级别： 中级 Duane Baldwin (Duane.Baldwin@us.ibm.com), 资深软件工程师, Tivoli Storage Software, IBM
2006 年 1 月 26 日 要构建一个基于开放标准的存储网格需要了解些什么呢？现在您可以使用哪些技术呢？将来又会出现哪些技术呢？在本文中，一位存储专家会带领您体验如何建立标准，并介绍正在出现的标准，以及与网格存储标准有关的活动。
用于网格存储的基于标准的策略
要构建一个成功的网格，需要在开放标准上构建自己的实现。实际上，网格的简明定义是使用开放标准通过网络进行分布式计算。
但是在存储网格的世界中正在发生什么呢？现在已经出现了哪些标准？都有哪些工作组在工作呢？如何才能知道哪些标准才是重要的呢？
好消息是现在可以开始使用开放标准，按照一种能够互操作的方式来构建网格存储的基础。启用网格存储的通用基础都已经存在了，但是在各个标准组中有更多的工作正在进行。坏消息是开发工作正在很多不同的工作组中进行开展，这中间有很多不同的组织和标准，例如 DMTF（Distributed Management Task Force）、GGF（Global Grid Forum）、SNIA（Storage Networking Industry Association）、CIM（Common Information Model）、Web 服务和 SMI-S（Storage Management Initiative Specification）。这可能让您感到非常困扰 —— 您知道自己需要了解各种相关的标准，以及它们在网格存储管理中的角色，这样才能正确选择今天的实现，但是应该如何对所有这些标准和组织进行排序呢？
在本文中，我们将介绍网格存储标准和定义这些标准的组织。
首先，让我们看一个网格存储所需要的基础构造块。以下这些标准是很多组织一起工作的结果：
表 1. 网格存储的基础构造块
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CIM（Common Information Model）
| 在网格中用来对资源进行抽象和管理所使用的基本建模技术 | |
Web 服务
| 为网格资源提供接口的协议。具体来说，就是 WSRF（WS-Resource Framework）和 WSN（WS-Notification） | |
WS-CIM
| 定义提供 CIM 模块的 Web 服务 | |
SMI-S（Storage Management Initiative Specification）
| 为使用 CIM 的存储、光纤和主机存储资源定义基本的配置。存储所使用的服务需要充分利用 SMI-S 配置的基本功能 | |
GFS（Grid File System）
| 网格文件系统的体系结构和需求的规范 |
现在让我们介绍一下在定义网格存储中扮演重要角色的组织、关键标准和体系结构。
标准组织、关键标准和体系结构的角色
下面介绍在网格存储领域中非常重要的标准组织、关键标准和体系结构。
Global Grid Forum
Global Grid Forum（GGF）是领导网格计算的全球化标准工作的用户、开发人员和供应商的一个社区。GGF 的工作是负责管理社区发起的工作组，这些工作组与其他领先的标准组织、软件供应商和用户一起合作，开发最佳实践和规范。GGF 非常积极地参与了网格规范的定义，从而产生了可以广泛采用的标准和可以互操作的软件，它构建了一个国际社区来交流思想、经验、需求和最佳实践。
GGF 有两个工作组是与存储直接相关的：
Grid File System Working Group（GFS-WG） —— 为了启用网格存储，需要一个网格文件系统，GFS-WG 宪章对其的总结如下：
“网格中的数据可以是任何格式的，可以存储在任何类型的存储系统上。在网格中可能有数百 PB 的数据，其中有很大的比例都是以文件形式存储的。用来描述和组织基于文件的数据的标准机制实际上要促进对于这么多数据的访问。Grid File System Working Group（GFS-WG）将提供有关 Grid File System Directory Service（网格文件系统目录服务）和 Architecture of Grid File System Service（网格文件系统服务体系结构）的规范。”
有关这些规范的更多信息如下：
- Grid File System Directory Services 规范描述的是对于文件系统资源数据进行联邦化和虚拟化后的命名空间管理，访问控制机制，以及元数据的管理。
- Architecture of Grid File System Services 规范通过提供虚拟命名空间来制订层次结构（这样可以在访问控制机制和底层物理数据源的元数据之间建立关联），从而促进网格环境中文件系统中虚拟数据的联邦和共享。
GFS 将已经建立的异构文件系统绑定在一起，并对其提供一层抽象，它还提供了一个可以扩展现有的文件系统（或子单元）来启用无缝数据共享和管理的命名空间。
Grid Storage Management Working Group（GSM-WG） —— 但是如何管理网格中的共享存储资源呢？GSM-WG 已经定义了 Storage Resource Managers（SRM）来对空间和文件进行管理。下面是这个工作组宪章里面的描述：
“我们将 Storage Resource Managers（SRM）定义成中间件组件，其功能是在网格中提供动态空间分配和共享存储组件的文件管理功能。它们通过提供存储预约和有关存储可用性的动态信息来进行网格作业的规划和执行，从而对 Compute Resource Managers 和 Network Resource Manager 进行了补充完善。SRM 可以管理两种类型的资源：空间和文件。在管理空间时，SRM 会与请求客户机之间就空间的分配进行协商，并/或分配缺省的空间配额。在管理文件时，SRM 会为文件分配空间，调用文件传输服务将文件移动到这些空间中，为这些文件提供一定的生命周期，在客户机请求完成之后释放这些文件，并使用文件替换策略来优化对于共享空间的使用。SRM 可以通过监视共享文件的活动来对文件进行有效地共享，并且决定在需要空间时应该替换哪些文件。另外，在需要空间时，SRM 还可以通过删除哪些生命周期已经过期的文件来自动回收不使用的文件。在这个工作组中，我们将重点关注标准 SRM 接口功能的定义。我们将其看作是一个短期的努力，目的是产生一个可工作的接口，网格项目可以直接使用这个接口来解决存储系统之间的互操作问题。”
现在考虑要做的工作是在 GSM 体系结构中进一步定义 SRM，尤其是在积极管理文件和文件使用领域更是如此。但是 GSM 工作组正在定义的目标和体系结构最终应该与业界的目标一致，一起为存储资源和信息生命周期管理定义高层的管理模型和标准接口。
高级结构化信息标准组织
Organization for the Advancement of Structured Information Standards（高级结构化信息标准组织，OASIS）是一个国际化的非盈利性社团，负责驱动电子商务标准的开发、集成和采纳。这个社团比其他组织开发了更多的 Web 服务标准，其中有安全性标准、电子商务标准以及公共领域和应用程序特定的市场领域的标准化努力。
以下的 OASIS 标准对于网格存储来说是非常重要的：
WS-Resource Framework（WSRF）
WSRF 是一系列构建在 SOAP、WSDL（Web Services Description Language）和 WS-Addressing 基础上的规范，用来对组件中的通用开发模式提供支持。这些规范包括：
- WSRF Resource Properties —— 定义如何使用模式和模式与 Web 服务的关联来描述属性。它还定义了如何使用 WSDL 操作来访问这些属性的值，以及如何订阅有关这些属性变化的通知。
- WSRF Resource Lifetime —— 定义如何销毁一个 Web 服务实例。它可以使用 WSDL 操作来支持定时销毁和显式销毁的功能。
- WSRF Service Groups —— 定义服务集。它可以支持 portTypes 的组合，用来定义成员关系规则，基于属性的搜索，以及返回兼容 Web 服务的 Endpoint Reference（端点引用，EPR) 的查询。
- WSRF Resource Metadata Descriptor —— 定义如何描述有关属性、操作和对于 Web 服务的通知的元数据。它还定义了如何通过 WSDL 在元数据文档和 Web 服务之间建立关联。
- WSRF Base Faults —— 定义了一组资源操作的标准故障。
当存储和网格资源提供用于功能和管理目的的 Web 服务时，它们应该使用 WSRF Resource Properties 来提供描述和访问任何状态的基础。如果资源可以通过 Web 服务接口进行销毁，它们就应该实现 WSRF Lifetime 规范。
WS-Notification（WSN）
WSN 是一系列构建在 SOAP、WSDL、WS-Addressing 和 WS-Resource Properties 基础上的规范。它定义了基本的发布和订阅 portTypes。还定义了对于 Topics 和 Broker 的支持，用来满足可扩展的发布/订阅需求。WSN 是用来描述如何传输消息的机制，它并没有定义消息的内容。
WSN 应该在需要在设备和网格服务之间发送消息和事件时使用。
Web Services Distributed Management（WSDM）
WSDM 是 IBM 认可的一种在 WSRF 和 WSN 基础上构建的规范。
WSDM Management Using Web Services（MUWS） 1.0 定义了如何以 Web 服务的形式来表现和访问资源的管理能力接口。这是使用 Web 服务来构建管理应用程序并允许具有相同功能集的多个管理器管理资源的基础。MUWS 1.0 规范定义了如何表示下面的管理功能：标识、评测、资源状态、状态、配置、名字相关性和关系。它为每种功能定义了标准的描述技术，包括需要的基本属性、操作和通知，以及用来对其进行内省所需要的元数据。MUWS 1.0 还定义了标准管理事件格式来增强互操作能力和相关性。它定义了如何提供安全的管理。另外，MUWS 1.0 为广播和发现资源定义了一些建议和接口。
WSDM Management of Web Services （MOWS） 1.0 规范定义了如何将 Web 服务作为资源进行管理，以及如何描述和访问使用 MOWS 的管理能力。
将来，我们可以期望看到存储和网格资源会朝着开发 WSDM 兼容的可管理资源 Web 服务的方向发展。
Distributed Management Task Force
Distributed Management Task Force （DMTF）有 3,000 多个积极的参与者，它现在是业界中领导管理标准和企业与 Internet 环境进行集成开发的技术的组织。DMTF 标准以一种与平台无关且技术中立的方法进行操作、控制和通信，提供了通用的管理基础设施组件。DMTF 技术包括 CIM、通信/控制协议以及核心的管理服务/工具。
DMTF 是网格存储策略的两个关键元素所采用的标准，它们分别是 CIM Schema 和用来访问这个模型的 WS-CIM 协议。
Common Information Model（CIM）
与建模模式类似，CIM 中包含了网格中所管理的资源的定义。
DMTF 有一个非常严格的模式管理流程并在 DMTF 成员公司之间获得一致的肯定。这对于管理一个相对稳定的模型（以各种方式来使用这个模型都很稳定）来说是必需的。DMTF 还有一种方法可以维护这些模型的向后兼容性。这也是成功部署和革新网格功能的关键。
支持网格功能所需要的所有资源模型的标准化努力都由 DMTF 负责。
WS-CIM
WS-CIM 是 IBM 认可的一种规范，用来定义如何使用 WS Distributed Management 来管理使用 CIM 建模的资源和 CIM 服务。
WS-CIM 负责定义应该如何使用 Web 服务来访问使用 CIM 建模的资源和 CIM 服务。这需要使用 SOAP、WSDL 和 WS-Addressing；还需要支持属性、事件和集合。
这种网格存储策略假设使用的是用 CIM 进行建模的存储资源，整个网格管理假设使用 WSDM 作为管理方法，结果是这种规范已经成为了相关领域的关键，因为它定义了如何结合这两个主要的规范。另外，WSDM-CIM Mapping Proposal 已经被提议应该成为指导在网格环境中如何将使用 CIM 进行建模的资源作为 WSDM 的可管理资源的准则。
Storage Networking Industry Association
Storage Networking Industry Association（SNIA）专门致力于驱动将来存储领域的标准、最佳实践和教育的发展。
SNIA 所关注的是如何通过高级知识交流、提供领先的思想并提出存储标准来简化终端用户面对的挑战。为了实现这种功能，SNIA 在北美举办了一系列的活动，同时支持全世界各地的会员，提供一个没有任何偏见的技术中心。
SNIA 与 DMTF 紧密地协调工作，已经为通过 CIM 来管理存储网络建立了一个标准规范：Storage Management Initiative —— Specification （SMI-S）。 SMI-S 是作为一个基于 CIM 的 Profile 进行组织的，它在高层可以分为 3 类：存储、光纤和主机。在开发 SMI-S Profile 时，SNIA 通常会定义新的 CIM 需求，由 DMTF 将它添加到 CIM 标准中。SMI-S 为网格存储管理提供了第一个必需的层次：通过标准接口和管理模型来管理存储网络基础设施。
现在，SNIA 在实现网格存储汇总方面的主要作用是建立并部署标准接口，从而通过 SMI-S 来管理异构存储网络。将来，SNIA 可能会以很多方式涉及到高级网格存储的操作，例如：
- 帮助存储业界为网格存储定义技术和市场策略
- 与其他定义网格标准和策略的组织 —— 例如 GGF 和 EGA —— 建立主要的联盟，并集合这些组织的力量来促进网格存储的发展
- 对存储业界提供有关网格存储发展价值的培训
SNIA 也有兴趣将基本的配置工作（用于管理设备）扩展到管理体系中的存储管理服务配置。这种工作可能会对存储管理服务配置进行标准化，这在将来可能会充分利用网格存储。
Enterprise Grid Alliance
EGA 是业界中主要关注网格部署的团队，它通过上面介绍的各种标准来进行工作。EGA 的目标是促进近期的网格实现，并判断在哪些领域还需要其他标准化的工作。EGA 希望通过建立一些标准组来进行工作，而不是参与标准的开发工作。
实现和管理网格存储的考虑
现在您可以使用开放标准以一种可互操作的方式开始构建存储网格。有些标准和体系结构仍然需要进行革新，但是在现有的规范和产品中已经采用了很多标准和体系结构了。可以基于现有的标准和技术建立基本的网格存储，当更多标准和技术出现时，可以扩展存储网格的领域、灵活性和功能。
基本考虑
文件系统
网格文件系统（GFS）是启用网格存储服务的关键。需要一个可以实现 GFS 服务模型和目标的文件系统，包括为建立的异构文件系统提供抽象，并依赖于标准操作和管理协议。例如，在 IBM Research 开展的一个研究项目（Glamour Wide-Area Filesystem）已经建立了一个中间件框架的原型，它使客户机可以无缝地实现数据在分布式异构服务器之间的传输。这是与文件系统无关的，意思是说它可以充分利用文件系统的特性，但是却并不依赖于文件系统。（这种技术在 IBM Research 已经实现并经过了基准测试，但是尚未发布用于公用领域。）
文件系统目录
如果有了网格文件系统，还需要一个网格文件系统目录服务（资源命名空间）来管理通用的命名空间，它涵盖了所建立的异构文件系统和联邦化、虚拟化的数据。GGF GFS-WG 已经为网格文件系统目录服务定义了模块和设计目标。IBM Glamour Wide-Area Filesystem 通过提供一个联邦文件系统中间件层来满足这种需要，它提供了一个通用的命名空间，并可以只依赖于现有的客户机和协议实现。
存储网络管理
网格存储管理的基本原理是对存储网络基础设施进行标准化的管理。SNIA 的 SMI-S 提供了这个基本的层次来管理异构的、与位置无关的存储、存储服务和光纤。最近发布的 Aperi 存储管理开放源码成果就是在 SMI-S 上构建的，它通过在存储网络基础设施中充分利用基于 SMI-S 的能力来提供通用管理组件的开放源码实现。
虚拟化
为了对存储资源提供无缝的访问，需要一定级别的抽象或存储虚拟化能力。目标是提供一个存储虚拟化层，它让您可以根据属性来访问并管理存储资源，而不是根据存储的位置和技术来访问并管理存储资源。SMI-S 还为存储虚拟化的管理提供了配置。现在已经有可以提供这种功能和实现 SMI-S 标准的存储虚拟化软件了。一个例子是 IBM TotalStorage® SAN Volume Controller。
高级考虑和将来的考虑
在网格存储基础上我们可以期望什么呢？
信息生命周期管理
随着 GGF GFS 体系结构的不断发展，尤其是 GSM 的发展，我们将可以实现标准的 SRM。GSM 将它们定义为网格存储体系结构中的中间件组件。它们将支持动态空间分配和网格中的共享存储组件的文件管理功能。在这些基础上构建的网格存储实现可以提供无缝的文件系统导航和复制数据的管理功能，从而对在线和离线数据启用网格范围的信息生命周期管理。
管理服务
在本文中讨论的这些标准和开放源码实现的基础上，我们可以在较高的层次上为存储网络和数据资源的管理定义新的标准服务。目标是这些用于网络存储资源的高级管理服务可以使用 CIM 定义成基本的模型，并包括 WS 兼容的标准接口。信息生命周期管理开发、标准组以及开放源码项目 —— 例如 Aperi —— 都可以帮助驱动这种管理标准的发展。
结束语
要在网格存储中实现成功，存储业界需要继续努力，为基于现有标准的网格存储提供实现和体系结构准则，紧密跟踪基于标准的参考网格存储实现，并且确定哪些地方还需要开发其他标准以及这些标准的发展方向。
随着存储业界的发展，我们需要鼓励大家参与网格存储的活动，并且紧密跟踪网格存储朝着协调方式发展的活动。这样，我们就可以实现网格存储的目标：为用户和应用程序提供一个可访问的、无缝的、虚拟化的、基于网格的无限存储池。
致谢
本文参考了 IBM 的内部文献，以下人员对本文都有很多贡献：
- Aki Fleshler
- Andreas Maier
- Greg Van Hise
- Heather Kreger
- Juergen Deicke
- Mike Baskey
- Mike Walker
参考资料 学习
获得产品和技术
讨论
关于作者  | 
| | Duane Baldwin 是 Tivoli Storage Software（IBM Software Group 的一部分）的一名资深软件工程师。他将自己的时间大都花在了软件和产品架构和标准的开发上。他是开发 TotalStorage Productivity Center 的软件团队的一名架构师，负责 SNIA 的 Management Applications 技术工作组的工作。在过去的 10 年中，他一直从事存储管理及其相关标准领域的标准方面的工作。 |
对本文的评价
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