福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一云端共享存儲設(shè)計

方 韡 周藍(lán)捷 李普春 閆 培

（中國福建361021廈門地震勘測研究中心）

福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一云端共享存儲設(shè)計

方 韡 周藍(lán)捷 李普春 閆 培

（中國福建361021廈門地震勘測研究中心）

引用云端存儲技術(shù)，利用開源的Openfiler平臺，架構(gòu)基于iSCSI技術(shù)的福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)共享存儲模式。該應(yīng)用具有良好的可擴(kuò)展性，部署架構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、安全性好，適合在地震行業(yè)網(wǎng)推廣應(yīng)用，尤其適于地震臺小型規(guī)模環(huán)境下搭建與部署。

Openfiler平臺；云端存儲技術(shù)；流動地震前兆數(shù)據(jù)；iSCSI技術(shù)

0 引言

福建省流動地震觀測手段包括206個流動重力觀測網(wǎng)、109個流動地磁觀測網(wǎng)、16個流動GPS臺站、22跨斷層水準(zhǔn)觀測網(wǎng)、6 964km長水準(zhǔn)觀測網(wǎng)和2個跨斷層綜合觀測場地，監(jiān)測覆蓋范圍大，運(yùn)行時間長，積累了大量基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)，在防震減災(zāi)3大工作體系中發(fā)揮著重要作用。通過多年建設(shè)，福建省已形成覆蓋全省的大范圍地震流動監(jiān)測臺網(wǎng)體系，基本滿足福建及周邊地區(qū)地震監(jiān)測的需要，對地震科學(xué)基礎(chǔ)研究起到積極作用。隨著地震信息化建設(shè)的推進(jìn)，數(shù)字地震在地震行業(yè)網(wǎng)的普及，數(shù)字地震肩負(fù)著地震行業(yè)信息化的重任，而且承載著地震監(jiān)測分析預(yù)報、網(wǎng)絡(luò)辦公、資源管理、信息發(fā)布等核心業(yè)務(wù)及應(yīng)用系統(tǒng)。

數(shù)字地震的建設(shè)與發(fā)展對于基礎(chǔ)設(shè)施的存儲系統(tǒng)要求越來越高。然而，大量流動地震前兆基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)保留著傳統(tǒng)的單機(jī)數(shù)據(jù)存儲模式，隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)，大容量數(shù)據(jù)存儲面臨越來越高的要求，傳統(tǒng)存儲方法存在許多弊端，如：磁盤容量擴(kuò)展性差、業(yè)務(wù)擴(kuò)展性差、安全性差、資源利用效率低等，隨著地震信息架構(gòu)的日益復(fù)雜，業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)增，各種應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲也有著不同的應(yīng)用需要，必須分別構(gòu)建使用不同傳輸方式的存儲系統(tǒng)，既增加了運(yùn)維管理負(fù)擔(dān)，也增加了設(shè)備購置與維護(hù)成本。因此，構(gòu)建一種可支持多種傳輸協(xié)議，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，同時滿足不同需求的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)儲存系統(tǒng)，成為數(shù)字地震建設(shè)的迫切需求。

本文介紹一種擴(kuò)展性強(qiáng)、部署架構(gòu)簡單方便、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、安全性好的存儲方法。該方法引用開源Openfiler軟件，采用基于iSCSI的數(shù)據(jù)存儲模式，通過Web進(jìn)行管理，對傳統(tǒng)流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)存儲進(jìn)行重新規(guī)劃與部署，實現(xiàn)大容量地震數(shù)據(jù)的統(tǒng)一保存與擴(kuò)展。

1 福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)存儲現(xiàn)狀

福建省流動地震前兆數(shù)據(jù)觀測，主要包括流動重力觀測、流動地磁觀測、流動GPS觀測、跨斷層水準(zhǔn)觀測等地震業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)方法，將數(shù)據(jù)分散保存在各個手段處理的單機(jī)設(shè)備上。該方式滿足一般需求，對于當(dāng)前數(shù)字化的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)方法不利于數(shù)據(jù)的長期保存，無冗余措施，安全性較差，數(shù)據(jù)量與日劇增，磁盤容量擴(kuò)展性不再滿足需求，加裝磁盤陣列設(shè)備使小型規(guī)模數(shù)據(jù)中心面臨經(jīng)濟(jì)壓力，急需一款既能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求，又能滿足經(jīng)濟(jì)節(jié)約的數(shù)據(jù)存儲方法。

2 云端存儲系統(tǒng)架構(gòu)工具

2.1 Openfiler

Openfiler是一款基于rPath Linux的NAS/SAN系統(tǒng)，具有優(yōu)良的SAN性能，在256 MB以上內(nèi)存、1 G硬盤并配有網(wǎng)卡的X86計算機(jī)上即可安裝。軟件包與開放源代碼應(yīng)用程序（如 Apache、Samba、LVM2、ext3、Linux NFS 和iSCSI Enterprise Target）連接。Openfiler 將隨處可見的技術(shù)整合為一個易于使用的解決方案，通過功能強(qiáng)大的Web界面進(jìn)行配置與管理（舒勇等，2011）。

2.2 Openfiler統(tǒng)一存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式

在整個架構(gòu)（圖1）中，設(shè)備通過以太網(wǎng)相連，兩臺需要連接存儲的服務(wù)器分別為兩個節(jié)點(diǎn)，稱為Initiator端（也可只有一個節(jié)點(diǎn)或多個節(jié)點(diǎn)），存儲設(shè)備可為專用硬件存儲設(shè)備，也可由普通服務(wù)器充當(dāng)，只需安裝上述模擬軟件或Openfiler等精簡版Linux充當(dāng)，稱為Target端。

iSCSI架構(gòu)類似于C/S架構(gòu)，Target段為存儲服務(wù)器，Initiator端為客戶端，通過iSCSI協(xié)議將存儲設(shè)備上的邏輯卷作為自身存儲設(shè)備使用圖1（周鐵成等，2008）。

圖1 基于Openfiler的網(wǎng)絡(luò)共享存儲架構(gòu)Fig.1 Schematic map of network sharing data storage setup based on Openfiler

2.3 Openfiler存儲特點(diǎn)

Openfiler 系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)和成本優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①可靠性：Openfiler可以支持軟件和硬件的Raid，能監(jiān)測和預(yù)警，并且可以做卷的快照和快速恢復(fù)；②高可用性：Openfiler支持主動或被動的高可用性集群、多路徑存儲（MPIO）、塊級別的復(fù)制；③性能：及時更新的Linux內(nèi)核支持最新的CPU、網(wǎng)絡(luò)和存儲硬件，豐富協(xié)議支持多種文件級別和塊級別的數(shù)據(jù)存儲輸出協(xié)議，幾乎涵蓋現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)；④可伸縮性：文件系統(tǒng)可擴(kuò)展性最大可超出60 TB，且可以在線增長；⑤經(jīng)濟(jì)高效的存儲：可以安裝在X86/64架構(gòu)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上，否定昂貴的專有存儲系統(tǒng)需求，只需10 min即可將系統(tǒng)部署到戴爾、惠普、IBM等標(biāo)準(zhǔn)配置服務(wù)器上，服務(wù)器即變成一個功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備了（Robert，2004）。

3 系統(tǒng)規(guī)劃與部署

3.1 云端共享存儲拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

廈門地震勘測研究中心信息網(wǎng)絡(luò)是福建省地震信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)項目分項工程之一。信息節(jié)點(diǎn)信道建設(shè)包括兩條專線信道，即本地Internet出口的VPN備份信道和SDH專網(wǎng)信道，信道帶寬均為2 M，使廈門地震勘測研究中心相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過信息節(jié)點(diǎn)接入地震行業(yè)網(wǎng)。我們利用原有設(shè)備資源對其進(jìn)行改造。在中心信息節(jié)點(diǎn)局域網(wǎng)配置一臺基于Openfiler的云端共享存儲服務(wù)設(shè)備。該設(shè)備基于iSCSI協(xié)議的存儲模式，通過軟Raid方式配置成Raid5磁盤備份方式，將中心流動地震前兆數(shù)據(jù)（包括流動重力觀測、流動地磁觀測、流動GPS觀測、跨斷層水準(zhǔn)觀測、海洋地震觀測等地震業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)），在各業(yè)務(wù)客戶端設(shè)備上配置iSCSI Initiator端，Target統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)端設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存、擴(kuò)容、備份等功能（圖2）。

3.2 云端共享存儲能力

福建省流動觀測每年產(chǎn)出約50 GB的存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要求長期保存。筆者利用廈門勘測研究中心閑置服務(wù)器，采用Openfiler平臺，實現(xiàn)福建省流動地震前兆數(shù)據(jù)10—20年存儲服務(wù)能力，系統(tǒng)具備 Raid5 級別安全存儲能力，并可快速掛接到不同服務(wù)器，實現(xiàn)對外服務(wù)（表1）（周曉麗等，2005）。

圖2 流動地震前兆數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Topology of the portable earthquake precursory network

表1 建立云端網(wǎng)絡(luò)共享存儲主要技術(shù)指標(biāo)Table1 The major technique targets for building up cloud network shared storage

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)配置

此次福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)云端存儲系統(tǒng)搭建，采用聯(lián)想T168服務(wù)器進(jìn)行架構(gòu)，設(shè)備將配置3塊1 T硬盤容量，通過在設(shè)備上搭載Openfiler系統(tǒng)，配置Raid5磁盤冗余陣列，設(shè)計滿足數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享存儲與擴(kuò)展需求，配置過程有以下步驟。

（1）Openfile系統(tǒng)平臺安裝。在網(wǎng)站http://www.openfiler.com/ community/download/下載合適版本，從光驅(qū)引導(dǎo)進(jìn)入Linux安裝界面，回車進(jìn)入圖形化安裝界面。

（2）創(chuàng)建Raid驟（圖3）。①點(diǎn)擊菜單“Volumes”標(biāo)簽，在右側(cè)的“Volumes section”區(qū)域選擇“Block Devices”，顯示當(dāng)前掛載的硬盤信息；點(diǎn)擊磁盤“/dev/sda”，顯示當(dāng)前磁盤詳細(xì)分區(qū)信息；②創(chuàng)建一個新的分區(qū)，首先在“Create a partition in /dev/sda”處設(shè)置“Partition Type”屬性的值為“Physical volume”，在“Ending cylinder”屬性處選擇默認(rèn)值，從而設(shè)置當(dāng)前剩余空間為一個分區(qū)；③點(diǎn)擊“Create”選項，在右側(cè)的“Volumes section”區(qū)域選擇“Volume Groups”創(chuàng)建一個卷組；④在區(qū)域“Create a new volume group”處填寫卷組 volume group 的名稱為“volume_group_iscsi”，同時勾選上一步創(chuàng)建的物理卷 /dev/ sda4，點(diǎn)擊“Add volume group”；⑤在右側(cè)的“Volumes section”區(qū)域選擇“Add Volume”選項，在創(chuàng)建的卷組“volume_group_iscsi”中新建一個 iSCSI 卷（注意在屬性“Filesystem / Volume type”中設(shè)置屬性值為“iSCSI”）；⑥在右側(cè)的“Volumes section”區(qū)域選擇“Manage Volumes”，可以看到剛剛創(chuàng)建的iSCSI卷信息（Robert ，2004）。

圖3 創(chuàng)建Raid相關(guān)步驟（a）添加分區(qū)；（b）創(chuàng)建軟件raid；（c）創(chuàng)建組；（d）創(chuàng)建volume group組；（e）創(chuàng)建卷；（f）允許那臺PC連接Fig.3 Schematic map of the key steps to build up Raid

（3）開啟“iSCSI target server”系統(tǒng)服務(wù)。iSCSI 卷創(chuàng)建完成后，開啟“iSCSI target server”系統(tǒng)服務(wù)。點(diǎn)擊“Services”菜單，在右側(cè)的“Services section”區(qū)域選擇“Manage Services”，將系統(tǒng)服務(wù)列表中的“iSCSI target server”設(shè)置為“Enabled”狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠?qū)ν馓峁┗?iSCSI 協(xié)議的虛擬存儲服務(wù)。

（4）添加iSCSI Target。點(diǎn)擊菜單“Volumes”，在右側(cè)的“Volumes section”區(qū)域選擇“iSCSI Targets”，在“Target Configuration”子菜單中的“Add new iSCSI Target”區(qū)域，選擇“Target IQN”，點(diǎn)擊“Add”按鈕，從而添加一個 iSCSI Target。

通過以上4個步驟，在Openfiler系統(tǒng)上完成基于 iSCSI 虛擬存儲的配置。

4 系統(tǒng)測試

經(jīng)過測試，基于Openfiler架構(gòu)的福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一云端共享存儲系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，存儲訪問速度較快。對每期流動地震觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行定期數(shù)據(jù)存儲與備份，廈門地震勘測研究中心流動觀測應(yīng)用服務(wù)均采用Windows 2008服務(wù)版，通過系統(tǒng)自帶的ISCSI Initiator客戶端軟件，將流動觀測數(shù)據(jù)流掛接到iSCSI Target上，步驟比較簡單。具體操作過程為： 在Discovery標(biāo)簽中，單擊Add，填入Openfiler服務(wù)器地址，端口默認(rèn)，確認(rèn)；在Targets標(biāo)簽，單擊Log On，勾選系統(tǒng)啟動時自動恢復(fù)連接，確定，Target中的信息由Inactive變?yōu)镃onnected（圖4）。這樣，就可以應(yīng)用搭建好的云端存儲系統(tǒng)對每期數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與備份。在此就可擴(kuò)展性、性能、經(jīng)濟(jì)、安全性進(jìn)行闡述。

4.1 可擴(kuò)展性

該系統(tǒng)可以有效解決今后磁盤容量不足問題，只需一臺普通PC加若干硬盤，即可快速搭建自身統(tǒng)一共享存儲介質(zhì)。

4.2 性能

筆者在現(xiàn)有服務(wù)器中搭建Vmware虛擬機(jī)系統(tǒng)，虛擬機(jī)采用已掛接上的網(wǎng)絡(luò)共享存儲。對網(wǎng)絡(luò)共享存儲讀寫速度進(jìn)行測試，主要是測試共享存儲數(shù)據(jù)一次讀寫操作速度，通過在該Vm虛擬機(jī)運(yùn)行HDTune，測試速度約160 MB/s（圖5），與傳統(tǒng)單機(jī)存儲在性能相差不多，可以滿足存儲性能需求。

圖4 客戶端網(wǎng)絡(luò)存儲發(fā)起示意Fig.4 Schematic map of the launch of storage from client network

圖5 Openfiler網(wǎng)絡(luò)共享存儲讀寫性能測試Fig.5 Network shared memory read and write performance test based on Openfiler

4.3 經(jīng)濟(jì)

只需一臺PC配備若干硬盤，即可配置成帶磁盤陣列功能的共享存儲，比磁盤陣列系統(tǒng)節(jié)約成本（表2）。筆者認(rèn)為，云端共享存儲適合地震臺站運(yùn)維使用。

表2 當(dāng)前市場網(wǎng)絡(luò)存儲費(fèi)用比對Table2 Comparison of the network storage cost at the current market

4.4 安全性

云端共享存儲利用系統(tǒng)功能，將磁盤配置成Raid存儲模式，對數(shù)據(jù)備份與性能均有保證，可根據(jù)自身需求，將系統(tǒng)配置成不同的Raid模式，比如：將磁盤存儲配置成Raid1模式，即使某塊硬盤損壞，其他硬盤也可對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，數(shù)據(jù)存儲安全性提高。

5 結(jié)術(shù)語

以福建省流動地震前兆觀測數(shù)據(jù)存儲為例，采用基于Openfiler的云端網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)模式，對數(shù)據(jù)存儲周期進(jìn)行規(guī)劃。結(jié)果表明，該方法可擴(kuò)展性強(qiáng)，部署架構(gòu)簡單方便，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，安全性較好，可以充分保證福建省野外流動地震觀測數(shù)據(jù)長期有效安全地保存，保障地震監(jiān)測預(yù)報順利開展，適合地震行業(yè)推廣使用。

舒勇，張超.利用OpenFiler構(gòu)建實訓(xùn)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)存儲平臺的應(yīng)用［J］.電腦知識與技術(shù)，2011，9：125-128.

周鐵成，陳孝榕.基于Openfiler的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)研究［J］.微計算機(jī)信息，2008，33：150-151.

周曉麗，蔣兆遠(yuǎn).網(wǎng)絡(luò)存儲新方向——NAS與SAN的集成［J］.信息技術(shù)，2005，7：37-39.

Robert［美］.網(wǎng)絡(luò)存儲完全手冊［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004，1：98-102.

Design of uniform cloud shared storage technology for portable earthquake precursory data in Fujian Province

Fang Wei，Zhou Lanjie，Li Puchun and Yan Pei
（Xiamen Research Center of Seismic Exploration，F(xiàn)ujian Province 361021，China）

By use of cloud data storage technology and open source software，Openfiler，we build up uniform shared storage network model based on iSCSI technology，and fulfill the solution of the portable earthquake precursory data in Fujian Province.The advantages of this method include:good scalability，simple deployment architecture and convenient，economic saving，good safety.Thus it’s suitable to spread and apply in seismological industry network，especially for the building and deployment in the compact artificial environment of seismic station.

Openfiler platform，cloud shared data storage，portable earthquake precursory data，iSCSI technology

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.024

方韡（1982—），男，工程師，主要從事地震監(jiān)測與地震信息網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與應(yīng)用工作。E-mail：258279496@qq.com

福建省地震監(jiān)測預(yù)警與社會服務(wù)系統(tǒng)工程分項

本文收到日期：2015-05-23