浅析硬盘播出系统中的RAID技术

黑龙江 唐黎黎

浅析硬盘播出系统中的RAID技术

黑龙江 唐黎黎

引言

计算机技术的快速发展和在广播电视领域应用的不断深入，对计算机的存储技术提出了更高的要求。而大容量磁盘存储技术的发展，价格的日益降低，海量磁盘存储已越来越多地应用到广播电视技术中,于是存储信息并且防止信息丢失就成为了一个首要问题。

在电视播出系统，为保证电视节目播出的稳定性和安全性，RAID技术被普遍的应用到硬盘播出服务器中。其作用一是将大量的视音频节目素材存储在硬盘上，实现多频道资源共享；二是冗余技术的运用，有效的保证了电视节目播出过程中的安全性，提高了电视节目的播出质量。

一、基于RAID的海量存储技术

RAID即RedundantArray of inexpensive Disks,代表独立磁盘冗余阵列。冗余不代表多余，而是表示为补救数据丢失、保证可靠性而采取的一种措施。磁盘存储系统重要的问题是吞吐速度与可靠性，而RAID技术将这两方面结合在一起，因此成为视音频信息存储的重要手段。RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势来提升硬盘速度、增大容量,提高容错功能确保数据安全性。在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。

RAID技术使存储设备具备高生能、高可靠性及数据完整性，它可划分为不同等级，以提供不同的速度、安全性及性价比，但是最常用的是RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5等级别，其性能比较如表一。

表一常用RAID级别比较

（一）RAID 0

RAID 0又称为Stripe或Striping，即Data Stripping数据分条技术，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID 0是由多个硬盘并发协同工作完成数据的读写，数据被均匀分布在各个硬盘上，一般情况下，使用的硬盘越多，读写的速度越快。缺点是安全性相对较差，没有容错功能。因为在RAID0中的一个硬盘出现故障时，整个阵列的数据将会丢失。因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。

（二）RAID 1

RAID1称为磁盘镜像。原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像，即所有数据会被同时存放到两个物理硬盘上，当一个磁盘出故障时，仍可从另一个硬盘中读取数据，因此安全性得到保障。但系统的成本大大提高，因为系统的实际有效硬盘空间仅为所有硬盘空间的一半。

（三）RAID 3

RAID3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。RAID3安全性很高，但与RAID0相比读写速度相对较慢。

（四）RAID 4

RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构，RAID4和RAID3很像，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。

（五）RAID 5

RAID5是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。RAID5把校验块分散到所有的数据盘中，使用了一种特殊的算法，可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡，从而消除了产生瓶颈的可能。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。RAID5提高了系统可靠性，但对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。

在通常情况下，RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等；而RAID5适合较小文件的应用，如文字、图片、小型数据库等。在硬盘播出系统中，视频服务器存储系统所采用的存储结构和存储技术，对于整个系统的容错能力、升级能力和性价比等都有着决定性的影响。RAID3和RAID5都提供了一层简单的容错功能，如果一组硬盘中有一块硬盘发生故障，系统通过运算实时恢复丢失的数据。

二、RAID技术的实现方法

RAID技术的实现可以从硬件和软件两个方面来完成。一是独立于计算机的硬盘阵列，具有独立机箱、供电系统以及控制器。由RAID管理电路把每个字节分配给几个硬盘同时读写，从而提高速率，而整体上却等效于一个高速硬盘。二是软RAID，即用软件控制多个硬盘的数据的读写，它可采用磁盘管理器下的创建带集区的功能来实现。三是采用RAID卡，目前在部分计算机芯片的主板上都有一块RAID插槽，用一块RAID卡就可以实现与独立阵列相同的功能。这种方式处于软RAID和独立硬盘阵列之间，它较软RAID大大减轻了CPU的负担，但必须在创建操作系统后才能实现。

我台硬盘播出系统是大洋VIPS-2C-1225P磐石视频服务器，标配SATA-2-300-6R5，磁盘系统为集成RAID控制器（即RAID卡）,有6块SATA或SCSI硬盘仓位，存储技术采用了RAID5方式。

磐石视频服务器是用多重冗余设计保证安全播出，即：冗余磁盘阵列——采用RAID技术通过对多个硬盘进行条带化处理，有效数据和校验数据被均匀分布在多个硬盘中并加入校验数据，当有硬盘损坏量，通过校验数据恢复损坏硬盘中的数据。当RAID阵列中出现出错盘时，基于硬件的RAID控制器系统不仅可以更快地重建RAID，还支持硬盘的热插拔，通过配置热插拨硬盘并使用RAID系统，可以最大限度地减少由于硬盘损坏造成的系统故障少数据丢失。重建时，RAID控制器根据先本地和后全局的顺序，检测逻辑驱动器中是否有备份盘，若有则其自动重建系统；若无备份盘，则需要人工更换损坏的硬盘，系统会自动恢复损坏的数据。

三、结束语

随着RAID技术的不断发展，它已经在广播电视领域得到越来越广泛的应用。目前，数字电视信息存储系统的设计开发已经成为一个研究热点，其研究方向主要是寻找有效的连续媒体存储格式、多用户磁盘访问的调度算法、数据缓存方法以及用户访问控制算法,因此存储技术的巨大进步将对硬盘播出系统性能的全面提高具有重要的意义。

（作者单位：黑河广播电视台）

（编辑 李艳华）