黑龍江 唐黎黎

淺析硬盤播出系統(tǒng)中的RAID技術(shù)

黑龍江 唐黎黎

引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和在廣播電視領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，對計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求。而大容量磁盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，價(jià)格的日益降低，海量磁盤存儲(chǔ)已越來越多地應(yīng)用到廣播電視技術(shù)中,于是存儲(chǔ)信息并且防止信息丟失就成為了一個(gè)首要問題。

在電視播出系統(tǒng)，為保證電視節(jié)目播出的穩(wěn)定性和安全性，RAID技術(shù)被普遍的應(yīng)用到硬盤播出服務(wù)器中。其作用一是將大量的視音頻節(jié)目素材存儲(chǔ)在硬盤上，實(shí)現(xiàn)多頻道資源共享；二是冗余技術(shù)的運(yùn)用，有效的保證了電視節(jié)目播出過程中的安全性，提高了電視節(jié)目的播出質(zhì)量。

一、基于RAID的海量存儲(chǔ)技術(shù)

RAID即RedundantArray of inexpensive Disks,代表獨(dú)立磁盤冗余陣列。冗余不代表多余，而是表示為補(bǔ)救數(shù)據(jù)丟失、保證可靠性而采取的一種措施。磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)重要的問題是吞吐速度與可靠性，而RAID技術(shù)將這兩方面結(jié)合在一起，因此成為視音頻信息存儲(chǔ)的重要手段。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢來提升硬盤速度、增大容量,提高容錯(cuò)功能確保數(shù)據(jù)安全性。在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤的影響。

RAID技術(shù)使存儲(chǔ)設(shè)備具備高生能、高可靠性及數(shù)據(jù)完整性，它可劃分為不同等級，以提供不同的速度、安全性及性價(jià)比，但是最常用的是RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5等級別，其性能比較如表一。

表一常用RAID級別比較

（一）RAID 0

RAID 0又稱為Stripe或Striping，即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)，它代表了所有RAID級別中最高的存儲(chǔ)性能。RAID 0是由多個(gè)硬盤并發(fā)協(xié)同工作完成數(shù)據(jù)的讀寫，數(shù)據(jù)被均勻分布在各個(gè)硬盤上，一般情況下，使用的硬盤越多，讀寫的速度越快。缺點(diǎn)是安全性相對較差，沒有容錯(cuò)功能。因?yàn)樵赗AID0中的一個(gè)硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)陣列的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。因此，RAID 0不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場合。

（二）RAID 1

RAID1稱為磁盤鏡像。原理是在兩個(gè)硬盤之間建立完全的鏡像，即所有數(shù)據(jù)會(huì)被同時(shí)存放到兩個(gè)物理硬盤上，當(dāng)一個(gè)磁盤出故障時(shí)，仍可從另一個(gè)硬盤中讀取數(shù)據(jù)，因此安全性得到保障。但系統(tǒng)的成本大大提高，因?yàn)橄到y(tǒng)的實(shí)際有效硬盤空間僅為所有硬盤空間的一半。

（三）RAID 3

RAID3是把數(shù)據(jù)分成多個(gè)“塊”，按照一定的容錯(cuò)算法，存放在N+1個(gè)硬盤上，實(shí)際數(shù)據(jù)占用的有效空間為N個(gè)硬盤的空間總和，而第N+1個(gè)硬盤上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是校驗(yàn)容錯(cuò)信息，當(dāng)這N+1個(gè)硬盤中的其中一個(gè)硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，從其它N個(gè)硬盤中的數(shù)據(jù)也可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，這樣，僅使用這N個(gè)硬盤也可以帶傷繼續(xù)工作（如采集和回放素材），當(dāng)更換一個(gè)新硬盤后，系統(tǒng)可以重新恢復(fù)完整的校驗(yàn)容錯(cuò)信息。RAID3安全性很高，但與RAID0相比讀寫速度相對較慢。

（四）RAID 4

RAID4即帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很像，它對數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤進(jìn)行的，不過在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。

（五）RAID 5

RAID5是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案。RAID5把校驗(yàn)塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤中，使用了一種特殊的算法，可以計(jì)算出任何一個(gè)帶區(qū)校驗(yàn)塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗(yàn)塊進(jìn)行的讀寫操作都會(huì)在所有的RAID磁盤中進(jìn)行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯(cuò)。RAID5提高了系統(tǒng)可靠性，但對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。

在通常情況下，RAID3比較適合大文件類型且安全性要求較高的應(yīng)用，如視頻編輯、硬盤播出機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫等；而RAID5適合較小文件的應(yīng)用，如文字、圖片、小型數(shù)據(jù)庫等。在硬盤播出系統(tǒng)中，視頻服務(wù)器存儲(chǔ)系統(tǒng)所采用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)技術(shù)，對于整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力、升級能力和性價(jià)比等都有著決定性的影響。RAID3和RAID5都提供了一層簡單的容錯(cuò)功能，如果一組硬盤中有一塊硬盤發(fā)生故障，系統(tǒng)通過運(yùn)算實(shí)時(shí)恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。

二、RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以從硬件和軟件兩個(gè)方面來完成。一是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的硬盤陣列，具有獨(dú)立機(jī)箱、供電系統(tǒng)以及控制器。由RAID管理電路把每個(gè)字節(jié)分配給幾個(gè)硬盤同時(shí)讀寫，從而提高速率，而整體上卻等效于一個(gè)高速硬盤。二是軟RAID，即用軟件控制多個(gè)硬盤的數(shù)據(jù)的讀寫，它可采用磁盤管理器下的創(chuàng)建帶集區(qū)的功能來實(shí)現(xiàn)。三是采用RAID卡，目前在部分計(jì)算機(jī)芯片的主板上都有一塊RAID插槽，用一塊RAID卡就可以實(shí)現(xiàn)與獨(dú)立陣列相同的功能。這種方式處于軟RAID和獨(dú)立硬盤陣列之間，它較軟RAID大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，但必須在創(chuàng)建操作系統(tǒng)后才能實(shí)現(xiàn)。

我臺(tái)硬盤播出系統(tǒng)是大洋VIPS-2C-1225P磐石視頻服務(wù)器，標(biāo)配SATA-2-300-6R5，磁盤系統(tǒng)為集成RAID控制器（即RAID卡）,有6塊SATA或SCSI硬盤倉位，存儲(chǔ)技術(shù)采用了RAID5方式。

磐石視頻服務(wù)器是用多重冗余設(shè)計(jì)保證安全播出，即：冗余磁盤陣列——采用RAID技術(shù)通過對多個(gè)硬盤進(jìn)行條帶化處理，有效數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)被均勻分布在多個(gè)硬盤中并加入校驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)有硬盤損壞量，通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)損壞硬盤中的數(shù)據(jù)。當(dāng)RAID陣列中出現(xiàn)出錯(cuò)盤時(shí)，基于硬件的RAID控制器系統(tǒng)不僅可以更快地重建RAID，還支持硬盤的熱插拔，通過配置熱插撥硬盤并使用RAID系統(tǒng)，可以最大限度地減少由于硬盤損壞造成的系統(tǒng)故障少數(shù)據(jù)丟失。重建時(shí)，RAID控制器根據(jù)先本地和后全局的順序，檢測邏輯驅(qū)動(dòng)器中是否有備份盤，若有則其自動(dòng)重建系統(tǒng)；若無備份盤，則需要人工更換損壞的硬盤，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)損壞的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)束語

隨著RAID技術(shù)的不斷發(fā)展，它已經(jīng)在廣播電視領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，數(shù)字電視信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，其研究方向主要是尋找有效的連續(xù)媒體存儲(chǔ)格式、多用戶磁盤訪問的調(diào)度算法、數(shù)據(jù)緩存方法以及用戶訪問控制算法,因此存儲(chǔ)技術(shù)的巨大進(jìn)步將對硬盤播出系統(tǒng)性能的全面提高具有重要的意義。

（作者單位：黑河廣播電視臺(tái)）

（編輯 李艷華）