淺析硬盤播出系統中的RAID技術

黑龍江 唐黎黎

淺析硬盤播出系統中的RAID技術

黑龍江 唐黎黎

引言

計算機技術的快速發展和在廣播電視領域應用的不斷深入，對計算機的存儲技術提出了更高的要求。而大容量磁盤存儲技術的發展，價格的日益降低，海量磁盤存儲已越來越多地應用到廣播電視技術中,于是存儲信息并且防止信息丟失就成為了一個首要問題。

在電視播出系統，為保證電視節目播出的穩定性和安全性，RAID技術被普遍的應用到硬盤播出服務器中。其作用一是將大量的視音頻節目素材存儲在硬盤上，實現多頻道資源共享；二是冗余技術的運用，有效的保證了電視節目播出過程中的安全性，提高了電視節目的播出質量。

一、基于RAID的海量存儲技術

RAID即RedundantArray of inexpensive Disks,代表獨立磁盤冗余陣列。冗余不代表多余，而是表示為補救數據丟失、保證可靠性而采取的一種措施。磁盤存儲系統重要的問題是吞吐速度與可靠性，而RAID技術將這兩方面結合在一起，因此成為視音頻信息存儲的重要手段。RAID可以充分發揮出多塊硬盤的優勢來提升硬盤速度、增大容量,提高容錯功能確保數據安全性。在任何一塊硬盤出現問題的情況下都可以繼續工作，不會受到損壞硬盤的影響。

RAID技術使存儲設備具備高生能、高可靠性及數據完整性，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數據分條技術，它代表了所有RAID級別中最高的存儲性能。RAID 0是由多個硬盤并發協同工作完成數據的讀寫，數據被均勻分布在各個硬盤上，一般情況下，使用的硬盤越多，讀寫的速度越快。缺點是安全性相對較差，沒有容錯功能。因為在RAID0中的一個硬盤出現故障時，整個陣列的數據將會丟失。因此，RAID 0不能應用于數據安全性要求高的場合。

（二）RAID 1

RAID1稱為磁盤鏡像。原理是在兩個硬盤之間建立完全的鏡像，即所有數據會被同時存放到兩個物理硬盤上，當一個磁盤出故障時，仍可從另一個硬盤中讀取數據，因此安全性得到保障。但系統的成本大大提高，因為系統的實際有效硬盤空間僅為所有硬盤空間的一半。

（三）RAID 3

RAID3是把數據分成多個“塊”，按照一定的容錯算法，存放在N+1個硬盤上，實際數據占用的有效空間為N個硬盤的空間總和，而第N+1個硬盤上存儲的數據是校驗容錯信息，當這N+1個硬盤中的其中一個硬盤出現故障時，從其它N個硬盤中的數據也可以恢復原始數據，這樣，僅使用這N個硬盤也可以帶傷繼續工作（如采集和回放素材），當更換一個新硬盤后，系統可以重新恢復完整的校驗容錯信息。RAID3安全性很高，但與RAID0相比讀寫速度相對較慢。

（四）RAID 4

RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，RAID4和RAID3很像，它對數據的訪問是按數據塊進行的，也就是按磁盤進行的，不過在失敗恢復時，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設計難度也要大許多，而且訪問數據的效率不怎么好。

（五）RAID 5

RAID5是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。RAID5把校驗塊分散到所有的數據盤中，使用了一種特殊的算法，可以計算出任何一個帶區校驗塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡，從而消除了產生瓶頸的可能。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。RAID5提高了系統可靠性，但對數據傳輸的并行性解決不好，而且控制器的設計也相當困難。

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用，如視頻編輯、硬盤播出機、大型數據庫等；而RAID5適合較小文件的應用，如文字、圖片、小型數據庫等。在硬盤播出系統中，視頻服務器存儲系統所采用的存儲結構和存儲技術，對于整個系統的容錯能力、升級能力和性價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功能，如果一組硬盤中有一塊硬盤發生故障，系統通過運算實時恢復丟失的數據。

二、RAID技術的實現方法

RAID技術的實現可以從硬件和軟件兩個方面來完成。一是獨立于計算機的硬盤陣列，具有獨立機箱、供電系統以及控制器。由RAID管理電路把每個字節分配給幾個硬盤同時讀寫，從而提高速率，而整體上卻等效于一個高速硬盤。二是軟RAID，即用軟件控制多個硬盤的數據的讀寫，它可采用磁盤管理器下的創建帶集區的功能來實現。三是采用RAID卡，目前在部分計算機芯片的主板上都有一塊RAID插槽，用一塊RAID卡就可以實現與獨立陣列相同的功能。這種方式處于軟RAID和獨立硬盤陣列之間，它較軟RAID大大減輕了CPU的負擔，但必須在創建操作系統后才能實現。

我臺硬盤播出系統是大洋VIPS-2C-1225P磐石視頻服務器，標配SATA-2-300-6R5，磁盤系統為集成RAID控制器（即RAID卡）,有6塊SATA或SCSI硬盤倉位，存儲技術采用了RAID5方式。

磐石視頻服務器是用多重冗余設計保證安全播出，即：冗余磁盤陣列——采用RAID技術通過對多個硬盤進行條帶化處理，有效數據和校驗數據被均勻分布在多個硬盤中并加入校驗數據，當有硬盤損壞量，通過校驗數據恢復損壞硬盤中的數據。當RAID陣列中出現出錯盤時，基于硬件的RAID控制器系統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，可以最大限度地減少由于硬盤損壞造成的系統故障少數據丟失。重建時，RAID控制器根據先本地和后全局的順序，檢測邏輯驅動器中是否有備份盤，若有則其自動重建系統；若無備份盤，則需要人工更換損壞的硬盤，系統會自動恢復損壞的數據。

三、結束語

隨著RAID技術的不斷發展，它已經在廣播電視領域得到越來越廣泛的應用。目前，數字電視信息存儲系統的設計開發已經成為一個研究熱點，其研究方向主要是尋找有效的連續媒體存儲格式、多用戶磁盤訪問的調度算法、數據緩存方法以及用戶訪問控制算法,因此存儲技術的巨大進步將對硬盤播出系統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）

（編輯 李艷華）