信息技术存储管理第2部分：通用架构-编制说明

1、国家标准信息技术存储管理第 2 部分：通用架构（征求意见稿）编制说明一、工作简况(一) 任务来源根据国家标准化管理委员会关于下达2019年第一批国家标准制修订计划的通知，信息技术存储管理第 2 部分：通用架构（计划号：20190810-T-469 ）由华中科技大学主办，由全国信息技术标准化技术委员会归口。( 二 ) 主要起草单位和工作组成员本文件主要起草单位：华中科技大学、中国电子技术标准化研究院、浪潮电子信息产业股份有限公司、易安信信息技术研发 （北京）有限公司、四川长虹佳华信息产品有限责任公司、特斯联（北京）科技有限公司、小米通讯技术有限公司、杭州海康威视数字技术股份有限公司。( 三 )

2、主要工作过程本文件主要工作过程如下：1. 2018年5月，全国信标委信息技术设备互连分会 （TC28/SC25）召开工作组会议决定提交 信息技术 存储管理 第2部分：通用架构立项建议及标准草案。2. 2019年3月，国家标准化管理委员会下达 2019年第一批国家标准制修订计划的通知， 批准制定信息技术 存储管理 第2部分：通用架构 。3. 2019年4月，全国信标委信息技术设备互连分会 （TC28/SC25）秘书处组织召开了标准项目启动会，组建了标准编制组，明确了标准制定原则，就标准范围、标准大纲、时间节点进行讨论，并且制定工作计划。4. 2019年4月底，标准编制组组长单位华中科技大学组织召

3、开了工作组第一次全体会议， 向工作组成员单位代表介绍了 2018年信息技术 存储管理 第2部分：通用架构标准项目立项等相关工作，并就标准草案的制修订方法、分工方案、时间节点和后续工作计划等进行了讨论，在会议结束后立即启动了本文件草案的制修订工作。5. 2019年5月至 6月，标准编制组开展了信息技术 存储管理 第2部分：通用架构标准草案的第一轮制修订工作。由华中科技大学收集、整理和汇总各成员单位对标准草案所提出的修改意见，在完成对所有意见进行预处理工作的基础上， 标准编制组在武汉组织召开了 2019年第一次（本文件曾于 2016-2017年间开展过两次标准编辑会） 标准编辑会。这次会议共收集到

4、了 263条修改意见，与会专家和代表们对这些意见进行了详细的讨论和论证，最终采纳了其中的 203条，部分采纳 / 修改 43条，不采纳意见 17条。本轮修订的内容主要集中于对象的相关性和持久性名称，规范了设备、端口和存储系统的名称准则以及相关名称的标准格式，并对代表同一实体的不同对象的相关名称等同测试提出了相应的标准。6. 2019年7月至 8月，标准编制组开展了信息技术 存储管理 第2部分：通用架构标准草案的第二轮制修订工作。在华中科技大学完成对各单位所提出修改意见进行收集、汇总和预处理工作的基础上，标准编制组通过网络会议的形式组织召开了第二次标准编辑会。这次会议共收集到了154条修改意见，

5、经过与会专家和代表们的详细讨论和论证， 最终采纳了其中的 123条，部分采纳 / 修改 18条，不采纳意见 13条。本轮修订的内容主要集中于系统在报告异常情况时可使用的标准消息，讨论并确定了标准消息的必要参数和消息注册表的格式，同时对存储管理中采用的保护措施和安全目标提出了规范性的约束。7. 2019年9月至 10月，标准编制组开展了 信息技术 存储管理 第2部分：通用架构标准草案的第三轮制修订工作。本轮修订共收集到了67条修改意见，经过预处理和成员单位的二次意见反馈，最终采纳了其中的51条，部分采纳 / 修改 4条，不采纳意见 12条。本轮修订主要讨论了存储网络和系统组件的健康和故障管理相关

6、内容，明确了故障域、运行状态和操作状态的概念定义，规范了标准错误和警告的标志及指示。8. 2020年2月，针对草案稿中存在的编辑性和格式问题，以及系列标准中存在的术语翻译连贯性和一致性等问题，同时根据标准化工作导则 第1部分 标准的结构和编写，对于条文中所有的图、表、公式等的格式进行规范化处理。在这些规定的基础上，标准编制组对草案稿开展了新一轮的修订，并形成了标准内审稿。9. 2020年3月，标准编制组按照 标准化工作指南 第2部分 采用国际标准的要求，在前言部分归纳了存在技术性差异的条文内容，增加了资料性附录以详细阐明技术性差异的原因并提供实验验证。二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决

7、的主要问题( 一) 标准编制原则根据我国存储管理的发展现状，本文件的具体编制原则如下：1. 与国家现行法律法规及有关政策相一致；2. 采用重新起草法修改采用 ISO/IEC 24775-2:2014信息技术 存储管理 第2部分：通用架构；3. 按照 GB/T 1.1 2020给出的规则起草。( 二) 标准技术内容信息技术 存储管理标准分为以下八个部分： 1）第 1部分：概述；2）第 2部分：通用架构； 3）第 3部分：通用配置文件； 4）第 4部分：块设备； 5）第 5部分：文件系统； 6）第 6部分：交换结构； 7）第 7部分：主机元素； 8）第8部分：媒体库。本文件是信息技术 存储管理系列

8、标准的第2部分。本文件规定了 SMI-S的核心架构和协议，该架构主要包括：传输在管理系统的组成部分之间交流管理信息；健康和故障管理通过监测存储组件的状态检测故障； 对象模型的一般信息； 名称 SMI-S如何使用名称，以允许应用程序通过 SMI-S和其它标准关联； 标准信息如何向客户端应用程序显示异常；服务发现客户端用于发现广域网范围内 SMIS 规范服务的技术； 安装与升级实施的建议； 合规性遵守标准要求。标准的技术内容包括：1. 建立存储管理信息的统一描述方法及通信方式的规范；2. 研制符合国家需要的规范化存储管理安全保护机制；3. 建立存储设备和系统的管理信息模型和实例。本文件汲取了国际标

9、准 ISO/IEC 24775:2-2014 的技术优点，同时对其进行了扩展，使其对存储设备的管理从局域网范围扩展到广域网，并对SMI-S保持兼容性。 结合国内存储行业的应用需求，改进了其安全机制、 完善了对国内自主研制的存储产品的兼容和支持，进而提出符合国内行业发展的存储管理规范。三、主要试验情况分析在以往研究工作中，利用存储管理的国际标准 SMI-S 对异构存储资源的对象化进行统一管理。 SMI-S 的管理架构通过 CIM 公用信息模型对各种异构的存储资源进行统一建模，并通过 WBEM定义的接口 Providers 与不同厂家的存储资源管理模块进行交互；其中， SMI-S 屏蔽了下层不同的

10、管理接口，向上提供统一的基于 WBEM的管理接口。由于 SMI-S原有的管理架构是基于静态配置、组播或广播的管理架构，缺乏可扩展性。针对此问题，本文件提出通过结构化对等网络（具体是应用了一种环形结构化对等网络， Chord）扩展当前的 SMI-S 管理架构的方法，实现一种更适合广域网的存储资源分布式管理方式。为了评估基于 Chord 的存储资源管理架构的可扩展性，以基于层次的存储资源管理架构作为比较对象，从建立资源索引导致的网络开销、资源的查询开销和节点的查询负载三个方面进行管理架构的测试比较。试验中，基于WBEM Services、JSLP、PeerSim和eXist ，建立了上述两种基于

11、SMI-S的资源管理架构的仿真模型并进行验证和测试。在建立资源索引所导致的网络开销的比较试验中，将20000个存储资源信息的 XML文件随机分配到 2000个Da中，比较两种管理架构的网络开销。试验结果显示，当DA的数目小于 700左右时，层次结构的网络开销低于对等网络，而当 DA数目大于 700后，随着节点数目的增加， 层次结构的网络开销明显比对等网络的增长要快。对试验结果的理论分析也表明，当系统中的DA数目较少时，基于层次的管理架构网络开销稍好于基于对等网络的管理架构，而当 DA数量很大时，基于对等网络的管理架构的索引网络开销明显好于基于层次的管理架构。在资源查询开销的比较试验中，比较两种

12、管理架构在不同DA数目下，查询一个包含 I 条单属性查询的查询集合 Q所导致的平均消息量，查询的发起节点是随机选取的。试验结果显示，随着 DA的增加，两种架构下平均消息量都趋向对数级增长趋势，但是基于对等网络架构的平均消息要略好于基于层次的平均消息。这是因为基于层次的管理架构是通过 Bloom Filter建立的路由索引，其依赖于各个 DA中存储的资源信息的内容，存储信息的分布会影响到路由索引的效率。而基于对等网络的管理架构不受存储资源信息分布的影响， 资源无论如何分布， 都会被索引到对等网络 Chord环中对应的节点上。在节点的查询负载比较试验中，产生 5,000 条查询，设定 DA数目为

13、n，比较从 500到5000不同数目的查询下， 两种架构中节点接收到的最大、 次大和第三大的查询数目。试验结果显示，在不同查询数目下，基于对等网络的最大节点查询负载基本上是基于层次架构的 60% - 70%，而基于 Chord的次大和第三大节点查询负载大约是基于层次的 50%- 60%左右。对试验结果的理论分析表明，对基于层次的管理架构的上层节点，在其左侧或右侧没有匹配的资源时， 要负责把查询从一侧转发到另一侧。 而基于 Chord的节点只是按顺时针方向转发查询，不存在查询的逆时针转发。故而基于对等网络的查询负载要明显小于基于层次架构的查询负载。以上试验和分析表明，在广域网环境中，DA数目较大

14、时，基于结构化对等网络的管理架构在资源索引导致的网络开销、资源的查询开销和节点的查询负载等三方面都要优于传统的基于层次的管理架构，充分验证了通过结构化对等网络可有效增加SMI-S管理架构的可扩展性，实现对异构存储资源的对象化统一管理，并减少管理开销。编制工作组根据对存储管理方法的实验验证以及国内在存储管理方面标准的空缺情况制定了本文件。四、知识产权情况说明标准研制过程中未识别出专利。五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果存储管理已发展成为数据存储领域最重要的技术关键之一。具体体现在存储网络基础架构的部署和应用中，对网络存储系统的性能、功能及安全性、可靠性提出了巨大的挑战，随之而来的就

15、是存储系统的规模化、复杂化造成对其进行管理的成本越来越高，而存储管理规范将有效地帮助这些单位通过统一的标准管理接口解决多厂商产品互操作性及跨越区域、多功能的复杂存储架构的管理问题。另一方面，随着数据价值不断提升，以及存储网络化不断发展，数据遭受的安全威胁日益增多，若在实施存储管理的过程中缺少安全防范措施， 一旦攻击者成功渗透到数据存储系统中，其负面影响将是无法估计的。如果不从系统和控制的角度审视和设计安全解决方案，方案本身可能造成新的安全隐患。这要求企业在特定存储系统结构下，从存储系统管理的角度考虑存储安全性，综合考虑存储管理的方法和安全策略。本项目将通过研究并制订存储设备的管理技术规范，以用

16、于构建大规模、可扩展存储系统，满足当前日益增长的信息存储需求，有力地支撑国内存储产业的发展。在标准制定过程中拟采用引进、消化、吸收、完善的分阶段方案，结合国内存储行业的应用需要加以改进，进而提出符合国内行业发展的存储管理规范。本项目创新性在于：1. 存储管理安全机制的建立；2. 对国内自主研制存储产品的兼容和支持。3. 在充分吸纳国际标准 SIM-S的技术优点的基础上， 提出通过结构化对等网络扩展 SMI-S管理架构的方法，使其对存储设备的管理从局域网范围扩展到广域网。通过试验验证，经扩展的管理架构在资源索引的网络开销、存储资源的查询开销和节点的查询负载等三个方面要明显优于国际标准中基于层次的

17、管理架构，更加适合广域网环境。4. 本文件进行广域网扩展的同时， 对传统的 SMI-S保持兼容性，不改变其在局域网环境中的性能表现。六、采用国际标准和国外先进标准情况国际上， 2005 年由 SNIA（存储网络工业协会， Storage Networking Industry Association ） 提出 SMI-S（存储 管理接 口标准 ， Storage ManagementInitiative Specification ）项目并开展了相关的规范编制及验证工作，形成的规范提交至ISO/IEC JTC 1/SC 25 ，并发布为国际标准ISO/IEC 24775：2007，并于 201

18、1 年和 2014 年分别发布了该国际标准的第2版和第 3版。ISO/IEC 24775 中的 SMI-S管理架构是基于静态配置、组播或广播的管理架构。当存储系统包含的存储资源数目较多， 分布较广时，ISO/IEC 24775 的SMI-S管理架构很难对分布在广域网中的存储资源信息进行有效地收集和维护。本文件使用重新起草法修改采用国际标准 ISO/IEC 24775-2:2014 信息技术 存储管理 第2部分：通用架构，并根据我国实际情况和需求对国际标准进行了扩展，使其对存储设备的管理从局域网范围扩展到广域网，同时保持对国际标准的兼容性。本文件与 ISO/IEC 24775-2:2014 存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在标准条文中相应位置外侧相比页边空白处的垂直竖线（ | ）进行标示，并在标准的前言部分进行了归纳，技术性差异的原因和详细的试验验证通过增加的资料性附录 “D 基于结构化对等网络的扩展”进行说明。本文件具体扩展