gbps 光纤接口及相应的光纤线缆 。两 台SAN 交换机作为存储网络核心交 换 设 备 ， 方 案 推 荐合高校教学信息资 源中心的建设需求 ；基 于 SAN 架构的数据备份恢复 、灾 难 恢 复 有 多 种 解 决 方 案 ，通 过 两台磁盘阵列的互为备 份实现数据的同步 ， 独 立 于操作系统和应用 ，一旦某个磁盘 阵列系统出现问题 ，可以很快地切换到另一个磁盘阵列系统 。 另 外 ，SAN 架构支持异构服 务 器 ，UNIX、NT 和 NetWare 服 务 器 可同时连接到存储系统中 ， 节约了信息资源存储系 统建设成本并保证了资源建设的连续性 。储系统结构松散的 现状给数据交换提出了更高的要 求 ， 高校必须要正 视传统资源中心存储系统存在的 问 题 ， 尽快建立一套基于数据 交换存储模式的 SAN结构数据存储系统对资源中心数据进行 存 储 管 理 。该存储系统可以兼 顾资源用户需求的多样性 ， 也 能 保证教学信息资源数据在备份 、冗 灾 、连 接 主 机 的 多 样 性 ， 存 储 系 统 较 强的功能弹性可以为教学用户提 供最优化的数据访 问配置和最优的教学信息资源访 问 服 务 ， 甚 至 可 以 按照模块方式为用户提供打包式 的针对性数据服务 。 本文对教学信息资源中心存储 系统的研究还较为 浅 显 ， 还需在实践中进一步加以 验 证 。四 、结 束 语随 着 高 校 数 字校园建设的不断深入 ，必 将 对 数据 、应 用 、 业务的集成提出更高的要求 ， 高 校 数 据 存参考文献1 刘 羿 ，张 永 强 ，汪 强.教育行业网络存储系统规划与设计J.河 南 科 技 ，2007，（9）：5051.2 刘 夏 鸥 ，张 艳 丽 ，李 汉 珍.高校实验教学信息管理平台建设探析J.实验技术与管理 ，2007,（9）:7071,75. 3 刘 喜 球.高校图书馆数字资源存储系统模式设计J.现 代 情 报,2007，（10）:8990，93.4 卢 格 华 ，赵 跃 龙.智能网络磁盘存储系统中嵌入式部分的研究和实现J.计算机应用研究,2007,（11）:180182. 5 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