淺析磁盤陣列技術在氣象資料數據存儲中的運用

梁永忠

摘 要 隨著航空氣象發展，氣象探測資料、自動站資料、衛星云圖資料及數值預報資料越來越多。為提升氣象資料數據存儲和信息利用率，提出建設相對安全、運行有效的存儲后臺系統，文章提出將磁盤陣列（RAID）技術應用于氣象資料數據存儲建議。本文就RAID技術優勢特征、常用技術類型進行分析，并闡述了該技術在航空氣象資料數據存儲軟硬件建設中的具體應用。

關鍵詞 氣象資料；數據存儲；磁盤陣列技術；應用要點

隨著航空氣象業務發展，氣象資料與服務產品類型與數據多樣豐富，氣象數據存儲的任務也體現出日趨繁重性特征，對資料安全提出更高要求。有效保存與應用資料數據，是航空氣象部門一項重要工作。大多數氣象數據僅能用硬盤、光盤等設施去存儲，在安全、運行速度及容量等方面和航空氣象業務發展不匹配。RAID技術應用，有效解除以上問題，本文對資料數據存儲具體應用進行探討和分析。

1 RAID（Redundant Array of Independent Disks）

獨立冗余磁盤陣列，簡稱磁盤陣列。RAID實現方式分為硬件RAID和軟件RAID。

硬件RAID：采用集成處理器RAID適配卡（簡稱RAiD卡）來實現的。它有自己的控制處理器、I/O處理芯片和存儲器，減少對CPU運算時間占用。

軟件RAID：安全依賴于主機的CPU，沒有額外的處理器和I/O芯片，軟件RAID需要占用CPU處理周期，依賴于操作系統。

2 RAID優勢分析

2.1 成本低廉、功耗量低、傳輸速率高

RAID技術使數個磁盤驅動器同步傳導數據信息，從理論層面分析這些磁盤驅動器又是同一個磁盤驅動器，RAID應用中，速率是單磁盤驅動器數倍、數十倍甚至是百余倍。

2.2 提升容錯功能

RAID與容錯以每一磁盤驅動器硬件容錯功能為基礎而建設，更能提高安全性能。

3 常用RAID技術功能比較

RAID技術擁有從RAID 0～6共計七個RAID等級。還有部分基本RAID級別的組合樣式，例如RAID 10（其是RAID 0與RAID 1 的組合體），RAID 50（為RAID 0和RAID 5的組合體）等。RAID技術不同等級所對應數據存儲性能、安全性與成本等要素上存在差異性，本文對RAID 0技術進行簡介。

RAID 0又稱Stripe或Striping，其提升數據存儲性能原理是將連貫數據分散至數個硬盤上進行存取，這樣就有數個磁盤共同執行系統傳遞出的請求或指令，每個磁盤執行任務內容存在差異。對數據并行操作有助提升總線帶寬有效利用率，磁盤整體存取性能相應提升（見圖1）。

對圖1進行分析，系統由三個磁盤構成邏輯硬盤（RAID 0磁盤組）傳遞I/O數據請求被轉為3項操作，每一操作均有與之對應物理硬盤[1]。

4 磁盤陣列技術在航空氣象資料數據存儲方案設計中的應用

4.1 數據存儲預實現目標

構建資料數據存儲系統，做如下概述：①維護數據信息的統一性、安穩性；③同步實現對數據信息集中化管理，構建高效運轉的存儲后臺，為數據提供一個安全存管環境，具備優良拓展性，能彈性支持系統各元器件迎合應用需求；③對網絡數據進行集中訪問；④對不同類型主機進行數據訪問和維護。

4.2 硬件配置

本存儲方案設計過程應用全光纖架構SAN磁盤陣列，雙冗余熱插拔RAID控制器，無單點故障，實現對系統運行有效維護。配備陣列高速緩容量計4GB，主機接口有2個2GB/s，系統I/O最大處理能力為120000IOPS，硬盤配備13個全光纖硬盤，單個硬盤容量為400GB，硬盤轉速10000r/min，RAID支持對象以RAID 1、5、10、6為主，熱插拔冗余電源應用能提升系統高可用性，對Windows Server/2000/2003、IBM AIX、Solaris 等數個系統運行產生有效支配作用。

硬盤構建過程中，應用一臺傳輸速率4GB的8口光纖交換機，將應用服務器平臺和磁盤陣列相有效銜接，把1塊光纖卡安設在每一臺連入SAN 網絡服務器裝置上（見圖2）。

4.3 軟件配置

磁盤陣列屬于一類高性能RAID子系統，和大部分主機體現出良好兼容性，能夠與數個類型操作系統銜接，在實操中應用配置方法應結合主機型號去設定，具備高度的靈活性。含以下幾個部分：

（1）配置RAID組：硬盤與陣列卡上相連接時，操作系統無法直接監測到物理硬盤運行模式，為使系統能正確辨識物理硬盤，構建設置RAID0、1或5等級別邏輯磁盤。結合系統現實容量需求對RAID配置級別進行科學選用，若配備9塊硬盤構成RAID5，配置8塊數據盤和與1塊校驗盤（應用n塊硬盤建設的RAID5陣列存有n-1塊硬盤的容量），可設置成8D + 1P[2]。

（2）規劃LUN 并格式化：如上流程配置RAID GROUP重新構建邏輯單元，結合系統實際應用需求，選擇LUN的規格， 并格式化處理。

（3）設計LUN 映射：為確保主機設備正確辨識磁盤陣列構建的卷，屏蔽他類服務器對指定卷訪問行為，對LUN行映射處理。在磁盤陣列LUN映射完成后，在主機服務器磁盤管理器內可觀察被映射的邏輯卷，提示磁盤陣列在該服務器上配置成功。

5 結束語

RAID技術應用，彌補探測資料、數值化預報資料增加業務量帶來硬盤空間不足缺陷。磁盤陣列并行讀寫的特性有效提升了數據存儲與提取速度，節省了資料處理時間，保證數據精確度、安全性與完整性。為下一步不斷存儲和合理使用氣象數據提供保障手段，對歷史資料充分使用，為決策提供依據。

參考文獻

[1] 譚浩宇，杜永興.基于包神鐵路磁盤陣列存儲系統的關鍵性技術研究[J].四川水泥，2016，（11）：227.

[2] 董進武，宋亮.磁盤陣列技術淺析[J].儀表技術，2016，（06）：31-33，44.