磁盤陣列數(shù)據(jù)安全預(yù)警技術(shù)研究

摘 要： 高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)規(guī)模的飛速增長(zhǎng)造成對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和性能的巨大需求。磁盤陣列是目前應(yīng)用最廣泛的存儲(chǔ)系統(tǒng)，是構(gòu)成最大規(guī)模存儲(chǔ)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。磁盤陣列采用多磁盤并行的方式擴(kuò)展了存儲(chǔ)系統(tǒng)容量，提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)性能，用冗余技術(shù)提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)高可用性。通過對(duì)磁盤陣列預(yù)警技術(shù)中傳感技術(shù)、S.M.A.R.T技術(shù)及磁盤增長(zhǎng)缺陷表的研究和分析，使用戶能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的隱患，及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)警信息，及時(shí)進(jìn)行相關(guān)保護(hù)，大幅降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，提高了磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性和可用性。

關(guān)鍵詞： 磁盤陣列； 數(shù)據(jù)安全； 預(yù)警技術(shù)； 研究

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）10-04-02

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，大量的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來存儲(chǔ)，形成了數(shù)據(jù)在IT環(huán)境中的高度集中存儲(chǔ)。由于需要處理的數(shù)據(jù)量不斷增加，導(dǎo)致對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和性能的巨大需求。單位面積下可以存儲(chǔ)更多的文件、視頻、影視、圖片及聲音等數(shù)據(jù)，在很大程度上提高了信息和數(shù)據(jù)管理的自動(dòng)化，提高了效率、降低了成本，但同時(shí)數(shù)據(jù)安全的風(fēng)險(xiǎn)性也在不斷增強(qiáng)。由于設(shè)備故障、操作失誤、環(huán)境變化、病毒感染、人為破壞、自然災(zāi)難等所造成的數(shù)據(jù)丟失可能會(huì)導(dǎo)致巨大的損失。越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到存儲(chǔ)設(shè)備安全的重要性，因而也越來越重視存儲(chǔ)設(shè)備安全以及數(shù)據(jù)保護(hù)。

1 目前應(yīng)用需求現(xiàn)狀分析

目前采用得較多的存儲(chǔ)設(shè)備是磁盤陣列，它能提升存儲(chǔ)設(shè)備性能、擴(kuò)充存儲(chǔ)容量、提高存儲(chǔ)可靠性。磁盤陣列采用冗余技術(shù)提高存儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性，當(dāng)磁盤產(chǎn)生故障時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入降級(jí)狀態(tài)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)方法多是通過采用冗余技術(shù)以及各種數(shù)據(jù)備份來保證數(shù)據(jù)的可用性及可靠性，是在系統(tǒng)故障已經(jīng)發(fā)生時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的重建或者數(shù)據(jù)的恢復(fù)，備用磁盤需要反復(fù)執(zhí)行輸入/輸出存取動(dòng)作，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低和I/O資源浪費(fèi)，并且由于其故障維護(hù)窗口容量較小，極易造成二次數(shù)據(jù)流失，也可能造成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中斷。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使用時(shí)間相當(dāng)、同批次磁盤中某一個(gè)磁盤一旦出現(xiàn)故障，其他磁盤也可能即將出現(xiàn)故障，極有可能由于其他成員盤再次產(chǎn)生故障而導(dǎo)致重建失敗、陣列數(shù)據(jù)損毀的事故，因此，數(shù)據(jù)重建過程相對(duì)來說是比較危險(xiǎn)的操作。如果能夠事前根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有效地預(yù)測(cè)系統(tǒng)的故障發(fā)生概率，在磁盤產(chǎn)生故障之前進(jìn)行安全預(yù)警并采取相關(guān)的數(shù)據(jù)保護(hù)措施，不僅可以降低不必要的長(zhǎng)期備份開銷，縮小備份窗口，而且可以極大地減少數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。因此及時(shí)對(duì)磁盤陣列的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)警，根據(jù)其運(yùn)行、性能和健康狀況，在系統(tǒng)即將產(chǎn)生故障之前進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)、防患于未然是十分重要的。將安全預(yù)警技術(shù)引入存儲(chǔ)系統(tǒng)中。能保證數(shù)據(jù)不丟失、系統(tǒng)盡快恢復(fù)運(yùn)行。存儲(chǔ)設(shè)備安全預(yù)警能夠?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)提供最為基礎(chǔ)的可用性保證，對(duì)提高存儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性提供保障，最終保護(hù)存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全[1]。

2 安全預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀

對(duì)安全預(yù)警技術(shù)的研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外比較重要的研究?jī)?nèi)容之一，這些研究有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的隱患，使用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)警信息，便于用戶及時(shí)進(jìn)行相關(guān)保護(hù)，避免不必要損失。當(dāng)前安全預(yù)警技術(shù)研究方向可以分為以下兩種。

⑴ 按磁盤檢測(cè)技術(shù)來分，有各種傳感技術(shù)、S.M.A.R.T技術(shù)、磁盤增長(zhǎng)缺陷表等。

⑵ 按預(yù)警的用途來分，有用于交換機(jī)、遠(yuǎn)程預(yù)警監(jiān)控等網(wǎng)絡(luò)的，用于流媒體、網(wǎng)絡(luò)電視等存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的，用于電腦裝置、磁盤、磁盤陣列等存儲(chǔ)設(shè)備[2]。

3 安全預(yù)警技術(shù)研究?jī)?nèi)容

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是從各種設(shè)備獲取信息，并進(jìn)行處理和識(shí)別的技術(shù)?？梢岳酶袦y(cè)傳感技術(shù)感知硬盤受到外部作用力而跌落或碰撞的異常震動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，可以利用溫度傳感技術(shù)感知硬盤工作環(huán)境溫度變化進(jìn)行預(yù)警，可以利用生物傳感技術(shù)對(duì)硬盤及數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。利用各種傳感技術(shù)可以對(duì)磁盤的物理故障進(jìn)行提前預(yù)警，從而保護(hù)磁盤及存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

預(yù)測(cè)傳感器技術(shù)是如何在硬盤裝置中預(yù)警保護(hù)的？預(yù)測(cè)傳感器由感測(cè)單元、信號(hào)處理與控制電路及預(yù)警電路組成。感測(cè)單元采用加速度感測(cè)芯片在極短時(shí)間內(nèi)感知加速度并及時(shí)通知硬盤將磁頭移到?？繀^(qū)，該感測(cè)傳感技術(shù)感測(cè)硬盤受到外部的作用力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度，并以模擬信號(hào)的形式輸出感測(cè)信號(hào)到信號(hào)處理與控制電路。信號(hào)處理與控制電路可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出到單穩(wěn)態(tài)電路，輸出觸發(fā)信號(hào)。若硬盤裝置發(fā)生異常，則輸出控制信號(hào)至硬盤以停止讀/寫操作。硬盤自帶電路發(fā)出停止數(shù)據(jù)讀/寫指令，從而使得硬盤的磁頭拉離盤片表面，回歸初始位置并停止讀/寫，避免磁頭撞擊盤片造成硬盤損壞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。硬盤受到外部作用力而跌落，處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，或者因碰撞而處于非自由落體的異常震動(dòng)狀態(tài)時(shí)，預(yù)警電路接收信號(hào)處理與控制電路輸出的控制信號(hào)并發(fā)出預(yù)警信息。可以對(duì)預(yù)警電路的預(yù)警級(jí)別進(jìn)行區(qū)別，即在非正常操作時(shí)，如偶然碰撞但未使硬盤跌落或翻轉(zhuǎn)，硬盤可發(fā)出輕度預(yù)警提示，可以不停止硬盤的讀寫/操作；而當(dāng)硬盤受到外部猛烈的撞擊，會(huì)進(jìn)一步損壞硬盤時(shí)，則啟動(dòng)嚴(yán)重預(yù)警信息，并同時(shí)啟動(dòng)控制電路以停止硬盤工作[3]。

3.2 S.M.A.R.T技術(shù)

S.M.A.R.T技術(shù)（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology），即自我監(jiān)測(cè)、分析及報(bào)告技術(shù)。支持S.M.A.R.T技術(shù)的硬盤可以通過硬盤上的監(jiān)測(cè)指令和主機(jī)上的監(jiān)測(cè)軟件對(duì)磁頭、盤片、電動(dòng)機(jī)、電路的運(yùn)行情況、歷史記錄及預(yù)設(shè)的安全值進(jìn)行分析比較。當(dāng)出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時(shí)，就會(huì)自動(dòng)向用戶發(fā)出警告[4]。

S.M.A.R.T技術(shù)可以在安全預(yù)警中建立穩(wěn)定的存儲(chǔ)機(jī)制。一般計(jì)算機(jī)設(shè)備包含磁盤和磁盤冗余控制單元，用具有S.M.A.R.T技術(shù)的磁盤監(jiān)測(cè)工具監(jiān)測(cè)磁盤的工作情況。當(dāng)磁盤監(jiān)測(cè)工具檢測(cè)到磁盤工作信息出現(xiàn)異常情況時(shí)，觸發(fā)磁盤冗余陣列控制單元運(yùn)行，并將磁盤陣列中可能發(fā)生損壞的磁盤所存放的數(shù)據(jù)映射到動(dòng)態(tài)備份磁盤，當(dāng)磁盤完成映射式磁盤冗余陣列數(shù)據(jù)備份后接管可能有故障磁盤的工作，保護(hù)寫入磁盤和磁盤存放的數(shù)據(jù)不受損毀[5]。

3.3 磁盤增長(zhǎng)缺陷表

在硬盤驅(qū)動(dòng)器中，使用增長(zhǎng)的缺陷列表（G-list）作為使用過程中用戶數(shù)據(jù)區(qū)的缺陷調(diào)整。具體策略是：用保留區(qū)的扇區(qū)來替代缺陷扇區(qū)。

在具有磁盤增長(zhǎng)的缺陷列表磁盤陣列預(yù)警系統(tǒng)中，磁盤陣列卡和多個(gè)硬盤等必備的存儲(chǔ)設(shè)備還包括能夠收集、保存、分析磁盤增長(zhǎng)缺陷數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)單元，并且連接在磁盤陣列卡與硬盤接口之間的總線上，根據(jù)分析結(jié)果給出預(yù)警信息。監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)采集單元用于采集磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。磁盤陣列硬盤的增長(zhǎng)缺陷數(shù)據(jù)以日志文件的格式進(jìn)行存儲(chǔ)。需要對(duì)這些存儲(chǔ)的磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以便發(fā)現(xiàn)磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)中潛在的故障，并在磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警水平中的一個(gè)或多個(gè)時(shí)，發(fā)出預(yù)警信息提示用戶。當(dāng)其中一塊磁盤的增長(zhǎng)缺陷表數(shù)量達(dá)到設(shè)定的范圍或在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，增長(zhǎng)缺陷表數(shù)量增長(zhǎng)數(shù)達(dá)到設(shè)定的范圍。報(bào)警單元在接收到預(yù)警信息后，向計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，告知用戶[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于磁盤陣列具有容量大、數(shù)據(jù)存取速度快、安全性高等特點(diǎn)，磁盤陣列技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用。磁盤陣列預(yù)警技術(shù)有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障及隱患，提前獲得故障預(yù)警信息并及時(shí)修復(fù)，便于用戶及時(shí)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息保護(hù)，保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全，避免數(shù)據(jù)損毀，提高磁盤陣列的健壯性。

今后隨著安全預(yù)警技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)從全局的角度提出一種對(duì)磁盤內(nèi)盤片、磁盤陣列內(nèi)的磁盤、磁盤陣列間的磁盤進(jìn)行全面檢測(cè)的技術(shù)。充分利用多種磁盤檢測(cè)技術(shù)，在存儲(chǔ)系統(tǒng)中建立故障信息收集模塊，從而獲取故障預(yù)警信息，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息保護(hù)，有效縮短存儲(chǔ)系統(tǒng)故障維護(hù)時(shí)間，提前預(yù)警、及時(shí)修復(fù)、提高存儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性、增強(qiáng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全性。

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