淺析硬盤播出系統中的RAID技術

　　摘要：近年來，廣電行業一直在飛速的發展，觀眾對于電視節目質量的要求也在逐年提高，尤其是隨著廣電行業數字化進程的推進，高、標清播出已是各電視節目播出的首選。播出系統作為整個節目制播鏈條中的最后一環，如何最大程度的提高播出系統的性能就顯得尤為重要。本文就簡要介紹下RAID技術。
　　關鍵詞：硬盤 播出系統 RAID技術
　　中圖分類號：G278 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)05(a)-0000-00
　　
　　硬盤是播出系統的存儲介質，各種需要播出的視音頻節目都是以文件的形式存儲其中，是整個播出系統中重要的一環，RAID技術的應用，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。
　　1RAID技術簡介
　　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，需要讀寫數據時，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，它是利用數據分條（Striping）技術，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中寫入數據時，系統所發出的數據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，由三塊磁盤共同執行這一數據請求。但RAID 0的優點也是明顯的，由于采用了數據分條技術，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，用2的倍數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據時，數據文件會向源數據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據時，如果源數據盤中的數據文件正常，則直接讀取，如果數據損壞，則系統會自動讀取相應鏡像盤上的數據，以確保系統的數據安全。由于采用了磁盤鏡像技術，存儲在RAID 1中的數據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，需要對所有數據進行百分百的備份，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，一組用來存儲數據文件，另一組作為校驗盤來存儲利用漢明效驗碼規則生成的校驗信息。當用戶向陣列中寫入數據時，數據文件被條塊化地分布存儲于各數據盤中，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據時，存儲于校驗盤中的校驗信息就會校驗數據的正確性，如果有錯則立即修正。由于是采用漢明校驗規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揮優勢。
　　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，不論是向哪一個數據盤寫入數據，都需要重寫校驗盤中的相關信息，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中的數據是按塊交叉的形式存放在各數據盤中，這樣，RAID 4在讀取數據是只需要訪問有用的數據盤，而不必像RAID 3那樣訪問所有的數據盤。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據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的技術精華。同樣是利用奇偶校驗法則，不同的是把源數據和校驗數據同時寫在所有的磁盤中，而不是把奇偶校驗數據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，一旦發生兩塊磁盤的故障，數據便無法恢復。
　　2.7RAID 6。RAID 6是一種采用獨立的數據磁盤與雙分布校驗塊的磁盤陣列，它是在RAID 5的基礎上，為了進一步加強數據保護而設計的一種RAID方式，陣列中有兩個獨立的校驗系統，它們使用不同的算法對每個數據塊進行校驗（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，RAID 6具有非常好的數據冗余性，可以允許系統同時出現2塊故障盤，擁有更高的數據冗余性能，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/寫某一區域的數據時，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據區的一部分，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和數據分條技術的混合型磁盤陣列，也即是RAID 0和RAID 1的結合體，按結合的方式不同分為兩種實現形式，一種是RAID 0+1，存儲數據先被分條存儲然后再進行鏡像冗余；一種是RAID 1+0，存儲數據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據安全，但存儲成本很高，擴展性也不強。
　　3 RAID技術的實現方式
　　RAID技術的實現通常分為軟件實現和硬件實現兩種方式。
　　3.1軟件實現。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RAID技術，而不需要額外的硬件開銷，是一種廉價簡便的RAID實現方式。由于軟件RAID主要是利用主機中的資源，因此成本較低，但會相應增加系統負擔，而且數據安全備份級別較低。
　　3.2硬件實現。硬件RAID方式一般是用專門的RAID控制器來實現和管理RAID子系統，可分為內置式RAID和外置式RAID兩種。
　　
　　參考文獻
　　[1] 楊杰，姜秀華等.數字電視制作與播出技術.電子工業出版社.2008
　　[2] 華山.RAID技術綜述.計算機技術.2003