多級存儲技術及光盤庫在實際工程中的應用探討

許 靜（中國建筑設計研究院機電院， 北京 100044）

1 概述

隨著光存儲技術的不斷發展，以及人們對數據安全性和可查詢性的要求不斷提高，光盤庫作為一種海量、安全的信息存儲設備，正發揮著越來越重要的作用。

在我們所做的銀行類項目中，使用方往往對業務區域的數字視頻監控圖像要求保存的年限較長，如要求保存15年。通常情況下，為了獲得清晰連續的圖像，所要求的圖像像素數一般為720×576，幀率為25幀/s， 所以每路視頻圖像需占用的存儲空間為 2Mbit/s。

由此，可得出每路視頻圖像：

每小時所占用的存儲空間為：2Mbit/s ÷8 × 60（s） × 60（min） = 900Mb Byte ；

每天所占用的存儲空間就是900MB× 24（h） = 21600MB =21GB

以某銀行為例：其資金部交易室的攝像機數量為25臺、投資托管區的攝像機數量為24 臺、TA代銷區的攝像機數量為2臺，整個業務區域實際攝像機數量為51臺；使用方要求錄像存儲像素數不低于720×576，幀率不低于25幀/s，錄像存儲時間為15年。為了滿足使用需求，實際所需的存儲空間如下：

每天存儲的空間容量為：51 ×21GB = 1071GB

每年存儲的空間容量為：365 × 1071GB = 390915GB =381TB

15年存儲的空間容量為：15 × 381TB = 5715 TB

面對如此大量的數據，如果全部采用企業級磁盤存儲產品或企業級磁帶存儲產品來存儲所有數據，費用非常高，占地面積大，也沒有必要，因此引入了多級存儲技術及光盤庫設備。

2 選用合理的多級存儲設備

2.1 多級存儲的概念

通常第一級存儲是采用高速的磁盤陣列，一般稱為在線存儲（Online）；第二級存儲是采用可網絡管理的光盤庫（光盤采用可10萬次擦寫的BD-RE/DVD-RAM），一般稱為近線存儲（Nearline）；第三級存儲以前通常為磁帶，一般稱為離線存儲（Offline）。但隨著光存儲技術的發展和普及，光盤已經成為了離線存儲發展的趨勢，采用光盤作為第三級存儲也已廣泛地深入人心，用戶可以輕易地從二級光盤庫中取出光盤作為離線保存，在需要使用時再放回到光盤庫中。

2.2 目前主流的存儲設備

目前主流的存儲設備有三種：光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列。

2.2.1 概念介紹

1）光盤庫：是一種帶有自動換盤機構（機械手）的光盤網絡共享設備。光盤庫一般配置有1～ 6臺CD-ROM驅動器，可容納100～ 600片光盤。光盤庫通過高速SCSI端口與網絡服務器相聯，光盤驅動器通過自身接口與主機交換數據。用戶訪問光盤庫時，自動換盤機構首先將驅動器中的光盤取出并放置到盤架上的指定位置，然后再從盤架中取出所需的光盤并送入驅動器中，光盤的存取速度幾乎接近硬盤的速度。其特點是：安裝簡單、使用方便，并支持幾乎所有的常見網絡操作系統及各種常用通訊協議。由于光盤庫普遍使用的是標準EIDE光驅，所以維護更換與管理非常容易，同時還降低了成本和價格。又因光盤庫普遍內置有高性能處理器、高速緩存器、快速閃存、動態存取內存、網絡控制器等智能部件，使得其信息處理能力更強。

2）磁帶庫：是像自動加載磁帶機一樣的基于磁帶的備份系統，磁帶庫由多個驅動器、多個槽、機械手臂組成，并可由機械手臂自動實現磁帶的拆卸和裝填。其特點是：數據存儲量大，在備份效率和人工占用方面擁有無可比擬的優勢。在網絡系統中，磁帶庫通過存儲局域網絡系統可形成網絡存儲系統，為企業存儲提供有力保障，是數據倉庫、ERP等大型網絡應用的良好存儲設備。

3）磁盤陣列：是一種把若干硬磁盤驅動器按照一定要求組成一個整體，整個磁盤陣列由陣列控制器管理的系統。其特點是：通過將多個硬磁盤驅動器在邏輯上定義為一個磁盤驅動器，實現在多個磁盤上同時存儲和讀取數據來大幅提高存儲系統的數據吞吐量及傳輸速率；通過數據校驗，可以提供容錯功能，提高了系統的穩定冗余性。

2.2.2 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

表1 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

2.3 多級存儲設備的選擇

2.3.1 多級存儲的主要目的

1）可大量擴充性能價格比較高的存儲空間；

2）使不經常使用的數據得到保護性存儲；

3）同時要兼顧數據的存取速度；

4）運行維護成本要較低。

2.3.2 對三種主流存儲設備的分析

從上述四點出發，我們來分析一下目前主流的三種存儲設備：磁盤陣列、磁帶庫及光盤庫。

首先磁盤陣列滿足了第1）、第3）點，由于其存儲介質采用的仍是磁盤，因此對于數據的保護而言，損壞的概率依然很大；其每分鐘高達7200轉或以上的轉速及夜以繼日地運轉會造成機械的損耗，而且震動會使磁盤和磁頭碰撞造成磁盤的損傷，同時磁盤系統的耗電量和定期更新損壞的磁盤等運維成本都比較高。雖然磁盤的存取速度比較高，但對于多級存儲而言，保存的歷史數據本身是屬于不需要頻繁訪問的數據，因此用戶可以采用秒級的存取數據的設備來取得數據。

磁帶庫只可以滿足第1）點，對于磁帶所保存的數據，由于受存儲介質的影響，其保存數據的期限相當有限，通常為5～ 8年，而且必須在恒溫恒濕的環境中，否則磁帶很容易損壞；而且磁帶庫的數據檢索速度都是分鐘級的，線性的倒帶速度使其并不合適作為二級存儲介質；同時磁帶庫系統的耗電量和占用空間都較大，為了維護數據，磁帶每5～ 8年需要翻錄一次，而且磁帶庫設備需要特殊的機房環境調節設備，因此其運行維護成本很高。

光盤庫同時滿足了以上四點，單臺藍光光盤庫的容量都是數十甚至上百TB級的，因此非常合適作為主磁盤系統空間的擴充；光盤的保存壽命長達15～ 20年，非常適合作為保護性存儲的介質；光盤庫的存取速度為秒級，從取盤到讀取數據只需要3～ 5s，藍光驅動器的讀盤速度也達到了16MB/s以上，速度完全有保證；而且光盤庫系統的耗電量和定期更新損壞的光盤等運維成本較低，且光盤可以在通常的環境下保存，維護成本幾乎為零。

3 選用合理的光盤庫及其盤片

3.1 目前現狀

目前市場上主流的光盤庫主要有藍光光盤庫和DVD光盤庫。藍光光盤單張刻錄容量約為50GB，市場價約為120元/張；DVD光盤單張刻錄容量約為4.7GB；市場價約為4.2元/張。

3.2 方案對比

1） 以前述的某銀行為例，刻錄張數對比見表2。

表2 刻錄張數對比

通過以上數量對比，藍光光盤的數量明顯少于DVD光盤，極大的節約了光盤存放空間。

2）DVD每張光盤的刻錄時間約為5min，藍光光盤每張刻錄的時間約為25min，按照每天、每年所需刻錄的數量計算，其刻錄時間對比如表3所示。

表3 刻錄時間對比

通過以上數量對比，藍光光盤的刻錄效率明顯高于DVD光盤。

3） 整個生命周期經濟性對比

（1）兩種光盤庫建設期投資對比見表4。

表4 兩種光盤庫建設期投資對比

（2）使用期記錄材料以及保存設備投資對比。

根據上面計算的數量，我們以15年保存量計算，兩種光盤庫所需費用對比見表5。

表5 兩種光盤庫保存15年所需費用對比

從上面的數據來看，要保存15年的數據，DVD光盤庫耗材合計約為2036萬；藍光光盤庫約為1549萬。通過以上兩者的比較，很明顯，就15年的保存而言，在使用的經濟上，DVD光盤庫比藍光光盤庫在記錄材料以及保存設備的支出上，就多出了486萬多元。

隨著藍光的市場在逐漸的擴大，藍光光盤的價格也在逐漸的下降中。預期再有半年到一年的時間，藍光光盤的價格就會降到每張100元左右，而且從CDVCDDVD的價格規律中，我們可以看出，最終藍光光盤的價格會和現在DVD的盤片價格一致。

不僅僅這樣，從上面的表中不難看出，在使用DVD光盤庫的方案中，離線介質柜共用了347套；而使用藍光光盤庫的方案中，離線介質柜只用了33套。很明顯，離線介質柜相差了314套。那么就占用的地方來說，藍光光盤庫的方案在以后的使用過程中，記錄材料占用的面積最少。

同樣的，用DVD的驅動器每天都要刻錄228張盤；而用藍光驅動器每天只需要刻錄22張。DVD驅動器和藍光驅動器的可刻錄壽命是完全一樣的，都在3萬h左右。從而不難看出，使用DVD驅動器對驅動器的損耗更高，在本案例的方案對比中，DVD驅動器壽命周期預計會在3～ 5年，而藍光驅動器的預期壽命會在8 ～9年。更換驅動器在以后的使用中，也是一筆不小的費用。

而就目前而言，從DVD光盤庫升級到藍光光盤庫，具體到本案例中，僅僅是把原來的14臺DVD光盤驅動器更換成13臺藍光光盤驅動器，其他的都保持不變。更換光盤驅動器，僅僅在原來價格基礎上增加了31萬元，換來的卻是以后每年能節省30～ 80萬元甚至于更多。

4 結論

光盤庫具有數據存儲密度高、容量大、盤片易更換、攜帶方便、使用壽命長、對環境要求低、維護和使用成本低、數據復制簡單、使用效率高、管理簡便、安全可靠、升級容易、更新快捷等綜合性特點，符合國家綠色、低碳、環保的要求，而且采用光盤庫存儲還可以實現：

1）具有可大量擴充的性價比高的存儲空間；

2）使不經常使用的數據得到保護性存儲；

3）同時能兼顧數據對存取速度的要求；

4）運行維護成本低。

藍光光盤作為下一代光盤格式，具有更高的存儲密度、更長的使用壽命、不怕干濕環境、不怕紫外光線分解，具備了大量最尖端的技術。目前單面最大容量為50GB，且已經進入商業化大批量投產階段，而單面200GB的藍光光盤也已經在試驗室取得成功，這使得藍光光盤具有強大的市場潛力。

在近線和離線存儲領域，光盤庫具備絕對的優勢，完全可以取代磁帶庫和部分磁盤陣列，成為核心存儲設備，非常適用于要求大數據量、長期存儲的銀行業務數字視頻監控系統。

建議在設計中采用將一級存儲數據即實時數據存儲在在線存儲設備中（RAID磁盤陣列），將二級存儲數據即近期數據存儲在近線存儲設備中（光盤庫服務器），將三級存儲數據即遠期數據從光盤庫中遷移到離線備份介質（一次性刻錄的BD-R/DVD-R）上歸檔并保存到光盤架上的多級存儲系統。在初期投資允許的情況下，盡量選用藍光光盤庫，滿足在全生命周期實現綠色、安全、低碳、經濟的使用要求。