面向大數據的自適應多光驅刻錄系統設計與實現

翟紅

摘 要：智慧校園通過無所不在的物聯網將現實校園與數字校園連在一起，但一些數據由于其特殊性對安全性要求較高，不能隨意使用移動存儲設備存儲數據，尤其是軍校這樣的特殊單位。在平常的普通辦公中又經常需要大量刻錄數據，但目前的光存儲通用設備手動操作，只適用于單用戶環境下使用，不宜在多用戶環境下自動完成光盤的刻錄和復制功能。很多自動存儲裝置價格昂貴，且該類產品大多功能單一，自動化程度低。由此文中提出并設計了一種面向大數據的自適應多光驅刻錄系統，該系統能夠對采集的大量信息進行自動分類存儲，將用戶應用系統與該自適應多光驅自動刻錄系統連接，可實現對數據自動存儲與備份，具有操作便捷、安全可靠的特征。

關鍵詞：大數據;自適應;刻錄光驅;物聯網技術;信息分類;智慧校園

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

隨著軍校的智慧校園[1]信息化建設，數據具有非常重要的地位，由于其數據的特殊性，因而對其存儲流轉的安全性較高[2]。光存儲由其高安全性的特點依然是當前重要數據存儲流轉的可靠方法之一[3]。光存儲設備主要有光盤刻錄機和光盤拷貝機，常用的光盤刻錄機只有一個光驅，刻錄速度較慢，無法實現對多張光盤同時刻錄;光盤拷貝機自帶控制器和多個光驅，可以完全脫離計算機使用，但其只能實現對光盤的復制功能[4]。傳統的軍校數據存儲流轉使用的光存儲通用設備不僅需要手動操作，且適用于單用戶環境下使用，不宜在多用戶環境下自動完成光盤的刻錄和復制功能。很多自動存儲裝置價格昂貴，且該類產品大多功能單一，自動化程度低。由此可見，對多源異構大數據進行有效的存儲和管理是智慧軍校建設中非常重要的研究領域。

本文設計一種面向大數據的自適應多光驅刻錄系統，采用軟硬件一體化嵌入式主板開發設計，兼顧了性能和靈活性的統一，能最大限度地滿足大數據光存儲的需求，可以根據用戶需要自行選擇刻錄設備的數量，同時實現一個母盤中的數據同時復制多個數據光盤。該系統提供二次開發接口，支持應用擴展和產品固件升級。

1 系統整體設計

1.1 系統硬件框架設計

面向大數據的自適應多光驅刻錄系統的硬件結構如圖1所示。

嵌入式主板：作為該自動刻錄裝置的嵌入式主板，主要負責接收來自用戶應用系統的待刻錄數據，并且向其他模塊發送工作指令，管理刻錄緩沖池與RAID連接線，檢測刻錄設備的工作狀態，負責刻錄或者復制任務的指令分發。

RAID連接線：負責系統刻錄設備與嵌入式主板的連接控制，是刻錄設備與主板之間數據傳送的高速通道。

數據緩沖池：用于暫存用戶通過接口傳送的待刻錄數據或者是復制母盤的鏡像數據，用戶可以根據實際情況對數據緩沖池的容量進行數據分類，并且可以自行設置數據分類的容量大小[5]。

刻錄設備：負責用戶數據信息的刻錄或者復制。

人機交互終端：負責顯示刻錄裝置的操作信息、工作狀態以及預警信息。

語音裝置：負責播報語音信息。

預警信息：采用指示燈以及蜂鳴器提醒刻錄或者復制狀態的運行狀態。

機箱：負責將自適應多光驅刻錄裝置各種部件封裝起來，避免器件直接暴露在用戶面前，以達到安全使用的目的。

電源：負責給自適應多光驅裝置提供工作電源。

1.2 系統軟件設計

系統軟件流程如圖2所示。

首先由管理人員啟動后，直接實時監測被監控磁盤（在調試系統中設計的是監視一個大容量的數據文件夾），當新數據流入后，根據其關鍵屬性分類進入分類緩存區，當分類緩存中的某一個緩存區滿，達到刻錄窗口容量時，緩存指針指向下一個緩存區，并生成刻錄指令。同時檢測刻錄設備中的空閑設備，當檢測到有空閑刻錄設備后，進行光盤刻錄，刻錄完成后進行數據校驗，正確提示刻錄完成后，刪除刻錄完成的緩存數據，循環檢測緩存區，直到所有緩存區都沒有緩存數據任務時，任務結束。復制功能和刻錄功能類似，不同之處是，當刻錄機收到復制的指令后，檢測母盤與其他光盤是否正常讀寫，若未正常讀寫提示重新放入光盤，若母盤與其他光盤都可正常讀寫，則讀取母盤數據到數據緩沖池，制作數據鏡像并分發到空閑刻錄光驅。復制完成后進行數據校驗，驗證結果為正確，則刪除復制完成的緩存數據，任務結束。

系統軟件采用基于VS 2010 環境的C#語言開發編寫[6]。服務器默認系統配置：CPU 2.6 GHz，內存2.0 GB以上，硬盤100 GB以上;數據庫：Microsoft SQL Server 2008;操作系統：Windows 7。

1.3 數據分類緩存模塊設計

數據分類緩存模塊主要功能是將傳輸過來的數據根據其關鍵屬性將其分類緩存，當某一分類緩存中的一個緩存區達到刻錄窗口值時，給顯示模塊發送刻錄消息。分類的方法實現是根據對海量存儲系統中元數據管理需求的分析[7]，建立5張二維表：File表、File_Attribute表、Allocation表、Authorization表和Affiliation表。

File表保存文件和目錄的基本信息，ID是文件或目錄的唯一標識，PathName為文件或目錄的訪問路徑和文件名，DPID為該文件上層目錄的標識。

Fife_Attribute表保存文件和目錄的屬性，ID是文件或目錄的唯一標識，AttributeType為文件屬性的類型，ArtributeValue為文件各屬性所對應的值。此時文件所有屬性均以字符串的形式保存，使用時再轉換為其對應的類型。如ID是l的文件包含Size，Type，Owner和ModifyTime屬性，此時File_Attribute表中包含（l，Size，int，‘100），

（l，Type，ehar，‘normal），（l，Owner，ehar，‘root）和（l，ModifyTime，time，‘20090626）等元組。

Allocation表保存文件中數據所在的數據塊信息，ID是文件的唯一標識，segmentID為文件中數據所在數據塊的標識。

Authorization表保存文件和目錄訪問授權的信息，ID是文件或目錄的唯一標識，AC是文件或目錄的訪問授權。

Affiliation表保存文件和目錄與所有上層目錄之間的所屬關系，ID是文件和目錄的唯一標識，PID為文件或目錄的所有上層目錄標識。

數據分類緩存模塊的關鍵函數主要有：文件分類函數ClassificationFiles（）;文件緩存函數DataStore（）;獲取文件屬性函數GetFileAttribute（）。

1.4 顯示模塊及軟件界面設計

顯示模塊的主要功能是讀取指令消息，顯示當前系統各設備的運行狀態，以及對于系統運行中的提示信息給予顯示。讀取的指令消息分為刻錄指令和復制指令，當指令為刻錄指令時，接收數據緩存模塊的消息參數，將其顯示并傳遞給數據刻錄模塊;讀取的指令為復制指令時，將指令發送給復制模塊，并顯示母盤和其他光驅的信息。

顯示模塊的關鍵函數主要有：獲取指令函數GetOrder（）;

獲得錯誤信息函數GetResultInfo（）;顯示信息函數ShowInfo（）。軟件界面設計如圖3所示。

2 系統性能測試與分析

2.1 自動刻錄測試

檢測緩沖池分類數據容量大小達到刻錄窗口容量，生成刻錄指令，刻錄，測試結果如圖4所示。

刻錄完成后，進行數據校驗，數據校驗錯誤，提示重新放入光盤。數據校驗錯誤如圖5所示。

2.2 復制測試

檢測母盤與其他光盤正常讀寫，讀取母盤數據到數據緩沖池，制作數據鏡像，并分發至空閑刻錄光驅，同步刻錄，刻錄成功結果如圖6所示。

復制完成進行數據校驗，數據校驗錯誤，提示重新放入盤。數據校驗錯誤如圖7所示。

2.3 測試結果分析

本系統成功地實現了面向大數據的自適應多光驅刻錄系統。刻錄裝置一旦接收到嵌入式主板的刻錄指令，就開始檢測數據緩沖池，并通過RAID連接線實時查詢是否有空閑刻錄設備，對數據進行刻錄;并將刻錄完成指令轉換后傳送至顯示裝置、語音裝置和預警裝置，提示用戶。當刻錄裝置接收到復制指令后，嵌入式主板先檢測刻錄母盤和空光盤是否讀寫正常，然后從刻錄機中讀取母盤數據，鏡像到刻錄裝置的硬盤中，再將鏡像分多路發送到裝有空光盤的刻錄機設備，管理所有的刻錄設備同步進行鏡像刻錄，刻錄進度可以在觸摸屏顯示器上直觀地顯示出來。

3 結 語

本文所提系統由于采用軟硬件一體化嵌入式主板開發設計，兼顧了性能和靈活性的統一，能最大限度地滿足大數據光存儲的需求。該系統可以根據用戶需要自行選擇刻錄設備的數量;可以實現一個母盤中的數據同時復制多個數據光盤;還可以提供二次開發接口，支持應用擴展和產品固件升級。

參考文獻

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