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        多級存儲技術(shù)及光盤庫在實際工程中的應(yīng)用探討

        2011-09-18 07:16:04中國建筑設(shè)計研究院機(jī)電院北京100044
        智能建筑電氣技術(shù) 2011年3期
        關(guān)鍵詞:磁盤陣列存儲設(shè)備磁盤

        許 靜(中國建筑設(shè)計研究院機(jī)電院, 北京 100044)

        1 概述

        隨著光存儲技術(shù)的不斷發(fā)展,以及人們對數(shù)據(jù)安全性和可查詢性的要求不斷提高,光盤庫作為一種海量、安全的信息存儲設(shè)備,正發(fā)揮著越來越重要的作用。

        在我們所做的銀行類項目中,使用方往往對業(yè)務(wù)區(qū)域的數(shù)字視頻監(jiān)控圖像要求保存的年限較長,如要求保存15年。通常情況下,為了獲得清晰連續(xù)的圖像,所要求的圖像像素數(shù)一般為720×576,幀率為25幀/s, 所以每路視頻圖像需占用的存儲空間為 2Mbit/s。

        由此,可得出每路視頻圖像:

        每小時所占用的存儲空間為:2Mbit/s ÷8 × 60(s) × 60(min) = 900Mb Byte ;

        每天所占用的存儲空間就是900MB× 24(h) = 21600MB =21GB

        以某銀行為例:其資金部交易室的攝像機(jī)數(shù)量為25臺、投資托管區(qū)的攝像機(jī)數(shù)量為24 臺、TA代銷區(qū)的攝像機(jī)數(shù)量為2臺,整個業(yè)務(wù)區(qū)域?qū)嶋H攝像機(jī)數(shù)量為51臺;使用方要求錄像存儲像素數(shù)不低于720×576,幀率不低于25幀/s,錄像存儲時間為15年。為了滿足使用需求,實際所需的存儲空間如下:

        每天存儲的空間容量為:51 ×21GB = 1071GB

        每年存儲的空間容量為:365 × 1071GB = 390915GB =381TB

        15年存儲的空間容量為:15 × 381TB = 5715 TB

        面對如此大量的數(shù)據(jù),如果全部采用企業(yè)級磁盤存儲產(chǎn)品或企業(yè)級磁帶存儲產(chǎn)品來存儲所有數(shù)據(jù),費(fèi)用非常高,占地面積大,也沒有必要,因此引入了多級存儲技術(shù)及光盤庫設(shè)備。

        2 選用合理的多級存儲設(shè)備

        2.1 多級存儲的概念

        通常第一級存儲是采用高速的磁盤陣列,一般稱為在線存儲(Online);第二級存儲是采用可網(wǎng)絡(luò)管理的光盤庫(光盤采用可10萬次擦寫的BD-RE/DVD-RAM),一般稱為近線存儲(Nearline);第三級存儲以前通常為磁帶,一般稱為離線存儲(Offline)。但隨著光存儲技術(shù)的發(fā)展和普及,光盤已經(jīng)成為了離線存儲發(fā)展的趨勢,采用光盤作為第三級存儲也已廣泛地深入人心,用戶可以輕易地從二級光盤庫中取出光盤作為離線保存,在需要使用時再放回到光盤庫中。

        2.2 目前主流的存儲設(shè)備

        目前主流的存儲設(shè)備有三種:光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列。

        2.2.1 概念介紹

        1)光盤庫:是一種帶有自動換盤機(jī)構(gòu)(機(jī)械手)的光盤網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備。光盤庫一般配置有1~ 6臺CD-ROM驅(qū)動器,可容納100~ 600片光盤。光盤庫通過高速SCSI端口與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器相聯(lián),光盤驅(qū)動器通過自身接口與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。用戶訪問光盤庫時,自動換盤機(jī)構(gòu)首先將驅(qū)動器中的光盤取出并放置到盤架上的指定位置,然后再從盤架中取出所需的光盤并送入驅(qū)動器中,光盤的存取速度幾乎接近硬盤的速度。其特點是:安裝簡單、使用方便,并支持幾乎所有的常見網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及各種常用通訊協(xié)議。由于光盤庫普遍使用的是標(biāo)準(zhǔn)EIDE光驅(qū),所以維護(hù)更換與管理非常容易,同時還降低了成本和價格。又因光盤庫普遍內(nèi)置有高性能處理器、高速緩存器、快速閃存、動態(tài)存取內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)控制器等智能部件,使得其信息處理能力更強(qiáng)。

        2)磁帶庫:是像自動加載磁帶機(jī)一樣的基于磁帶的備份系統(tǒng),磁帶庫由多個驅(qū)動器、多個槽、機(jī)械手臂組成,并可由機(jī)械手臂自動實現(xiàn)磁帶的拆卸和裝填。其特點是:數(shù)據(jù)存儲量大,在備份效率和人工占用方面擁有無可比擬的優(yōu)勢。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,磁帶庫通過存儲局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可形成網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng),為企業(yè)存儲提供有力保障,是數(shù)據(jù)倉庫、ERP等大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的良好存儲設(shè)備。

        3)磁盤陣列:是一種把若干硬磁盤驅(qū)動器按照一定要求組成一個整體,整個磁盤陣列由陣列控制器管理的系統(tǒng)。其特點是:通過將多個硬磁盤驅(qū)動器在邏輯上定義為一個磁盤驅(qū)動器,實現(xiàn)在多個磁盤上同時存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量及傳輸速率;通過數(shù)據(jù)校驗,可以提供容錯功能,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。

        2.2.2 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

        表1 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

        2.3 多級存儲設(shè)備的選擇

        2.3.1 多級存儲的主要目的

        1)可大量擴(kuò)充性能價格比較高的存儲空間;

        2)使不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)得到保護(hù)性存儲;

        3)同時要兼顧數(shù)據(jù)的存取速度;

        4)運(yùn)行維護(hù)成本要較低。

        2.3.2 對三種主流存儲設(shè)備的分析

        從上述四點出發(fā),我們來分析一下目前主流的三種存儲設(shè)備:磁盤陣列、磁帶庫及光盤庫。

        首先磁盤陣列滿足了第1)、第3)點,由于其存儲介質(zhì)采用的仍是磁盤,因此對于數(shù)據(jù)的保護(hù)而言,損壞的概率依然很大;其每分鐘高達(dá)7200轉(zhuǎn)或以上的轉(zhuǎn)速及夜以繼日地運(yùn)轉(zhuǎn)會造成機(jī)械的損耗,而且震動會使磁盤和磁頭碰撞造成磁盤的損傷,同時磁盤系統(tǒng)的耗電量和定期更新?lián)p壞的磁盤等運(yùn)維成本都比較高。雖然磁盤的存取速度比較高,但對于多級存儲而言,保存的歷史數(shù)據(jù)本身是屬于不需要頻繁訪問的數(shù)據(jù),因此用戶可以采用秒級的存取數(shù)據(jù)的設(shè)備來取得數(shù)據(jù)。

        磁帶庫只可以滿足第1)點,對于磁帶所保存的數(shù)據(jù),由于受存儲介質(zhì)的影響,其保存數(shù)據(jù)的期限相當(dāng)有限,通常為5~ 8年,而且必須在恒溫恒濕的環(huán)境中,否則磁帶很容易損壞;而且磁帶庫的數(shù)據(jù)檢索速度都是分鐘級的,線性的倒帶速度使其并不合適作為二級存儲介質(zhì);同時磁帶庫系統(tǒng)的耗電量和占用空間都較大,為了維護(hù)數(shù)據(jù),磁帶每5~ 8年需要翻錄一次,而且磁帶庫設(shè)備需要特殊的機(jī)房環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備,因此其運(yùn)行維護(hù)成本很高。

        光盤庫同時滿足了以上四點,單臺藍(lán)光光盤庫的容量都是數(shù)十甚至上百TB級的,因此非常合適作為主磁盤系統(tǒng)空間的擴(kuò)充;光盤的保存壽命長達(dá)15~ 20年,非常適合作為保護(hù)性存儲的介質(zhì);光盤庫的存取速度為秒級,從取盤到讀取數(shù)據(jù)只需要3~ 5s,藍(lán)光驅(qū)動器的讀盤速度也達(dá)到了16MB/s以上,速度完全有保證;而且光盤庫系統(tǒng)的耗電量和定期更新?lián)p壞的光盤等運(yùn)維成本較低,且光盤可以在通常的環(huán)境下保存,維護(hù)成本幾乎為零。

        3 選用合理的光盤庫及其盤片

        3.1 目前現(xiàn)狀

        目前市場上主流的光盤庫主要有藍(lán)光光盤庫和DVD光盤庫。藍(lán)光光盤單張刻錄容量約為50GB,市場價約為120元/張;DVD光盤單張刻錄容量約為4.7GB;市場價約為4.2元/張。

        3.2 方案對比

        1) 以前述的某銀行為例,刻錄張數(shù)對比見表2。

        表2 刻錄張數(shù)對比

        通過以上數(shù)量對比,藍(lán)光光盤的數(shù)量明顯少于DVD光盤,極大的節(jié)約了光盤存放空間。

        2)DVD每張光盤的刻錄時間約為5min,藍(lán)光光盤每張刻錄的時間約為25min,按照每天、每年所需刻錄的數(shù)量計算,其刻錄時間對比如表3所示。

        表3 刻錄時間對比

        通過以上數(shù)量對比,藍(lán)光光盤的刻錄效率明顯高于DVD光盤。

        3) 整個生命周期經(jīng)濟(jì)性對比

        (1)兩種光盤庫建設(shè)期投資對比見表4。

        表4 兩種光盤庫建設(shè)期投資對比

        (2)使用期記錄材料以及保存設(shè)備投資對比。

        根據(jù)上面計算的數(shù)量,我們以15年保存量計算,兩種光盤庫所需費(fèi)用對比見表5。

        表5 兩種光盤庫保存15年所需費(fèi)用對比

        從上面的數(shù)據(jù)來看,要保存15年的數(shù)據(jù),DVD光盤庫耗材合計約為2036萬;藍(lán)光光盤庫約為1549萬。通過以上兩者的比較,很明顯,就15年的保存而言,在使用的經(jīng)濟(jì)上,DVD光盤庫比藍(lán)光光盤庫在記錄材料以及保存設(shè)備的支出上,就多出了486萬多元。

        隨著藍(lán)光的市場在逐漸的擴(kuò)大,藍(lán)光光盤的價格也在逐漸的下降中。預(yù)期再有半年到一年的時間,藍(lán)光光盤的價格就會降到每張100元左右,而且從CDVCDDVD的價格規(guī)律中,我們可以看出,最終藍(lán)光光盤的價格會和現(xiàn)在DVD的盤片價格一致。

        不僅僅這樣,從上面的表中不難看出,在使用DVD光盤庫的方案中,離線介質(zhì)柜共用了347套;而使用藍(lán)光光盤庫的方案中,離線介質(zhì)柜只用了33套。很明顯,離線介質(zhì)柜相差了314套。那么就占用的地方來說,藍(lán)光光盤庫的方案在以后的使用過程中,記錄材料占用的面積最少。

        同樣的,用DVD的驅(qū)動器每天都要刻錄228張盤;而用藍(lán)光驅(qū)動器每天只需要刻錄22張。DVD驅(qū)動器和藍(lán)光驅(qū)動器的可刻錄壽命是完全一樣的,都在3萬h左右。從而不難看出,使用DVD驅(qū)動器對驅(qū)動器的損耗更高,在本案例的方案對比中,DVD驅(qū)動器壽命周期預(yù)計會在3~ 5年,而藍(lán)光驅(qū)動器的預(yù)期壽命會在8 ~9年。更換驅(qū)動器在以后的使用中,也是一筆不小的費(fèi)用。

        而就目前而言,從DVD光盤庫升級到藍(lán)光光盤庫,具體到本案例中,僅僅是把原來的14臺DVD光盤驅(qū)動器更換成13臺藍(lán)光光盤驅(qū)動器,其他的都保持不變。更換光盤驅(qū)動器,僅僅在原來價格基礎(chǔ)上增加了31萬元,換來的卻是以后每年能節(jié)省30~ 80萬元甚至于更多。

        4 結(jié)論

        光盤庫具有數(shù)據(jù)存儲密度高、容量大、盤片易更換、攜帶方便、使用壽命長、對環(huán)境要求低、維護(hù)和使用成本低、數(shù)據(jù)復(fù)制簡單、使用效率高、管理簡便、安全可靠、升級容易、更新快捷等綜合性特點,符合國家綠色、低碳、環(huán)保的要求,而且采用光盤庫存儲還可以實現(xiàn):

        1)具有可大量擴(kuò)充的性價比高的存儲空間;

        2)使不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)得到保護(hù)性存儲;

        3)同時能兼顧數(shù)據(jù)對存取速度的要求;

        4)運(yùn)行維護(hù)成本低。

        藍(lán)光光盤作為下一代光盤格式,具有更高的存儲密度、更長的使用壽命、不怕干濕環(huán)境、不怕紫外光線分解,具備了大量最尖端的技術(shù)。目前單面最大容量為50GB,且已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化大批量投產(chǎn)階段,而單面200GB的藍(lán)光光盤也已經(jīng)在試驗室取得成功,這使得藍(lán)光光盤具有強(qiáng)大的市場潛力。

        在近線和離線存儲領(lǐng)域,光盤庫具備絕對的優(yōu)勢,完全可以取代磁帶庫和部分磁盤陣列,成為核心存儲設(shè)備,非常適用于要求大數(shù)據(jù)量、長期存儲的銀行業(yè)務(wù)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

        建議在設(shè)計中采用將一級存儲數(shù)據(jù)即實時數(shù)據(jù)存儲在在線存儲設(shè)備中(RAID磁盤陣列),將二級存儲數(shù)據(jù)即近期數(shù)據(jù)存儲在近線存儲設(shè)備中(光盤庫服務(wù)器),將三級存儲數(shù)據(jù)即遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)從光盤庫中遷移到離線備份介質(zhì)(一次性刻錄的BD-R/DVD-R)上歸檔并保存到光盤架上的多級存儲系統(tǒng)。在初期投資允許的情況下,盡量選用藍(lán)光光盤庫,滿足在全生命周期實現(xiàn)綠色、安全、低碳、經(jīng)濟(jì)的使用要求。

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