王樂春，季士妍

（國家圖書館，北京 100081）

國家圖書館存儲體系架構(gòu)研究與設(shè)計*

王樂春，季士妍

（國家圖書館，北京 100081）

國家圖書館經(jīng)過十多年信息化建設(shè)，已經(jīng)建立相對完善的三層架構(gòu)存儲網(wǎng)絡(luò)體系，能較好支撐圖書館業(yè)務(wù)服務(wù)和資源的保存利用。隨著數(shù)字資源迅猛增加，數(shù)字資源的重要性和珍貴性不斷提升，災(zāi)備中心和戰(zhàn)略儲備庫建設(shè)已提上議事日程。本文根據(jù)圖書館業(yè)務(wù)對存儲體系提出的新目標(biāo)，分析得出目前存儲體系面臨的三個挑戰(zhàn)（系統(tǒng)挑戰(zhàn)、資源挑戰(zhàn)和長期保存挑戰(zhàn)）；依據(jù)國家圖書館職責(zé)定位和未來發(fā)展方向，設(shè)計出以主存儲為中心的服務(wù)體系結(jié)構(gòu)、多級多地戰(zhàn)略級災(zāi)備體系結(jié)構(gòu)和永久保存體系結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)國家圖書館“兩地三中心”的數(shù)字資源存儲和服務(wù)業(yè)務(wù)要求提供技術(shù)支撐。

國家圖書館；存儲體系架構(gòu)；分級存儲；災(zāi)難備份；長期保存

1 引言

國家圖書館作為各類信息資源法定保存機構(gòu)，肩負著記錄信息時代印記和傳播人類文明的重要使命。國家數(shù)字圖書館結(jié)合數(shù)字資源加工、保存和服務(wù)的實際情況，圍繞數(shù)字資源生命周期，構(gòu)建現(xiàn)代化、職能化的三層架構(gòu)存儲網(wǎng)絡(luò)體系，在嚴(yán)格規(guī)范的工作流程下實現(xiàn)海量數(shù)字資源的可靠保存和長效利用。

為分擔(dān)數(shù)據(jù)潛在風(fēng)險，確保重要數(shù)據(jù)的安全性和關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性，國家圖書館目前正在建設(shè)同城災(zāi)備中心。以“保護為主、安全第一、藏用結(jié)合、傳承發(fā)展”為基本原則，積極籌備建設(shè)國家文獻戰(zhàn)略儲備庫，將更好地防范和抵御地震、火災(zāi)等災(zāi)害的影響，實現(xiàn)異地災(zāi)備，戰(zhàn)略儲備庫的建設(shè)更將成為數(shù)字資源永久保存和保障的戰(zhàn)略基地。隨著數(shù)字圖書館的不斷發(fā)展，同城災(zāi)備中心和戰(zhàn)略儲備庫的建設(shè)，需要重新梳理、規(guī)劃和設(shè)計國家圖書館存儲體系，為國家圖書館在數(shù)字化信息時代傳承社會記憶和人類文明，開啟數(shù)字資源長期保存的新紀(jì)元，提供統(tǒng)一、穩(wěn)定、高速和可靠的存儲支撐基礎(chǔ)環(huán)境。

通過對國家氣象局信息化體系[1]、中國銀聯(lián)二代系統(tǒng)[2]和文化部信息中心存儲體系[3]的調(diào)研，跟蹤最新存儲技術(shù)的研究成果[4-5]，以及參閱現(xiàn)行國家和國際的資源[6]、存儲、災(zāi)備[7-8]和長期保存[9]的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，針對國家圖書館此類以數(shù)字資源為核心、信息化發(fā)展已初具規(guī)模的單位，要升級完善作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的存儲體系無現(xiàn)成的解決方案，必須從業(yè)務(wù)特點、業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)目標(biāo)入手，研制適合自身系統(tǒng)、資源和服務(wù)特點的存儲體系。國家圖書館存儲體系的建設(shè)是一項周密的系統(tǒng)工程，需要進行業(yè)務(wù)體系、技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、體系結(jié)構(gòu)、制度體系和管理運行機制等多方位研究。本文僅就國家圖書館存儲體系的體系架構(gòu)展開論述，旨在通過對國家圖書館存儲體系的研究，為實現(xiàn)國家圖書館“兩地三中心”的數(shù)字資源存儲和服務(wù)業(yè)務(wù)要求提供技術(shù)支撐。

2 國家圖書館存儲體系面臨的挑戰(zhàn)

依據(jù)國家圖書館功能職責(zé)定位和未來發(fā)展方向，要求存儲體系為依托其的系統(tǒng)提供統(tǒng)一、高效、專業(yè)、穩(wěn)定的存儲空間服務(wù)能力，要求存儲體系為數(shù)字資源提供海量、穩(wěn)定、安全、透明、方便的數(shù)據(jù)存儲環(huán)境，要求能為數(shù)字資源永久保存提供適應(yīng)性廣、管理簡便、功能完備、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化程度高的長期保存能力。

2.1 系統(tǒng)挑戰(zhàn)

國家圖書館經(jīng)過多年的數(shù)字圖書館建設(shè)，實現(xiàn)了涵蓋整個數(shù)字資源生命周期的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建，目前應(yīng)用系統(tǒng)共139個，涵蓋數(shù)字資源采集、文獻數(shù)字化、數(shù)字資源加工、存儲、搜索，以及發(fā)布與服務(wù)的全過程。這些應(yīng)用系統(tǒng)超過半數(shù)對外提供讀者服務(wù)，其中44%為互聯(lián)網(wǎng)讀者提供服務(wù)，9%為到館讀者提供服務(wù)；在系統(tǒng)備份方面，有備份的應(yīng)用系統(tǒng)占87%，超過70%的系統(tǒng)采用熱備方式，約25%的系統(tǒng)采用冷備方式；備份數(shù)據(jù)量在10G—99G的系統(tǒng)占比最多，1G—9G和100G—1T次之，分別有22個和14個系統(tǒng)。通過統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)國家圖書館存儲體系支撐的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)有三個顯著特點。第一，支撐應(yīng)用系統(tǒng)多。存儲體系支撐圖書館內(nèi)部業(yè)務(wù)及對外服務(wù)的各系統(tǒng)，包括Aleph、發(fā)布與服務(wù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析等28個在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)。第二，系統(tǒng)重要性不同。存儲體系所支撐的系統(tǒng)重要性各不相同，既有圖書館內(nèi)部核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也有用戶直接使用的對外服務(wù)，還包括覆蓋全國的圖書館行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，存儲體系實現(xiàn)了對核心系統(tǒng)、關(guān)鍵系統(tǒng)、重要系統(tǒng)和一般系統(tǒng)的全覆蓋支撐。第三，系統(tǒng)對存儲的服務(wù)要求不同，如存儲量、I/O、安全性、可用性等。

2.2 資源挑戰(zhàn)

存儲體系除實現(xiàn)對應(yīng)用系統(tǒng)提供存儲空間支撐外，還需完成圖書館數(shù)字資源的存儲和管理。國家圖書館在進行數(shù)字資源建設(shè)時采取“中文為主、外文為輔，通用性資源外購為主，特色資源自建為主”的方針。截至目前，外購數(shù)據(jù)庫共計259個，包括中文數(shù)據(jù)庫126個、外文數(shù)據(jù)庫133個；館藏特色資源數(shù)字化全文數(shù)據(jù)超過2.3億頁；征集資源地方志、民國文獻、家譜、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)和歷史文化資源等特色資源，存儲量共計21TB；網(wǎng)絡(luò)資源采集實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航2.1萬項，采集超過5萬個政府網(wǎng)站信息、315種中文電子報紙及80個專題信息（中國學(xué)、開放存取、奧運會、航空航天、日本地震核泄漏、汶川地震3周年紀(jì)念等）。從存儲體系角度看，這些數(shù)據(jù)資源主要有三個重要特征。第一，需要保存數(shù)據(jù)量大。近年來，國家圖書館通過各種途徑不斷擴大自身數(shù)字資源館藏量，涵蓋文本、圖片、圖像、音頻、視頻等多種形式；截至2015年年底，國家圖書館數(shù)字資源建設(shè)總量達1 160.98TB（如網(wǎng)絡(luò)資源77.28TB、自建資源969.69TB），發(fā)布總量達815.72TB，約占數(shù)字資源建設(shè)總量的70%。第二，數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣。存儲的數(shù)字資源既包含依托于各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，也包括各數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)字資源及大量基于文件的裸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)內(nèi)容、存儲格式、使用方式也各不相同。第三，數(shù)據(jù)對存儲要求特殊。與服務(wù)系統(tǒng)相比實時性要求不高，與檔案系統(tǒng)相比真實性要求不高，但這些數(shù)據(jù)重要性高，因此要考慮多種存儲介質(zhì)、同城災(zāi)備、異地災(zāi)備和長期保存等因素，以整體保障數(shù)據(jù)的存在性和可用性。

2.3 長期保存挑戰(zhàn)

美國宇航局國際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會于1999年發(fā)布《開放檔案信息系統(tǒng)》（Open Archival Information System，OAIS）參考模型，OAIS在總結(jié)前人探索實踐的基礎(chǔ)上，提出一組抽象的數(shù)字資源保存功能模型和信息模型，該模型于2003年被接收為ISO標(biāo)準(zhǔn)（ISO 14721）。

在國際上，法國在源迅公司幫助下，借助開源軟件Fedora開發(fā)OAIS兼容的分布式存儲與長期保存系統(tǒng)SPAR；IBM幫助荷蘭開發(fā)項目的成果DIAS已經(jīng)發(fā)展到V2.0，并在德國的互操作長期保存系統(tǒng)項目KOPAL中發(fā)揮作用；新西蘭與ExLibris公司合作，構(gòu)建國家數(shù)字遺產(chǎn)檔案系統(tǒng)NDHA并已投入運行，ExLibris借此將其OAIS兼容產(chǎn)品Rosetta推向市場。在國內(nèi)，清華大學(xué)圖書館針對開源軟件開展長期保存項目研究，國家檔案館也面向其電子化檔案內(nèi)容進行長期保存前期研究，武漢大學(xué)聯(lián)合多家機構(gòu)開展長期保存大范圍研究，中國科學(xué)院文獻情報中心在長期保存領(lǐng)域開展了卓有成效的探索實踐。

總體而言，數(shù)字資源長期保存領(lǐng)域經(jīng)過近些年努力，長期保存成熟度進一步提高，有更多實踐成果可供借鑒。隨著長期保存標(biāo)準(zhǔn)和最佳實踐的不斷推出，如何通過長期保存材質(zhì)、設(shè)備、系統(tǒng)和災(zāi)備體系真正實現(xiàn)數(shù)字資源永久保存，成為保存體系面臨的新課題。

3 國家圖書館存儲架構(gòu)的服務(wù)體系研究

3.1 服務(wù)體系內(nèi)涵與要求

國家圖書館存儲體系提供的服務(wù)主要涵蓋系統(tǒng)支持和資源支持兩方面：一是為各系統(tǒng)提供統(tǒng)一、大型、高速、穩(wěn)定的存儲空間；二是為數(shù)字資源存儲提供存儲環(huán)境。

存儲空間管理，即在存儲體系上為業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分適當(dāng)?shù)拇鎯臻g，以保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用軟件、中間件等。要求存儲體系根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能要求、數(shù)據(jù)庫要求、數(shù)據(jù)讀取要求等，分配適合的存儲空間。對于需要部署數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)軟件的應(yīng)用系統(tǒng)，需要分配高性能、高轉(zhuǎn)速的存儲盤；對于需要部署備份數(shù)據(jù)、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性應(yīng)用的系統(tǒng)級需求，可分配低轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定性高的存儲盤。

存儲環(huán)境管理包括依據(jù)數(shù)字資源的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)存儲要求、數(shù)據(jù)發(fā)布要求、數(shù)據(jù)提取要求等數(shù)據(jù)特點，制定不同的存儲保存策略；為不同數(shù)字資源提供相應(yīng)的保存環(huán)境，完成數(shù)字資源的規(guī)整、清洗、封裝、入庫、提取、解封、轉(zhuǎn)換、出庫等保存和提取工作，以及日常數(shù)字資源的比對、校驗、抽檢、遷移等維護管理工作，保障數(shù)字資源被妥善保管。

3.2 服務(wù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于國家圖書館現(xiàn)有系統(tǒng)和資源狀況，參照《國家圖書館“十三五”規(guī)劃綱要》發(fā)展方向，結(jié)合國家圖書館主存儲中心現(xiàn)狀，及經(jīng)費、場地、人員等實際問題，堅持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、集中管理”的原則，根據(jù)服務(wù)體系業(yè)務(wù)需要，設(shè)計國家圖書館存儲服務(wù)體系結(jié)構(gòu)（見圖1）。該存儲服務(wù)體系與應(yīng)用系統(tǒng)體系獨立建設(shè)，采用IP SAN存儲架構(gòu)實現(xiàn)存域網(wǎng)，內(nèi)部實現(xiàn)在線、近線和離線分級存儲，有效支持系統(tǒng)空間服務(wù)，并為數(shù)字資源存取、資源發(fā)布和資源服務(wù)等提供透明、可靠的資源存儲環(huán)境。

圖1 國家圖書館資源服務(wù)體系示意圖

該服務(wù)體系實現(xiàn)了應(yīng)用體系與存儲體系分離。應(yīng)用系統(tǒng)所需的存儲空間分兩種：一種是系統(tǒng)運行自身所必需的存儲，包括CPU的Catch、緩存、內(nèi)存以及服務(wù)器自帶的小磁盤存儲；另一種是系統(tǒng)所依托存儲體系提供的存儲空間。該服務(wù)體系為50余個系統(tǒng)提供存儲服務(wù)，這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)既包括圖書館核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)、Aleph系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、資源發(fā)布與服務(wù)系統(tǒng)及20余個商購數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，還包括網(wǎng)絡(luò)資源采集、大數(shù)據(jù)分析平臺、數(shù)字資源長期保存等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該方式可有效提升資源統(tǒng)一管理效率、降低管理成本，也為信息整合與數(shù)據(jù)共享奠定堅實的存儲基礎(chǔ)。

采用光纖導(dǎo)向器和IP SAN構(gòu)成獨立的國家圖書館存域網(wǎng)，所有存儲設(shè)備形成統(tǒng)一的存儲池向各系統(tǒng)和應(yīng)用提供服務(wù)，該存域網(wǎng)可支持更多的系統(tǒng)和設(shè)備，以確保實現(xiàn)高性能和高速存取，獨立存域網(wǎng)使存儲數(shù)據(jù)備份不再占用LAN帶寬，并且存儲域的容量可獨立擴充。

數(shù)字資源存儲采取“在線、近線、離線相結(jié)合的三級存儲”策略。需要實時在線生產(chǎn)的數(shù)據(jù)、提供數(shù)字資源實時服務(wù)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用“在線”存儲服務(wù)；不需要實時在線服務(wù)的數(shù)據(jù)（包括互聯(lián)網(wǎng)采集到的資源、作為中間數(shù)據(jù)臨時保存的數(shù)字資源等），采用“近線”存儲服務(wù)；需要永久保存的數(shù)字資源、備份的近線/離線資源，采用“離線”存儲服務(wù)。在主存儲系統(tǒng)中，采用高轉(zhuǎn)速、性能高的硬盤（SAS、FC硬盤）或者固態(tài)硬盤支持“在線”數(shù)據(jù)存儲；采用性價比高的低轉(zhuǎn)速硬盤（SATA硬盤）支持“近線”數(shù)據(jù)存儲；采用磁帶庫、光盤等離線存儲介質(zhì)支持“離線”數(shù)據(jù)存儲，從而達到資源服務(wù)的合理和高效。

同城災(zāi)備中心根據(jù)主存儲中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)模、服務(wù)實時性要求、數(shù)據(jù)更新頻率、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)模等因素，選擇與之匹配的存儲設(shè)備實現(xiàn)同城數(shù)據(jù)級災(zāi)難備份。

戰(zhàn)略儲備庫根據(jù)主存儲中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的重要性、復(fù)雜性，實現(xiàn)核心關(guān)鍵系統(tǒng)的系統(tǒng)級災(zāi)難備份。

3.3 構(gòu)建以主存儲為核心的服務(wù)體系

目前，廣泛使用的云存儲技術(shù)是在存儲介質(zhì)、存儲結(jié)構(gòu)上重新構(gòu)建的一種新型服務(wù)模式。國家圖書館可在自身在線、近線存儲架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過虛擬化技術(shù)平穩(wěn)過渡到分布式存儲架構(gòu)。

在國家圖書館數(shù)字資源存儲體系中，主存儲中心作為數(shù)字資源的生產(chǎn)中心，所有數(shù)字資源在此生產(chǎn)并為業(yè)務(wù)及用戶提供服務(wù)；同城災(zāi)備中心為主存儲中心提供安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)安全保障，從而確保主存儲中心的業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)完整性；戰(zhàn)略儲備庫則為主存儲中心提供核心系統(tǒng)級災(zāi)難備份與長期保存服務(wù)。三個中心共同構(gòu)成以主存儲為核心的服務(wù)體系。

4 國家圖書館存儲架構(gòu)的災(zāi)備體系研究

4.1 災(zāi)備體系內(nèi)涵與要求

國家圖書館肩負為中央和國家機關(guān)、重點科研教育生產(chǎn)單位、圖書館業(yè)界及社會公眾提供服務(wù)的職能，實行“全年候”開館，打破時空界限，保障“7×24小時”為全球提供服務(wù)。業(yè)務(wù)服務(wù)的連續(xù)性要求對關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)的持續(xù)運作，因此必須保障支撐應(yīng)用系統(tǒng)存儲體系運行的連續(xù)性。

為保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的備份安全、系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全，國家圖書館規(guī)定至少每3個月對各應(yīng)用系統(tǒng)的主機操作系統(tǒng)做1次有效的全備份；此外，在主機配置及設(shè)置發(fā)生更改時必須對主機操作系統(tǒng)進行有效的全備份。對于涉及金融功能資產(chǎn)、財務(wù)等重要系統(tǒng)，必須保證1個月內(nèi)任意一天備份數(shù)據(jù)的有效性，有條件的應(yīng)保證3個月以上備份數(shù)據(jù)的有效性。

國家圖書館規(guī)定數(shù)字資源保存采取“集中保存、統(tǒng)一管理”原則，具體保存時采取“不同介質(zhì)、多級備份、多地保存”的方式進行保存，利用光盤、硬盤、磁帶等存儲介質(zhì)保存多個備份，以確保數(shù)字資源保存的安全性和可靠性。

4.2 災(zāi)備體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

業(yè)務(wù)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及數(shù)字資源是國家圖書館的寶貴財產(chǎn)，為確保數(shù)字資源的安全性、服務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，需增強存儲體系的魯棒性，在詳細分析備份需求、充分考慮備份成本及效能、慎重選用適合備份技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建“本地備份保服務(wù)、同城備份保安全、異地備份?？捎谩钡臑?zāi)備體系。

根據(jù)國家圖書館實際情況，在二期主存儲中心實現(xiàn)對各系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的不同介質(zhì)備份和本地備份；在古籍館建立同城災(zāi)備系統(tǒng)，通過同步備份實現(xiàn)對重要應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)級災(zāi)備，通過異步備份實現(xiàn)對海量數(shù)字資源的存儲級災(zāi)備；為有效抵抗同城發(fā)生的火災(zāi)、水災(zāi)、地震和強電磁輻射等不可抗力損壞，在承德戰(zhàn)略儲備庫建立核心系統(tǒng)的應(yīng)用級災(zāi)備并對海量數(shù)字資源實現(xiàn)溫備份或冷備份，其邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖2 國家圖書館資源災(zāi)備體系示意圖

4.2.1 主存儲中心備份體系

根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點和數(shù)字資源的保存要求，主存儲中心的災(zāi)難備份區(qū)分為系統(tǒng)備份和存儲備份兩種業(yè)務(wù)模式。

（1）系統(tǒng)備份。主存儲中心支撐的業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括提供業(yè)務(wù)支撐的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、提供對外服務(wù)的資源服務(wù)系統(tǒng)及記錄重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，系統(tǒng)類型多樣、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為保障各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行，防止業(yè)務(wù)系統(tǒng)因軟硬件故障、誤操作及其他原因?qū)е轮匾獢?shù)據(jù)丟失，保證各系統(tǒng)可通過備份數(shù)據(jù)，迅速、安全地將系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復(fù)正常狀態(tài)，從而確保圖書館各項業(yè)務(wù)順利開展。此外，業(yè)務(wù)系統(tǒng)要根據(jù)自身情況實現(xiàn)系統(tǒng)災(zāi)難備份。

（2）存儲備份。主存儲中心的存儲系統(tǒng)為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供安全穩(wěn)定、高效快速的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。主存儲中心根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)服務(wù)實時性等因素的不同，使用不同的RAID策略，以保障存儲系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)安全、穩(wěn)定且能高效讀取數(shù)據(jù)。在實際業(yè)務(wù)管理上，讀寫非常頻繁的在線服務(wù)系統(tǒng)（如業(yè)務(wù)系統(tǒng)、OA辦公自動化系統(tǒng)等）使用RAID1+0技術(shù)，在保證數(shù)據(jù)可靠性的基礎(chǔ)上，可較好地利用陣列設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取速度，為在線服務(wù)提供較高效的數(shù)據(jù)支撐；對于需要提供實時在線資源服務(wù)、存儲數(shù)據(jù)量較大的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，存儲系統(tǒng)采用RAID5技術(shù)構(gòu)建存儲空間。

4.2.2 同城災(zāi)備中心體系

同城災(zāi)備系統(tǒng)要對國家圖書館主存儲中心支撐的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)及數(shù)字資源等實現(xiàn)數(shù)據(jù)級災(zāi)難備份。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)重要性區(qū)分為核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和各類數(shù)字資源業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過數(shù)字資源備份保障主存儲中心數(shù)據(jù)安全。

（1）核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的災(zāi)難備份。主存儲中心的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括由重要的業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)和讀者服務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需采用實時同步復(fù)制的方式實現(xiàn)同城災(zāi)難備份。當(dāng)國家圖書館主存儲中心的存儲系統(tǒng)發(fā)生故障時，核心應(yīng)用系統(tǒng)所使用的本地邏輯卷能切換到災(zāi)備機房的存儲系統(tǒng)上，切換在半小時內(nèi)即可完成。

（2）各類數(shù)字資源的災(zāi)難備份。各類數(shù)字資源主體包括描述性元數(shù)據(jù)、管理元數(shù)據(jù)、保存元數(shù)據(jù)、對象數(shù)據(jù)等，還包括非核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如大量業(yè)務(wù)系統(tǒng)、不需要實時在線服務(wù)的資源等），這些數(shù)據(jù)可以采用異步數(shù)據(jù)復(fù)制方式，在保證不影響核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備的情況下，實現(xiàn)主存儲中心與災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)一致。當(dāng)國家圖書館主存儲中心存儲系統(tǒng)發(fā)生故障時，可使用災(zāi)備數(shù)據(jù)。

4.2.3 異地災(zāi)備中心體系

在承德市建設(shè)的國家文獻戰(zhàn)略儲備庫，針對核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)主存儲中心與儲備庫的系統(tǒng)級“雙活”，從而保障國家圖書館的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和作業(yè)持續(xù)性，避免服務(wù)或業(yè)務(wù)的中斷。此外，儲備庫要為主存儲中心提供數(shù)據(jù)級異地災(zāi)難備份保障。

（1）核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用級災(zāi)難備份機制。根據(jù)系統(tǒng)實際情況，在戰(zhàn)略儲備庫部署核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)備機，當(dāng)國家圖書館主機發(fā)生故障時，可通過網(wǎng)絡(luò)切換使儲備庫部署的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)備機替代主存儲中心的應(yīng)用系統(tǒng)，為讀者提供正常服務(wù)。為保障核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)級災(zāi)備和數(shù)據(jù)備份的實時性，需采用裸光纖鏈接方式實現(xiàn)儲備庫與主存儲中心間傳輸鏈路的穩(wěn)定和高效。戰(zhàn)略儲備庫系統(tǒng)級災(zāi)備的架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 戰(zhàn)略儲備庫系統(tǒng)級災(zāi)難備份架構(gòu)示意圖

（2）各類數(shù)字資源的災(zāi)難備份機制。可采用異步數(shù)據(jù)復(fù)制方式，在保證不影響核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)級災(zāi)備的情況下，實現(xiàn)國家圖書館主存儲中心與儲備庫異地災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)一致。當(dāng)北京的主存儲中心和同城災(zāi)備系統(tǒng)同時發(fā)生故障時，將啟動戰(zhàn)略儲備庫異地災(zāi)備系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)，使嚴(yán)重受災(zāi)數(shù)據(jù)有機會恢復(fù)。

4.3 構(gòu)建多級多地的災(zāi)備體系

災(zāi)備體系是保障存儲基礎(chǔ)設(shè)施可靠性、可用性的重要方式。國家圖書館存儲災(zāi)備體系根據(jù)業(yè)務(wù)和服務(wù)的需要，部署“兩地三中心”。其中，主存儲中心為多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行提供備份支撐，也為數(shù)字資源提供安全、穩(wěn)定的備份支撐；同城災(zāi)難備份中心為主存儲中心提供數(shù)據(jù)級災(zāi)難備份保障，確保核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)持續(xù)性；異地國家文獻戰(zhàn)略儲備庫災(zāi)難備份系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字資源異地保存和重要系統(tǒng)的系統(tǒng)級災(zāi)難備份保障，為主存儲中心提供系統(tǒng)級和數(shù)據(jù)級災(zāi)難備份保障。三個中心協(xié)同工作，實現(xiàn)同城災(zāi)備和異地災(zāi)備協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)級災(zāi)備和應(yīng)用級災(zāi)備并存，本地同質(zhì)備份和異地降級備份并行，同步備份和異步備份互補，熱備份、溫備份和冷備份使用明確的多級多地的戰(zhàn)略級災(zāi)備體系。

容災(zāi)體系的系統(tǒng)建設(shè)僅提供數(shù)據(jù)安全、可用的系統(tǒng)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上還需要建立完善的容災(zāi)備份運營管理體系，以保障容災(zāi)備份體系在發(fā)生災(zāi)難時能遷移、接替、保全、恢復(fù)，達到降低損失的目的。容災(zāi)體系更大的目標(biāo)是保持和完善業(yè)務(wù)連續(xù)性，始終保持業(yè)務(wù)系統(tǒng)在面對突發(fā)性災(zāi)難事件時的持續(xù)能力，保證災(zāi)難損失在可承受的范圍內(nèi)。

5 國家圖書館存儲架構(gòu)的永久保存體系研究

5.1 永久保存體系內(nèi)涵與要求

數(shù)字資源的脆弱性在業(yè)界已達成共識，針對沉淀千百年的中華文明以及最新的原生數(shù)字化成果，需開展數(shù)字資源的長期保存，以確保數(shù)字資源的可用性、可表現(xiàn)性、可理解性、真實性和可識別性。

根據(jù)數(shù)字資源保存和利用的不同特點，國家圖書館將數(shù)字資源保存劃分為永久保存級和歸檔保存級。永久保存級的數(shù)據(jù)要求元數(shù)據(jù)和對象數(shù)據(jù)完整、對應(yīng)關(guān)系清晰，且對象數(shù)據(jù)為加工的原始格式或引進的原始格式。該級別的數(shù)據(jù)原則上不再變動，并在三個中心保存相同的備份，分別保存于主存儲中心、同城災(zāi)難備份中心、國家文獻戰(zhàn)略儲備庫。用于發(fā)布的數(shù)字資源以及元數(shù)據(jù)或?qū)ο髷?shù)據(jù)不完整、尚不滿足永久保存級條件的數(shù)字資源，在長期保存系統(tǒng)中為歸檔保存級數(shù)據(jù)。歸檔保存級數(shù)據(jù)可在補充缺失數(shù)據(jù)并符合長期保存條件后，轉(zhuǎn)為永久保存級數(shù)據(jù)；也可在失去保存價值后，從系統(tǒng)中刪除。該級別的數(shù)據(jù)只在主存儲中心保存1份。

數(shù)字資源長期保存涉及一系列信息記錄和維護工作，由于標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和實踐的滯后性，目前尚無數(shù)字資源長期保存的獨立系統(tǒng)可以滿足國家圖書館長期保存的需求。而國家圖書館業(yè)務(wù)要求存儲體系實現(xiàn)數(shù)字資源安全、穩(wěn)定的永久保存。要實現(xiàn)永久保存業(yè)務(wù)需求，需要整合介質(zhì)級、設(shè)備級和系統(tǒng)級長期保存應(yīng)用，融合災(zāi)備體系，實現(xiàn)異地、異構(gòu)長期保存數(shù)字資源調(diào)度，這是一項全新艱巨的任務(wù)。

5.2 永久保存體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

國家圖書館永久保存體系是由主存儲中心的長期保存、同城災(zāi)備中心的災(zāi)備帶庫以及國家文獻戰(zhàn)略儲備庫的長期保存系統(tǒng)共同組成。主存儲中心主要采用光盤存儲和磁帶庫存儲兩種方式，通過多磁帶庫和光盤庫構(gòu)建長期保存的存儲空間，實現(xiàn)永久保存和歸檔數(shù)字資源的長期保存（見圖4）。在同城災(zāi)備中心購置長期保存存儲設(shè)備，通過異步傳輸實現(xiàn)國家圖書館永久保存數(shù)字資源的同城災(zāi)備長期保存；在戰(zhàn)略儲備庫構(gòu)建滿足OAIS模型的長期保存系統(tǒng)并構(gòu)建電磁屏蔽儲存室，對磁盤、磁帶庫進行冷備份，防止電磁輻射造成信息丟失，實現(xiàn)戰(zhàn)略級防護。

圖4 國家圖書館永久保存體系示意圖

5.2.1 主存儲中心的長期保存

國家圖書館按照“中文為主、外文為輔，特色館藏為主、引進資源為輔”的原則，重點對特色館藏數(shù)字資源、原生數(shù)字資源、網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)字資源及合作建設(shè)特色文化資源等數(shù)字資源進行長期保存。在實際操作中，按照數(shù)字資源的原生性、獨一性、重要性進行長期保存操作的優(yōu)先級安排。

以CD、DVD光盤為代表的光記錄介質(zhì)具有記錄密度高、容量大、隨機存取、保存壽命長、穩(wěn)定可靠、使用方便和價格便宜等一系列優(yōu)點，適合存儲需可靠保存且訪問頻率相對較低的數(shù)據(jù)，特別適用于大數(shù)據(jù)量資源的存儲和交換。光盤成為國家圖書館實現(xiàn)對數(shù)字資源長期保存的重要手段，國家圖書館從長期保存介質(zhì)入手，正式開始探索適合自身特點的長期保存之路。磁帶具有介質(zhì)穩(wěn)定、價格低、占據(jù)空間小、易實現(xiàn)異地備份等特點，適用于大數(shù)據(jù)量記錄的寫入與存儲，在國際上被公認(rèn)為存檔數(shù)據(jù)的首選存儲介質(zhì)，被許多政府部門推薦或指定使用。2008年，國家圖書館購置SUN STK 8500磁帶庫，磁帶成為國家圖書館實現(xiàn)對數(shù)字資源長期保存的主要手段，至此，國家圖書館實現(xiàn)了設(shè)備級的數(shù)字資源長期保存；2010年，購置IBM3584磁帶庫，長期保存資源開始采用TSM存儲管理軟件，國家圖書館正式進入設(shè)備、資源、策略和管理為一體的長期保存新階段。

5.2.2 同城災(zāi)備中心的長期保存

為保障永久保存數(shù)字資源的安全性，在同城災(zāi)備中心也進行數(shù)字資源的長期保存。在主存儲中心TSM存儲管理軟件的統(tǒng)一管理下，永久保存的數(shù)字資源在主中心進行長期保存操作時，同時在同城災(zāi)備中心的長期保存系統(tǒng)進行保存，實現(xiàn)永久保存級數(shù)據(jù)在不同的存儲中心完好地保存2份。

5.2.3 國家文獻戰(zhàn)略儲備庫的長期保存

國家圖書館經(jīng)過十多年的長期保存工作，不斷探索和實踐，目前已經(jīng)形成一套完整的長期保存工作流程（包括數(shù)據(jù)接收、保存前檢查、數(shù)據(jù)封裝、數(shù)據(jù)封裝后檢查、數(shù)據(jù)保存、保存后檢查和數(shù)據(jù)抽檢等）。在戰(zhàn)略儲備庫新開發(fā)的獨立長期保存系統(tǒng)，至少要包含圖5所示的6個核心功能模塊。

資源攝取功能：主要包括從不同資源提供方接收合格資源，按資源的不同分類完成元數(shù)據(jù)和對象數(shù)據(jù)信息包的生成、提交等工作。

資源管理功能：主要負責(zé)管理與對象數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)元數(shù)據(jù)及相關(guān)信息，包括數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)唯一性、數(shù)據(jù)標(biāo)引信息等的管理；支持檢索和查詢，實現(xiàn)資源的隨時查閱并能正確定位到元數(shù)據(jù)對應(yīng)的對象數(shù)據(jù)位置。

圖5 長期保存系統(tǒng)功能模塊示意圖

資源保存功能：主要根據(jù)國家圖書館保存政策和框架，制定與保存相關(guān)的流程和策略，以完成對資源保存、數(shù)據(jù)資源遷移等方面的管理，同時完成永久保存規(guī)則和數(shù)據(jù)移植策略等方面的策略制定工作。為確保數(shù)字資源的持久訪問，應(yīng)提供對保存對象的例行檢查策略，及時進行備份和遷移；在完成對數(shù)據(jù)移植等操作后，需對新生成的數(shù)據(jù)重新提交審核，以便歸檔保存。

資源歸檔存儲功能：主要涉及對數(shù)據(jù)信息包的存儲及按生命周期策略完成對存儲資源的完整性維護。

資源使用功能：在資源使用前對資源的使用權(quán)限等進行確認(rèn)，并檢查對象數(shù)據(jù)等各類信息。根據(jù)應(yīng)用需求與文本、圖像及其他對象的傳遞規(guī)則，完成相關(guān)數(shù)據(jù)的抽取、打包等工作，以提供對外使用和保存更新并將操作歷史存儲到日志數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)管理功能：主要負責(zé)對系統(tǒng)整體監(jiān)控和管理（包括系統(tǒng)配置、工作流管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)監(jiān)控等工作），該功能的目標(biāo)是完成對整個系統(tǒng)運行的配置、管理，及用戶管理等工作。

數(shù)字資源長期保存系統(tǒng)應(yīng)兼容開放檔案系統(tǒng)參考模型，要求能實現(xiàn)從提交、管理、歸檔，到確保數(shù)字資源長期保存和可獲得性的整個流程，實現(xiàn)靈活的流程定制、全自動化遷移、流程全程監(jiān)控并可回溯、全標(biāo)準(zhǔn)化輸入與輸出。此外，要求系統(tǒng)具有足夠的開放性，以實現(xiàn)與國家圖書館現(xiàn)有相關(guān)系統(tǒng)的對接。

5.3 分布式永久保存體系資源調(diào)度

（1）國家圖書館主存儲中心的歷史數(shù)據(jù)進入儲備庫存儲中心，實現(xiàn)長期保存。國家圖書館主存儲中心的永久保存級的數(shù)字資源，需要傳輸?shù)絻鋷扉L期保存系統(tǒng)，實現(xiàn)長期保存管理。工作機制如圖6所示。

圖6 主存儲中心歷史數(shù)據(jù)長期保存

在該業(yè)務(wù)中，首先需要將主存儲中心長期保存的數(shù)字資源提交到臨時存儲區(qū)，然后通過儲備庫的長期保存管理系統(tǒng)的調(diào)度，將資源異步保存到儲備庫的長期保存系統(tǒng)，再通過各級別校驗以及“打包—拆包—組包”的遷移，最終完成數(shù)字資源在儲備庫的長期保存。

（2）各單位提交的數(shù)據(jù)進入戰(zhàn)略儲備庫存儲中心，實現(xiàn)長期保存。儲備庫存儲系統(tǒng)除支持國家圖書館主存儲中心的永久保存數(shù)據(jù)外，還要對其他單位提交數(shù)據(jù)實現(xiàn)長期保存。合作單位通過遠程復(fù)制備份的方式，提交待保存的數(shù)據(jù)到存儲庫主節(jié)點；主節(jié)點制定一定的管理策略，利用空閑時間將提交的待保存數(shù)據(jù)灌裝到臨時存儲區(qū)；經(jīng)過清洗、校驗、打包封裝后，進入儲備庫長期保存系統(tǒng)，最終完成數(shù)字資源在儲備庫的長期保存。工作機制如圖7所示。

圖7 合作單位提交數(shù)據(jù)長期保存

（3）戰(zhàn)略儲備庫生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進入儲備庫存儲中心、主存儲中心，實現(xiàn)異地多備份的長期保存。儲備庫文獻數(shù)字化系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)字資源，不但要在儲備庫長期保存系統(tǒng)中實現(xiàn)長期保存，還要在國家圖書館主存儲中心實現(xiàn)長期保存，最終實現(xiàn)數(shù)字資源異地互為備份的妥善保存。工作流程如8圖所示。

圖8 儲備庫文獻數(shù)字化數(shù)據(jù)長期保存

儲備庫文獻數(shù)字化系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)字資源，首先要統(tǒng)一存儲于儲備庫的臨時存儲區(qū)；待驗收合格后，進入儲備庫長期保存系統(tǒng)，最終完成數(shù)字資源在儲備庫的長期保存。通過數(shù)據(jù)調(diào)度，傳輸數(shù)字資源到主存儲中心的臨時存儲區(qū)，經(jīng)過TSM儲存管理系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，數(shù)據(jù)在主存儲中心及同城災(zāi)備中心的長期保存區(qū)分別進行長期保存，最終實現(xiàn)“兩地三中心”的長期保存。

6 結(jié)語

隨著國家圖書館系統(tǒng)和資源存儲服務(wù)體系、同城和異地災(zāi)備體系、永久保存體系不斷完善，國家圖書館可實現(xiàn)超過2 000TB數(shù)字資源的快速訪問、安全存儲和永久可用；實現(xiàn)國家圖書館自建珍貴文獻、廣泛搜集各地館藏中珍稀資源和特色文化資料的長期保存和永久利用，實現(xiàn)傳承文明、服務(wù)社會的宗旨。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)時代的開啟，人類文明的沉淀已經(jīng)由圖書、學(xué)術(shù)期刊作為主要載體，轉(zhuǎn)換為以互聯(lián)網(wǎng)為主要承接載體，使保存機構(gòu)面臨更艱巨的保存任務(wù)與更復(fù)雜的保存環(huán)境[10]?；ヂ?lián)網(wǎng)資源如何進得來、存得下、可檢索、能服務(wù)，對國家、圖書館，更對存儲體系帶來前所未有的艱巨挑戰(zhàn)。戰(zhàn)略數(shù)字資源保存與利用是國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容之一，關(guān)系到國家的文獻保護和文化傳承。作為國家重要文化機構(gòu)的國家圖書館，要參考國際通用或國家頒布的保存標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，聯(lián)合各機構(gòu)共同實現(xiàn)國家文化保存和有效利用戰(zhàn)略，對中華文明傳承、提高信息資源的國家控制力及經(jīng)濟社會發(fā)展具有重大而深遠的意義。

[1] 國家氣象局信息中心[EB/OL].[2017-02-01].http://www.nmic.cn/web/index. htm.

[2] 中國銀聯(lián)[EB/OL].[2017-02-01].http://cn.unionpay.com/.

[3] 文化部信息中心[EB/OL].[2017-02-01].http://www.mcprc.gov.cn/sjzz/ whbxxzx_2993/.

[4] 劉博涵,路龍惠.文獻資源戰(zhàn)略保存機制研究[J].國家圖書館學(xué)刊, 2013(5):53-57,67.

[5] 付鴻鵠,吳振新.分布式數(shù)字資源保存系統(tǒng)與技術(shù)架構(gòu)研究[J].國家圖書館學(xué)刊,2015(2):82-88.

[6] 肖瓏,申曉娟.國家圖書館元數(shù)據(jù)應(yīng)用總則匯編[M].北京:國家圖書館出版社,2011.

[7] 全國信息安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.信息安全技術(shù) 信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)規(guī)范:GB/T 20988—2007[S].北京:[s.n.],2015.

[8] 全國信息安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.信息安全技術(shù) 災(zāi)難恢復(fù)中心建設(shè)與運維管理規(guī)范:GB/T 30285—2013[S].北京:[s.n.],2015.

[9] The Open Archival Information System(OAIS) Reference Model:ISO 14721 [S/OL].[2017-02-01].https://wenku.baidu.com/view/79eaf5a0284ac850ad02422a. html.

[10] 吳振新,付鴻鵠.數(shù)字信息資源分布式協(xié)作保存網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究[J].數(shù)字圖書館論壇,2016(9):43-48.

季士妍，女，1978年生，高級工程師，研究方向：數(shù)字資源存儲與應(yīng)用。

Research and Design of the Storage Framework of National Library

WANG LeChun, JI ShiYan
(National Library of China, Beijing 100081, China)

In this paper, the challenges on constructing the storage architecture for National Digital Library are analyzed in three aspects: systems, digital resources, and long-term preservation system. Based on the new requirements, we present three architectures: system service architecture, disaster backup and recovery architecture, and permanent preservation architecture. The proposed framework provides technical support for the storage and service of digital resources in National Library.

National Library; Storage Framework; Hierarchical Storage; Disaster Backup and Recovery System; Long-Term Preservation System

G250.76

10.3772/j.issn.1673-2286.2017.3.006

王樂春，男，1971年生，高級工程師，研究方向：數(shù)字圖書館體系結(jié)構(gòu)、資源發(fā)現(xiàn)， E-mail：wanglch@nlc.cn。

2017-02-16）

* 本研究得到國家圖書館科研項目重點課題“國家圖書館數(shù)字資源存儲體系研究”（編號：NLC-KY-2014-02）資助。