磁盤(pán)陣列（RAID）技術(shù)在視頻監控應用的問(wèn)題與發(fā)展

視頻監控網(wǎng)絡(luò )化步伐已全面展開(kāi)，大量的監控數據被保存在安裝硬盤(pán)的NVR、IP-SAN中，眾所周知，目前大容量硬盤(pán)都屬于精密機械部件，本身故障多發(fā)，屬于易耗品。那么直接保存在硬盤(pán)中的數據必然面臨數據丟失的風(fēng)險。

　　在傳統的視頻監控應用中，比如：小區、樓宇、園區監控等，對數據可靠性要求并不高，其監控數據的有效利用率一直保持在很低的比例上，一旦不幸運遇到硬盤(pán)故障，損失一塊硬盤(pán)的數據對這些應用來(lái)講都是可以承受的，大量的嵌入式錄像設備廠(chǎng)商正是看重這一點(diǎn)，推出使用單盤(pán)模式的廉價(jià)NVR，免去支持硬盤(pán)數據冗余帶來(lái)的成本提升；由于不做RAID，可以配置同樣廉價(jià)的監控級硬盤(pán)，大大降低錄像產(chǎn)品與方案的整體成本，低成本優(yōu)勢大大提升嵌入式NVR的出貨量。

　　眾所周知，RAID技術(shù)可以消除硬盤(pán)故障帶來(lái)的數據丟失和業(yè)務(wù)中斷，但是它也對硬盤(pán)本身提出要求，一般要求是企業(yè)級硬盤(pán)，這種硬盤(pán)的固件對處于RAID 工作環(huán)境下的各種狀態(tài)進(jìn)行調優(yōu)，例如：可以對RAID下多塊硬盤(pán)一起工作時(shí)產(chǎn)生的共振進(jìn)行很好的磁頭偏移補償、可以固化一個(gè)硬盤(pán)錯誤處理的最大響應時(shí)間，以免錯誤修復時(shí)間過(guò)長(cháng)，被RAID誤以為硬盤(pán)不響應而踢掉、支持較好的并發(fā)讀寫(xiě)性能等；這些調優(yōu)都極大的增強了企業(yè)級硬盤(pán)在RAID環(huán)境的可用性。

　　如果是低成本的監控級硬盤(pán)，由于硬盤(pán)固件本身的限制，不能很好的在RAID環(huán)境中工作；例如：沒(méi)有針對共振的磁盤(pán)校正，RAID環(huán)境下數據讀寫(xiě)出錯機率大增，而監控級硬盤(pán)并沒(méi)有固化錯誤處理的最大響應時(shí)間，硬盤(pán)忙時(shí)一個(gè)錯誤處理可長(cháng)達2~5分鐘，而一般RAID允許的硬盤(pán)響應時(shí)間為30秒左右，造成 RAID掉盤(pán)現象增加，甚至連RAID初始化都完成不了；在RAID5工作和重構過(guò)程中，在寫(xiě)數據之前需要讀出大量數據進(jìn)行校驗計算，但是監控級硬盤(pán)的讀性能表現顯然沒(méi)有它的寫(xiě)性能表現好，大量的讀IO隊列經(jīng)常堵塞，而造成多塊硬盤(pán)的響應時(shí)間嚴重增加，可能導致批量掉盤(pán)。

　　對于視頻監控應用來(lái)說(shuō)，只有付得起企業(yè)級硬盤(pán)高成本的高端用戶(hù)才可以享受得起傳統RAID技術(shù)帶來(lái)的數據可靠性好處，傳統RAID技術(shù)與監控級硬盤(pán)的糟糕兼容表現已經(jīng)成為向大量視頻監控中低端用戶(hù)普及的阻力。

　　因此，視頻監控應用對傳統RAID技術(shù)提出以下挑戰：

　　1、要求可配置低成本的非企業(yè)級硬盤(pán)組建RAID組，降低硬盤(pán)成本；

　　2、要求降低大容量硬盤(pán)的重建時(shí)間，提升重構成功率；

　　3、要求提升非企業(yè)級硬盤(pán)RAID組的可用性；

看到以上需求，中科藍鯨公司對傳統RAID算法進(jìn)行改造和更新，開(kāi)發(fā)了新一代Smart RAID技術(shù)，該技術(shù)思路是縮小硬盤(pán)管理的最小單位，將故障范圍縮小在局部，從而提升硬盤(pán)RAID組的整體可用性；同時(shí)優(yōu)化了RAID對監控級硬盤(pán)故障的響應時(shí)間容忍度，極大提升了非企業(yè)級硬盤(pán)（包括監控級硬盤(pán)）的RAID可用性。

　　在Smart RAID組建過(guò)程中，首先對硬盤(pán)進(jìn)行碎化處理，每塊物理硬盤(pán)會(huì )被碎化為64份，每塊物理盤(pán)相同位置的小數據塊會(huì )被組建為一個(gè)基本的Smart RAID管理單元，多個(gè)Smart RAID管理單元可組建為一個(gè)大的邏輯卷對外使用；Smart RAID管理單元具備RAID級別的所有屬性，如介質(zhì)檢測、故障踢盤(pán)、替換熱備、重構等；實(shí)際運行情況下，當物理硬盤(pán)發(fā)生磁道扇區故障，對故障數據塊的掉盤(pán)、替換熱備、重建操作都可以在一組Smart RAID內完成，大大減少重構讀取與寫(xiě)入的IO量，縮短重建完成的整體時(shí)間；每塊物理盤(pán)的最后4個(gè)數據塊是作為熱備使用的。如下圖所示：

　　使用Smart RAID技術(shù)后的好處顯而易見(jiàn)，由于對監控級硬盤(pán)故障的響應時(shí)間容忍度提升，使用監控級硬盤(pán)制作RAID5組的可用性明顯提升，頻繁掉盤(pán)現象得到有效解決。

　　在實(shí)際運行表現中，硬盤(pán)運行中出現的故障90%都集中在局部錯誤導致的讀寫(xiě)異常，因電路或機械原因導致的整盤(pán)不工作的故障更是少見(jiàn)，因此，當發(fā)生硬盤(pán)錯誤，Smart RAID技術(shù)能夠很好的發(fā)揮局部重構優(yōu)勢，重構完成只需10來(lái)分鐘；即使發(fā)生整盤(pán)故障，Smart RAID也能夠和傳統RAID一樣對整塊物理盤(pán)進(jìn)行踢盤(pán)、重構。