多级存储技术及光盘库在实际工程中的应用探讨

许 静（中国建筑设计研究院机电院， 北京 100044）

1 概述

随着光存储技术的不断发展，以及人们对数据安全性和可查询性的要求不断提高，光盘库作为一种海量、安全的信息存储设备，正发挥着越来越重要的作用。

在我们所做的银行类项目中，使用方往往对业务区域的数字视频监控图像要求保存的年限较长，如要求保存15年。通常情况下，为了获得清晰连续的图像，所要求的图像像素数一般为720×576，帧率为25帧/s， 所以每路视频图像需占用的存储空间为 2Mbit/s。

由此，可得出每路视频图像：

每小时所占用的存储空间为：2Mbit/s ÷8 × 60（s） × 60（min） = 900Mb Byte ；

每天所占用的存储空间就是900MB× 24（h） = 21600MB =21GB

以某银行为例：其资金部交易室的摄像机数量为25台、投资托管区的摄像机数量为24 台、TA代销区的摄像机数量为2台，整个业务区域实际摄像机数量为51台；使用方要求录像存储像素数不低于720×576，帧率不低于25帧/s，录像存储时间为15年。为了满足使用需求，实际所需的存储空间如下：

每天存储的空间容量为：51 ×21GB = 1071GB

每年存储的空间容量为：365 × 1071GB = 390915GB =381TB

15年存储的空间容量为：15 × 381TB = 5715 TB

面对如此大量的数据，如果全部采用企业级磁盘存储产品或企业级磁带存储产品来存储所有数据，费用非常高，占地面积大，也没有必要，因此引入了多级存储技术及光盘库设备。

2 选用合理的多级存储设备

2.1 多级存储的概念

通常第一级存储是采用高速的磁盘阵列，一般称为在线存储（Online）；第二级存储是采用可网络管理的光盘库（光盘采用可10万次擦写的BD-RE/DVD-RAM），一般称为近线存储（Nearline）；第三级存储以前通常为磁带，一般称为离线存储（Offline）。但随着光存储技术的发展和普及，光盘已经成为了离线存储发展的趋势，采用光盘作为第三级存储也已广泛地深入人心，用户可以轻易地从二级光盘库中取出光盘作为离线保存，在需要使用时再放回到光盘库中。

2.2 目前主流的存储设备

目前主流的存储设备有三种：光盘库、磁带库及磁盘阵列。

2.2.1 概念介绍

1）光盘库：是一种带有自动换盘机构（机械手）的光盘网络共享设备。光盘库一般配置有1～ 6台CD-ROM驱动器，可容纳100～ 600片光盘。光盘库通过高速SCSI端口与网络服务器相联，光盘驱动器通过自身接口与主机交换数据。用户访问光盘库时，自动换盘机构首先将驱动器中的光盘取出并放置到盘架上的指定位置，然后再从盘架中取出所需的光盘并送入驱动器中，光盘的存取速度几乎接近硬盘的速度。其特点是：安装简单、使用方便，并支持几乎所有的常见网络操作系统及各种常用通讯协议。由于光盘库普遍使用的是标准EIDE光驱，所以维护更换与管理非常容易，同时还降低了成本和价格。又因光盘库普遍内置有高性能处理器、高速缓存器、快速闪存、动态存取内存、网络控制器等智能部件，使得其信息处理能力更强。

2）磁带库：是像自动加载磁带机一样的基于磁带的备份系统，磁带库由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填。其特点是：数据存储量大，在备份效率和人工占用方面拥有无可比拟的优势。在网络系统中，磁带库通过存储局域网络系统可形成网络存储系统，为企业存储提供有力保障，是数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。

3）磁盘阵列：是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。其特点是：通过将多个硬磁盘驱动器在逻辑上定义为一个磁盘驱动器，实现在多个磁盘上同时存储和读取数据来大幅提高存储系统的数据吞吐量及传输速率；通过数据校验，可以提供容错功能，提高了系统的稳定冗余性。

2.2.2 光盘库、磁带库及磁盘阵列的性能对比

表1 光盘库、磁带库及磁盘阵列的性能对比

2.3 多级存储设备的选择

2.3.1 多级存储的主要目的

1）可大量扩充性能价格比较高的存储空间；

2）使不经常使用的数据得到保护性存储；

3）同时要兼顾数据的存取速度；

4）运行维护成本要较低。

2.3.2 对三种主流存储设备的分析

从上述四点出发，我们来分析一下目前主流的三种存储设备：磁盘阵列、磁带库及光盘库。

首先磁盘阵列满足了第1）、第3）点，由于其存储介质采用的仍是磁盘，因此对于数据的保护而言，损坏的概率依然很大；其每分钟高达7200转或以上的转速及夜以继日地运转会造成机械的损耗，而且震动会使磁盘和磁头碰撞造成磁盘的损伤，同时磁盘系统的耗电量和定期更新损坏的磁盘等运维成本都比较高。虽然磁盘的存取速度比较高，但对于多级存储而言，保存的历史数据本身是属于不需要频繁访问的数据，因此用户可以采用秒级的存取数据的设备来取得数据。

磁带库只可以满足第1）点，对于磁带所保存的数据，由于受存储介质的影响，其保存数据的期限相当有限，通常为5～ 8年，而且必须在恒温恒湿的环境中，否则磁带很容易损坏；而且磁带库的数据检索速度都是分钟级的，线性的倒带速度使其并不合适作为二级存储介质；同时磁带库系统的耗电量和占用空间都较大，为了维护数据，磁带每5～ 8年需要翻录一次，而且磁带库设备需要特殊的机房环境调节设备，因此其运行维护成本很高。

光盘库同时满足了以上四点，单台蓝光光盘库的容量都是数十甚至上百TB级的，因此非常合适作为主磁盘系统空间的扩充；光盘的保存寿命长达15～ 20年，非常适合作为保护性存储的介质；光盘库的存取速度为秒级，从取盘到读取数据只需要3～ 5s，蓝光驱动器的读盘速度也达到了16MB/s以上，速度完全有保证；而且光盘库系统的耗电量和定期更新损坏的光盘等运维成本较低，且光盘可以在通常的环境下保存，维护成本几乎为零。

3 选用合理的光盘库及其盘片

3.1 目前现状

目前市场上主流的光盘库主要有蓝光光盘库和DVD光盘库。蓝光光盘单张刻录容量约为50GB，市场价约为120元/张；DVD光盘单张刻录容量约为4.7GB；市场价约为4.2元/张。

3.2 方案对比

1） 以前述的某银行为例，刻录张数对比见表2。

表2 刻录张数对比

通过以上数量对比，蓝光光盘的数量明显少于DVD光盘，极大的节约了光盘存放空间。

2）DVD每张光盘的刻录时间约为5min，蓝光光盘每张刻录的时间约为25min，按照每天、每年所需刻录的数量计算，其刻录时间对比如表3所示。

表3 刻录时间对比

通过以上数量对比，蓝光光盘的刻录效率明显高于DVD光盘。

3） 整个生命周期经济性对比

（1）两种光盘库建设期投资对比见表4。

表4 两种光盘库建设期投资对比

（2）使用期记录材料以及保存设备投资对比。

根据上面计算的数量，我们以15年保存量计算，两种光盘库所需费用对比见表5。

表5 两种光盘库保存15年所需费用对比

从上面的数据来看，要保存15年的数据，DVD光盘库耗材合计约为2036万；蓝光光盘库约为1549万。通过以上两者的比较，很明显，就15年的保存而言，在使用的经济上，DVD光盘库比蓝光光盘库在记录材料以及保存设备的支出上，就多出了486万多元。

随着蓝光的市场在逐渐的扩大，蓝光光盘的价格也在逐渐的下降中。预期再有半年到一年的时间，蓝光光盘的价格就会降到每张100元左右，而且从CDVCDDVD的价格规律中，我们可以看出，最终蓝光光盘的价格会和现在DVD的盘片价格一致。

不仅仅这样，从上面的表中不难看出，在使用DVD光盘库的方案中，离线介质柜共用了347套；而使用蓝光光盘库的方案中，离线介质柜只用了33套。很明显，离线介质柜相差了314套。那么就占用的地方来说，蓝光光盘库的方案在以后的使用过程中，记录材料占用的面积最少。

同样的，用DVD的驱动器每天都要刻录228张盘；而用蓝光驱动器每天只需要刻录22张。DVD驱动器和蓝光驱动器的可刻录寿命是完全一样的，都在3万h左右。从而不难看出，使用DVD驱动器对驱动器的损耗更高，在本案例的方案对比中，DVD驱动器寿命周期预计会在3～ 5年，而蓝光驱动器的预期寿命会在8 ～9年。更换驱动器在以后的使用中，也是一笔不小的费用。

而就目前而言，从DVD光盘库升级到蓝光光盘库，具体到本案例中，仅仅是把原来的14台DVD光盘驱动器更换成13台蓝光光盘驱动器，其他的都保持不变。更换光盘驱动器，仅仅在原来价格基础上增加了31万元，换来的却是以后每年能节省30～ 80万元甚至于更多。

4 结论

光盘库具有数据存储密度高、容量大、盘片易更换、携带方便、使用寿命长、对环境要求低、维护和使用成本低、数据复制简单、使用效率高、管理简便、安全可靠、升级容易、更新快捷等综合性特点，符合国家绿色、低碳、环保的要求，而且采用光盘库存储还可以实现：

1）具有可大量扩充的性价比高的存储空间；

2）使不经常使用的数据得到保护性存储；

3）同时能兼顾数据对存取速度的要求；

4）运行维护成本低。

蓝光光盘作为下一代光盘格式，具有更高的存储密度、更长的使用寿命、不怕干湿环境、不怕紫外光线分解，具备了大量最尖端的技术。目前单面最大容量为50GB，且已经进入商业化大批量投产阶段，而单面200GB的蓝光光盘也已经在试验室取得成功，这使得蓝光光盘具有强大的市场潜力。

在近线和离线存储领域，光盘库具备绝对的优势，完全可以取代磁带库和部分磁盘阵列，成为核心存储设备，非常适用于要求大数据量、长期存储的银行业务数字视频监控系统。

建议在设计中采用将一级存储数据即实时数据存储在在线存储设备中（RAID磁盘阵列），将二级存储数据即近期数据存储在近线存储设备中（光盘库服务器），将三级存储数据即远期数据从光盘库中迁移到离线备份介质（一次性刻录的BD-R/DVD-R）上归档并保存到光盘架上的多级存储系统。在初期投资允许的情况下，尽量选用蓝光光盘库，满足在全生命周期实现绿色、安全、低碳、经济的使用要求。