摘 要： 高性能計算和數(shù)據(jù)中心存儲規(guī)模的飛速增長造成對存儲系統(tǒng)的容量和性能的巨大需求。磁盤陣列是目前應(yīng)用最廣泛的存儲系統(tǒng)，是構(gòu)成最大規(guī)模存儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。磁盤陣列采用多磁盤并行的方式擴(kuò)展了存儲系統(tǒng)容量，提高了存儲系統(tǒng)性能，用冗余技術(shù)提高了存儲系統(tǒng)高可用性。通過對磁盤陣列預(yù)警技術(shù)中傳感技術(shù)、S.M.A.R.T技術(shù)及磁盤增長缺陷表的研究和分析，使用戶能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的隱患，及時發(fā)現(xiàn)預(yù)警信息，及時進(jìn)行相關(guān)保護(hù)，大幅降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險，提高了磁盤陣列存儲系統(tǒng)的可靠性和可用性。

關(guān)鍵詞： 磁盤陣列； 數(shù)據(jù)安全； 預(yù)警技術(shù)； 研究

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）10-04-02

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，大量的數(shù)據(jù)通過計算機(jī)系統(tǒng)來存儲，形成了數(shù)據(jù)在IT環(huán)境中的高度集中存儲。由于需要處理的數(shù)據(jù)量不斷增加，導(dǎo)致對存儲系統(tǒng)的容量和性能的巨大需求。單位面積下可以存儲更多的文件、視頻、影視、圖片及聲音等數(shù)據(jù)，在很大程度上提高了信息和數(shù)據(jù)管理的自動化，提高了效率、降低了成本，但同時數(shù)據(jù)安全的風(fēng)險性也在不斷增強(qiáng)。由于設(shè)備故障、操作失誤、環(huán)境變化、病毒感染、人為破壞、自然災(zāi)難等所造成的數(shù)據(jù)丟失可能會導(dǎo)致巨大的損失。越來越多的企業(yè)認(rèn)識到存儲設(shè)備安全的重要性，因而也越來越重視存儲設(shè)備安全以及數(shù)據(jù)保護(hù)。

1 目前應(yīng)用需求現(xiàn)狀分析

目前采用得較多的存儲設(shè)備是磁盤陣列，它能提升存儲設(shè)備性能、擴(kuò)充存儲容量、提高存儲可靠性。磁盤陣列采用冗余技術(shù)提高存儲系統(tǒng)可靠性，當(dāng)磁盤產(chǎn)生故障時，系統(tǒng)進(jìn)入降級狀態(tài)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)方法多是通過采用冗余技術(shù)以及各種數(shù)據(jù)備份來保證數(shù)據(jù)的可用性及可靠性，是在系統(tǒng)故障已經(jīng)發(fā)生時進(jìn)行數(shù)據(jù)的重建或者數(shù)據(jù)的恢復(fù)，備用磁盤需要反復(fù)執(zhí)行輸入/輸出存取動作，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低和I/O資源浪費，并且由于其故障維護(hù)窗口容量較小，極易造成二次數(shù)據(jù)流失，也可能造成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的中斷。根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗，使用時間相當(dāng)、同批次磁盤中某一個磁盤一旦出現(xiàn)故障，其他磁盤也可能即將出現(xiàn)故障，極有可能由于其他成員盤再次產(chǎn)生故障而導(dǎo)致重建失敗、陣列數(shù)據(jù)損毀的事故，因此，數(shù)據(jù)重建過程相對來說是比較危險的操作。如果能夠事前根據(jù)存儲設(shè)備的運行狀態(tài)有效地預(yù)測系統(tǒng)的故障發(fā)生概率，在磁盤產(chǎn)生故障之前進(jìn)行安全預(yù)警并采取相關(guān)的數(shù)據(jù)保護(hù)措施，不僅可以降低不必要的長期備份開銷，縮小備份窗口，而且可以極大地減少數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。因此及時對磁盤陣列的運行情況進(jìn)行預(yù)警，根據(jù)其運行、性能和健康狀況，在系統(tǒng)即將產(chǎn)生故障之前進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)、防患于未然是十分重要的。將安全預(yù)警技術(shù)引入存儲系統(tǒng)中。能保證數(shù)據(jù)不丟失、系統(tǒng)盡快恢復(fù)運行。存儲設(shè)備安全預(yù)警能夠為數(shù)據(jù)存儲提供最為基礎(chǔ)的可用性保證，對提高存儲系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性提供保障，最終保護(hù)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全[1]。

2 安全預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀

對安全預(yù)警技術(shù)的研究是當(dāng)前國內(nèi)外比較重要的研究內(nèi)容之一，這些研究有利于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的隱患，使用戶及時發(fā)現(xiàn)預(yù)警信息，便于用戶及時進(jìn)行相關(guān)保護(hù)，避免不必要損失。當(dāng)前安全預(yù)警技術(shù)研究方向可以分為以下兩種。

⑴ 按磁盤檢測技術(shù)來分，有各種傳感技術(shù)、S.M.A.R.T技術(shù)、磁盤增長缺陷表等。

⑵ 按預(yù)警的用途來分，有用于交換機(jī)、遠(yuǎn)程預(yù)警監(jiān)控等網(wǎng)絡(luò)的，用于流媒體、網(wǎng)絡(luò)電視等存儲技術(shù)領(lǐng)域的，用于電腦裝置、磁盤、磁盤陣列等存儲設(shè)備[2]。

3 安全預(yù)警技術(shù)研究內(nèi)容

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是從各種設(shè)備獲取信息，并進(jìn)行處理和識別的技術(shù)?？梢岳酶袦y傳感技術(shù)感知硬盤受到外部作用力而跌落或碰撞的異常震動進(jìn)行預(yù)警，可以利用溫度傳感技術(shù)感知硬盤工作環(huán)境溫度變化進(jìn)行預(yù)警，可以利用生物傳感技術(shù)對硬盤及數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。利用各種傳感技術(shù)可以對磁盤的物理故障進(jìn)行提前預(yù)警，從而保護(hù)磁盤及存儲的數(shù)據(jù)。

預(yù)測傳感器技術(shù)是如何在硬盤裝置中預(yù)警保護(hù)的？預(yù)測傳感器由感測單元、信號處理與控制電路及預(yù)警電路組成。感測單元采用加速度感測芯片在極短時間內(nèi)感知加速度并及時通知硬盤將磁頭移到?？繀^(qū)，該感測傳感技術(shù)感測硬盤受到外部的作用力而產(chǎn)生運動時的加速度，并以模擬信號的形式輸出感測信號到信號處理與控制電路。信號處理與控制電路可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸出到單穩(wěn)態(tài)電路，輸出觸發(fā)信號。若硬盤裝置發(fā)生異常，則輸出控制信號至硬盤以停止讀/寫操作。硬盤自帶電路發(fā)出停止數(shù)據(jù)讀/寫指令，從而使得硬盤的磁頭拉離盤片表面，回歸初始位置并停止讀/寫，避免磁頭撞擊盤片造成硬盤損壞而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。硬盤受到外部作用力而跌落，處于自由運動狀態(tài)時，或者因碰撞而處于非自由落體的異常震動狀態(tài)時，預(yù)警電路接收信號處理與控制電路輸出的控制信號并發(fā)出預(yù)警信息?？梢詫︻A(yù)警電路的預(yù)警級別進(jìn)行區(qū)別，即在非正常操作時，如偶然碰撞但未使硬盤跌落或翻轉(zhuǎn)，硬盤可發(fā)出輕度預(yù)警提示，可以不停止硬盤的讀寫/操作；而當(dāng)硬盤受到外部猛烈的撞擊，會進(jìn)一步損壞硬盤時，則啟動嚴(yán)重預(yù)警信息，并同時啟動控制電路以停止硬盤工作[3]。

3.2 S.M.A.R.T技術(shù)

S.M.A.R.T技術(shù)（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology），即自我監(jiān)測、分析及報告技術(shù)。支持S.M.A.R.T技術(shù)的硬盤可以通過硬盤上的監(jiān)測指令和主機(jī)上的監(jiān)測軟件對磁頭、盤片、電動機(jī)、電路的運行情況、歷史記錄及預(yù)設(shè)的安全值進(jìn)行分析比較。當(dāng)出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時，就會自動向用戶發(fā)出警告[4]。

S.M.A.R.T技術(shù)可以在安全預(yù)警中建立穩(wěn)定的存儲機(jī)制。一般計算機(jī)設(shè)備包含磁盤和磁盤冗余控制單元，用具有S.M.A.R.T技術(shù)的磁盤監(jiān)測工具監(jiān)測磁盤的工作情況。當(dāng)磁盤監(jiān)測工具檢測到磁盤工作信息出現(xiàn)異常情況時，觸發(fā)磁盤冗余陣列控制單元運行，并將磁盤陣列中可能發(fā)生損壞的磁盤所存放的數(shù)據(jù)映射到動態(tài)備份磁盤，當(dāng)磁盤完成映射式磁盤冗余陣列數(shù)據(jù)備份后接管可能有故障磁盤的工作，保護(hù)寫入磁盤和磁盤存放的數(shù)據(jù)不受損毀[5]。

3.3 磁盤增長缺陷表

在硬盤驅(qū)動器中，使用增長的缺陷列表（G-list）作為使用過程中用戶數(shù)據(jù)區(qū)的缺陷調(diào)整。具體策略是：用保留區(qū)的扇區(qū)來替代缺陷扇區(qū)。

在具有磁盤增長的缺陷列表磁盤陣列預(yù)警系統(tǒng)中，磁盤陣列卡和多個硬盤等必備的存儲設(shè)備還包括能夠收集、保存、分析磁盤增長缺陷數(shù)據(jù)的監(jiān)測單元，并且連接在磁盤陣列卡與硬盤接口之間的總線上，根據(jù)分析結(jié)果給出預(yù)警信息。監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)采集單元用于采集磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲單元中。磁盤陣列硬盤的增長缺陷數(shù)據(jù)以日志文件的格式進(jìn)行存儲。需要對這些存儲的磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以便發(fā)現(xiàn)磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)中潛在的故障，并在磁盤陣列預(yù)警數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警水平中的一個或多個時，發(fā)出預(yù)警信息提示用戶。當(dāng)其中一塊磁盤的增長缺陷表數(shù)量達(dá)到設(shè)定的范圍或在一個時間段內(nèi)，增長缺陷表數(shù)量增長數(shù)達(dá)到設(shè)定的范圍。報警單元在接收到預(yù)警信息后，向計算機(jī)發(fā)出報警信息，告知用戶[6]。

4 結(jié)束語

由于磁盤陣列具有容量大、數(shù)據(jù)存取速度快、安全性高等特點，磁盤陣列技術(shù)得到了廣泛的運用。磁盤陣列預(yù)警技術(shù)有利于及時發(fā)現(xiàn)存儲系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障及隱患，提前獲得故障預(yù)警信息并及時修復(fù)，便于用戶及時進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息保護(hù)，保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全，避免數(shù)據(jù)損毀，提高磁盤陣列的健壯性。

今后隨著安全預(yù)警技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)從全局的角度提出一種對磁盤內(nèi)盤片、磁盤陣列內(nèi)的磁盤、磁盤陣列間的磁盤進(jìn)行全面檢測的技術(shù)。充分利用多種磁盤檢測技術(shù)，在存儲系統(tǒng)中建立故障信息收集模塊，從而獲取故障預(yù)警信息，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息保護(hù)，有效縮短存儲系統(tǒng)故障維護(hù)時間，提前預(yù)警、及時修復(fù)、提高存儲系統(tǒng)可靠性、增強(qiáng)存儲系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹強(qiáng)，黃建忠，萬繼光，謝長生.海量萬絡(luò)存儲系統(tǒng)遠(yuǎn)離與設(shè)計[M].華中科技大學(xué)出版社，2010.

[2] 許靜.多級存儲技術(shù)及光盤庫在實際工程中的應(yīng)用探討[J].智能建筑電氣技術(shù)，2011.3.

[3] 劉軍平.磁盤存儲系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2011.

[4] 胡維.基于智能預(yù)警和自修復(fù)的高可靠磁盤陣列關(guān)鍵技術(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[5] 黃迅，劉晨.一種計算機(jī)RAID陣列預(yù)警系統(tǒng)及方法：China，CN200610094289.3.[P]，2006.

[6] David P Helmbold，E Long D D，Sherrod B.A dynamic disk spindown technique for mobile computing[J].Computing and Networking，1996：130-142