淺析硬盤播出系統(tǒng)中的RAID技術(shù)

　　摘要：近年來，廣電行業(yè)一直在飛速的發(fā)展，觀眾對于電視節(jié)目質(zhì)量的要求也在逐年提高，尤其是隨著廣電行業(yè)數(shù)字化進程的推進，高、標清播出已是各電視節(jié)目播出的首選。播出系統(tǒng)作為整個節(jié)目制播鏈條中的最后一環(huán)，如何最大程度的提高播出系統(tǒng)的性能就顯得尤為重要。本文就簡要介紹下RAID技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：硬盤 播出系統(tǒng) RAID技術(shù)
　　中圖分類號：G278 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)05(a)-0000-00
　　
　　硬盤是播出系統(tǒng)的存儲介質(zhì)，各種需要播出的視音頻節(jié)目都是以文件的形式存儲其中，是整個播出系統(tǒng)中重要的一環(huán)，RAID技術(shù)的應用，極大的提高了硬盤的各項性能指標。本文就簡要介紹下RAID技術(shù)。
　　1RAID技術(shù)簡介
　　RAID（Redundant Array Of Independent Disks，獨立冗余磁盤陣列）最早是在1987年由美國加州大學伯克利分校Patterson教授等人提出，RAID技術(shù)的提出就是為了解決以往使用單個磁盤時的種種不足，它提供了一種新的使用磁盤驅(qū)動器的方法，就是按一定的條件將若干塊物理磁盤組成一個邏輯磁盤，在外看來它們就是一塊磁盤，需要讀寫數(shù)據(jù)時，這些物理磁盤可以并行工作，因此，它具有更大的容量，更快的讀寫速度以及更高的穩(wěn)定性和安全性。
　　2 RAID級別
　　組成磁盤陣列的不同方式稱為RAID級，不同RAID級別的工作模式不同，性能也不同。
　　2.1RAID 0。RAID 0是一種高性能無冗余磁盤陣列，它是利用數(shù)據(jù)分條（Striping）技術(shù)，用2個或以上的磁盤組成一個磁盤陣列，各個磁盤并行工作。當用戶向由三塊磁盤組成的RAID 0中寫入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)所發(fā)出的數(shù)據(jù)請求被分成了三部分，每部分的操作都對應于其中的一塊物理磁盤，由三塊磁盤共同執(zhí)行這一數(shù)據(jù)請求。但RAID 0的優(yōu)點也是明顯的，由于采用了數(shù)據(jù)分條技術(shù)，它大大提高了陣列的存儲速率并降低了磁盤的響應時間，是所有RAID級中最有效率的。
　　2.2RAID 1。RAID 1是一種鏡像磁盤陣列，它是利用磁盤鏡像（Mirroring）技術(shù)，用2的倍數(shù)個磁盤組成一個鏡像磁盤陣列。當用戶需要向陣列中寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)文件會向源數(shù)據(jù)盤和相應的鏡像盤中同時寫入，當用戶需要從陣列中讀取數(shù)據(jù)時，如果源數(shù)據(jù)盤中的數(shù)據(jù)文件正常，則直接讀取，如果數(shù)據(jù)損壞，則系統(tǒng)會自動讀取相應鏡像盤上的數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。由于采用了磁盤鏡像技術(shù)，存儲在RAID 1中的數(shù)據(jù)擁有百分之百的冗余備份，是所有RAID級中安全性最高的，但也正是因為采用了磁盤鏡像技術(shù)，需要對所有數(shù)據(jù)進行百分百的備份，使得RAID 1的磁盤利用率也非常的低，存儲成本升高。
　　2.3RAID 2。RAID 2是一種帶海明校驗碼（Hamming Code ECC. ）的磁盤陣列，它是將整個磁盤陣列的磁盤分為兩組，一組用來存儲數(shù)據(jù)文件，另一組作為校驗盤來存儲利用漢明效驗碼規(guī)則生成的校驗信息。當用戶向陣列中寫入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)文件被條塊化地分布存儲于各數(shù)據(jù)盤中，相應的校驗信息則存儲于校驗盤中，這樣當用戶需要讀取數(shù)據(jù)時，存儲于校驗盤中的校驗信息就會校驗數(shù)據(jù)的正確性，如果有錯則立即修正。由于是采用漢明校驗規(guī)則來生成相應的校驗信息，需要多個磁盤來存放校驗信息且控制器設計相對復雜，就使得RAID 2很難在普通應用中發(fā)揮優(yōu)勢。
　　2.4RAID 3。RAID 3是一種帶奇偶校驗的并行傳輸磁盤陣列，RAID 3和RAID 2很相似，不同之處在于RAID 3采用相對簡單的奇偶校驗來生成相應的校驗信息，且只需要一塊校驗盤。RAID 3的優(yōu)勢在于只需要犧牲較少的存儲資源就可以提供較高的容錯能力，但由于在進行寫入操作時，不論是向哪一個數(shù)據(jù)盤寫入數(shù)據(jù)，都需要重寫校驗盤中的相關(guān)信息，因此對于那些寫入操作頻繁的應用來說校驗盤就會成為整個系統(tǒng)的瓶頸。
　　2.5RAID 4。RAID 4是一種塊交叉的帶奇偶校驗的磁盤陣列， RAID 4和RAID 3很相似，只是RAID 4中的數(shù)據(jù)是按塊交叉的形式存放在各數(shù)據(jù)盤中，這樣，RAID 4在讀取數(shù)據(jù)是只需要訪問有用的數(shù)據(jù)盤，而不必像RAID 3那樣訪問所有的數(shù)據(jù)盤。RAID 4由于同樣是只使用一塊磁盤來存儲校驗信息，因此在進行寫入操作時校驗盤同樣成為系統(tǒng)的瓶頸，因此實際應用也很少。
　　2.6RAID 5。RAID 5是一種采用獨立的數(shù)據(jù)磁盤與分布式校驗塊的磁盤陣列，可以看作是RAID 0和RAID 1的折中方案，同時又融合了RAID 0和RAID 3的技術(shù)精華。同樣是利用奇偶校驗法則，不同的是把源數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)同時寫在所有的磁盤中，而不是把奇偶校驗數(shù)據(jù)寫在專門的校驗盤中，這樣就解決了奇偶校驗盤所帶來的瓶頸問題。RAID 5的存儲方式能保證單盤的故障不影響整個系統(tǒng)，一旦發(fā)生兩塊磁盤的故障，數(shù)據(jù)便無法恢復。
　　2.7RAID 6。RAID 6是一種采用獨立的數(shù)據(jù)磁盤與雙分布校驗塊的磁盤陣列，它是在RAID 5的基礎上，為了進一步加強數(shù)據(jù)保護而設計的一種RAID方式，陣列中有兩個獨立的校驗系統(tǒng)，它們使用不同的算法對每個數(shù)據(jù)塊進行校驗（一個分層校驗，一個總體校驗）。由于采用了連個獨立的校驗系統(tǒng)，RAID 6具有非常好的數(shù)據(jù)冗余性，可以允許系統(tǒng)同時出現(xiàn)2塊故障盤，擁有更高的數(shù)據(jù)冗余性能，缺點是控制器設計復雜，而且寫操作性能低下。
　　2.8RAID 7。RAID 7是新一代標準的磁盤陣列，它是至今為止理論上性能最高的RAID模式，RAID 7自身帶有智能化實時操作系統(tǒng)和用于存儲管理的軟件工具，可完全獨立于主機運行，不占用主機CPU資源。以往一個硬盤是一個組成陣列的“柱子”，而在RAID 7中，多個硬盤組成一個“柱子”，它們都有各自的通道。這樣做的好處就是在讀/寫某一區(qū)域的數(shù)據(jù)時，可以迅速定位，而不會因為以往單個硬盤的限制同一時間只能訪問數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，在RAID 7中，以前的某個硬盤相當于分割成多個獨立的硬盤，有自己的讀寫通道，效率也就不言自明了。
　　2.9RAID 10。RAID 10是一種融合了鏡像技術(shù)和數(shù)據(jù)分條技術(shù)的混合型磁盤陣列，也即是RAID 0和RAID 1的結(jié)合體，按結(jié)合的方式不同分為兩種實現(xiàn)形式，一種是RAID 0+1，存儲數(shù)據(jù)先被分條存儲然后再進行鏡像冗余；一種是RAID 1+0，存儲數(shù)據(jù)先進行鏡像冗余再分條存儲。RAID 10同時兼顧了存儲性能和數(shù)據(jù)安全，但存儲成本很高，擴展性也不強。
　　3 RAID技術(shù)的實現(xiàn)方式
　　RAID技術(shù)的實現(xiàn)通常分為軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)兩種方式。
　　3.1軟件實現(xiàn)。軟件RAID通過軟件控制磁盤的讀寫，同時利用主機的中央處理器資源來實現(xiàn)RAID技術(shù)，而不需要額外的硬件開銷，是一種廉價簡便的RAID實現(xiàn)方式。由于軟件RAID主要是利用主機中的資源，因此成本較低，但會相應增加系統(tǒng)負擔，而且數(shù)據(jù)安全備份級別較低。
　　3.2硬件實現(xiàn)。硬件RAID方式一般是用專門的RAID控制器來實現(xiàn)和管理RAID子系統(tǒng)，可分為內(nèi)置式RAID和外置式RAID兩種。
　　
　　參考文獻
　　[1] 楊杰，姜秀華等.數(shù)字電視制作與播出技術(shù).電子工業(yè)出版社.2008
　　[2] 華山.RAID技術(shù)綜述.計算機技術(shù).2003