門禁工作站硬盤發(fā)熱現(xiàn)象分析及解決

田 斌

（蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運營一分公司，江蘇蘇州 201568）

0 引言

蘇州軌道交通2 號線正線（2013 年12 月開通）門禁工作站采用DELL 公司生產(chǎn)的T5600 型號主機，配置2 塊SAS 硬盤（300 GB，15 000 r/min），并通過DELL H310 磁盤陣列控制卡組合成RAID 0 陣列格式。

2 號線延伸線（2016 年9 月開通）門禁工作站采用DELL公司生產(chǎn)的T5810 型號主機，配置1 塊SATA 硬盤（500 GB，7200 r/min）。

自2013 年12 月投入運行以來，門禁工作站整體運行情況良好，但T5600 型號主機在重啟或斷電再開機時，存在陣列配置丟失的現(xiàn)象。由于未作冗余配置，一旦故障就會影響車站值班人員對門禁進(jìn)行操作；同時由于磁盤陣列結(jié)構(gòu)配置繁瑣，導(dǎo)致設(shè)備恢復(fù)時間較長。

1 現(xiàn)狀

在室溫20 ℃情況下，H310 陣列控制卡工作溫度約38 ℃，SAS 硬盤工作溫度最高為66 ℃（圖1）。門禁工作站頻繁出現(xiàn)卡頓、死機等現(xiàn)象，故障率約為35%。同時硬盤托架（塑料材質(zhì)）長期受溫度影響逐漸產(chǎn)生脆化、發(fā)黃等老化現(xiàn)象，存在較大的電氣火災(zāi)隱患（圖2）。

圖1 硬盤溫度

圖2 發(fā)黃、脆化的硬盤托架

同時由于RAID 0 格式自身的缺陷，一旦陣列結(jié)構(gòu)發(fā)生丟失，硬盤上的數(shù)據(jù)會全部丟失。由于工作站不支持Ghost 還原，每次必須重新配置RAID 后才可以繼續(xù)安裝系統(tǒng)和配置軟件，維修時間約4～5 h。因此，如何杜絕電氣火災(zāi)隱患，減少維護(hù)成本，縮短維修時間就成了專業(yè)研究的方向。

2 磁盤陣列簡介

RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）可以將許多磁盤組合成一個容量和帶寬巨大的磁盤組，利用所產(chǎn)生的加成效果提升整個系統(tǒng)的讀寫效能。常見的磁盤陣列格式有以下4 種：

2.1 RAID 0

優(yōu)點：可以整倍提高硬盤容量和數(shù)據(jù)吞吐量。

缺點：任何一塊硬盤出現(xiàn)故障，整個硬盤的數(shù)據(jù)都將會受到破壞。

2.2 RAID 1（磁盤鏡像結(jié)構(gòu)）

優(yōu)點：當(dāng)一塊硬盤失效時，系統(tǒng)會忽略該硬盤，轉(zhuǎn)而使用剩余的鏡像盤讀寫數(shù)據(jù)，具備很好的磁盤冗余能力。

缺點：磁盤容量利用率僅為50%，不適合于數(shù)據(jù)訪問頻繁的環(huán)境。

2.3 RAID 5（分布式奇偶校驗結(jié)構(gòu)）

優(yōu)點：讀出效率高，奇偶校驗穩(wěn)定性高，同RAID 1 一樣具備很好的冗余能力。

缺點：寫入效率低，成本較高，至少需要4 塊硬盤。

2.4 RAID 10

優(yōu)點：融合了RAID0 和RAID1 的優(yōu)點。

缺點：組建技術(shù)復(fù)雜，成本較高，至少需要4 塊硬盤。

3 發(fā)熱原因分析

3.1 磁盤陣列卡發(fā)熱原因

目前實現(xiàn)磁盤陣列主要分為兩種方法：一種是主板集成控制芯片；另一種是擴展磁盤陣列控制卡。對于磁盤陣列控制卡來說，數(shù)據(jù)存儲是關(guān)鍵。通常有約80%以上屬于不活躍性數(shù)據(jù)，只有約20%屬于活躍或者熱點數(shù)據(jù)。特別是在Web 服務(wù)器、工作站、虛擬桌面（VDI）對熱點數(shù)據(jù)有頻繁的讀操作。因此，擁有一個專門的存儲器，不僅能高速緩沖數(shù)據(jù)，同時還能降低CPU 和內(nèi)存使用率。

經(jīng)向戴爾代理商咨詢，由于H310 陣列卡在設(shè)計時并沒有集成控制器高速緩存，隨機寫性能比較有限，所以它在每次寫入數(shù)據(jù)時都會強制執(zhí)行多次讀取操作，導(dǎo)致陣列卡和硬盤溫度升高。同時T5600 工作站內(nèi)沒有為陣列卡和硬盤設(shè)計獨立的散熱風(fēng)扇，也是引起溫度升高的一個潛在原因。

戴爾代理商建議升級為H710 型號，該型號集成RAID 控制器，512 MB NV 高速緩存，同時配置電池，當(dāng)系統(tǒng)意外掉電時，1 GB DDR 緩存中還未寫入硬盤的數(shù)據(jù)將被寫入到NVRAM 中，在寫入NVRAM 的過程中保證供電。NVRAM 中的緩存可以長期地保存下去。

3.2 SAS 硬盤發(fā)熱原因

廠家配置的SAS 硬盤為15 000 r/min，比普通硬盤的轉(zhuǎn)速快了近1 倍，理論上轉(zhuǎn)速越快發(fā)熱量越大。由圖2 可知，該硬盤使用DELL 定制的PVC 托架，托架部分直接與芯片接觸，不利于熱量散發(fā)，繼而導(dǎo)致塑料發(fā)黃、脆化現(xiàn)象嚴(yán)重。

4 改進(jìn)措施

4.1 在陣列卡增加散熱風(fēng)扇

經(jīng)測試，在陣列卡散熱片上增加風(fēng)扇（5 V）后，芯片溫度雖然大幅下降，但仍然無法解決H310 本身性能的不足，且硬盤處無法加裝風(fēng)扇，溫度仍無法下降。

4.2 改用RAID 1 格式

改用RAID 1 格式后，硬盤發(fā)熱更為明顯且運行卡頓，主要原因為RAID 1 格式會同時在兩塊硬盤上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，磁盤容量利用率僅為50%，不適合于數(shù)據(jù)訪問頻繁的環(huán)境。

4.3 撤除陣列控制卡，改用單塊硬盤

一般情況下，SATA 硬盤的性能即可滿足工作站需求。本文對1、2 號線工作站硬盤使用情況進(jìn)行了統(tǒng)計，1 號線ISCS 工作站、1 號線ACS 工作站、2 號線ISCS 工作站和2 號線延伸線ACS 工作站均使用單硬盤，未配置磁盤陣列結(jié)構(gòu)。

改用單塊硬盤后，硬盤工作溫度從66 ℃下降至25 ℃，且運行流暢，重啟后無需擔(dān)心陣列信息丟失（圖3）。

圖3 硬盤溫度（單塊硬盤）

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，SAS 硬盤價格約為950 元，磁盤陣列控制卡約為700 元，即采用磁盤陣列控制，每臺門禁工作站的維修成本約為2400 元；而單塊500 G 的SATA 硬盤價格僅為500 元，較磁盤陣列控制維修成本下降了80%。

5 結(jié)語

綜上所述，硬盤發(fā)熱的主要原因是H310 陣列卡無高速緩存導(dǎo)致讀寫頻繁；次要原因是工作站散熱性能不足，無法滿足磁盤陣列卡的散熱需求；同時門禁工作站配置磁盤陣列卡屬于高配低用，經(jīng)濟(jì)性不佳。

采用單硬盤方案有如下優(yōu)點：

（1）硬盤工作溫度下降明顯，徹底杜絕了電氣火災(zāi)隱患。

（2）維修成本從3000 元下降至500 元。H310 陣列卡和2 塊SAS 硬盤的成本約3000 元，而500 GB SATA 硬盤的成本僅為500 元且通用性高。

（3）維修時間從4～5 h 縮短至0.5～1 h。

采用磁盤陣列結(jié)構(gòu)時，每次故障或都需要配置磁盤結(jié)構(gòu)和手動安裝陣列卡驅(qū)動，否則無法識別硬盤，重新配置1 臺門禁工作站的時間為4～5 h。更換為SATA 硬盤后，可通過Ghost 還原或硬盤拷貝的方式恢復(fù)系統(tǒng)，維修效率提升了75%。

2 號線門禁工作站主要供車站人員觀察門禁鎖閉狀態(tài)和控制通道門的開啟，對性能要求不高，使用SATA 硬盤即可滿足性能。同時考慮到門禁工作站無需存儲刷卡和報警記錄，為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)讀取速率，節(jié)省硬盤更換成本，后期建議逐步更換為小容量固態(tài)硬盤（如120 GB）。

同時自3 號線開始（2019 年開通），通過將門禁軟件安裝到綜合監(jiān)控工作站中（Windows 系統(tǒng)），取消了門禁工作站的配置，進(jìn)一步降低維護(hù)成本。