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RAID磁盘阵列技术在非线性编辑系统中的应用作者：江苏省扬州市广播电视局 崔冬明非线性编辑设备是计算机和数字化电视技术相结合的产物，它基本上是由计算机加视音频处理卡配以相应的非线性编辑软件组成。由于非线性编辑系统集编辑、特技、字幕、配音等多种功能于一身，所以编辑效率高，修改电视节目简单快捷。而网络能实现资源共享，变传统的串行制作为并行制作，大大提高工效，因此，非线性编辑网络倍受各级电视台所青睐。 非线性编辑系统在计算机磁盘记录方式下，每一段素材都是以一个计算机文件的形式存储在计算机磁盘上的，对于巨大的数据信息量，存储处理速度，数据安全性就成为了一个首要问题。很显然单靠用多个硬盘简单的备份不能从根本上解决问题。这时一种磁盘阵列RAID的技术就应运而生了，这种技术可以把数据分布到多个硬盘上，从而取得更好的稳定性和性能。 一 RAID技术 1. RAID磁盘阵列的概念 RAID，为Redundant Arrays of Independent Disks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。在1987年由美国柏克莱大学提出RAID理论，作为高性能的存储系统，已经得到了越来越广泛的应用。RAID的级别从提出到现在，已经发展了多个级别，有明确标准级别，分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。其他还有6、7、10、30、50等。RAID为使用者降低了成本、增加了执行效率，并提供了系统运行的稳定性。 RAID磁盘阵列简单的解释，就是将多台硬盘透过RAID控制器(分硬件，软件)结合成虚拟单台大容量的硬盘使用，其特色是多台硬盘同时读取速度加快及提供容错性，所以RAID是当成平时主要访问Data的存储而不是文件备份。 在RAID磁盘阵列有一基本概念称为EDAP ( Extended Data Availability and Protection ) ，其强调扩充性及容错机制，包括在不须停机情况下可处理以下动作: RAID 磁盘阵列支持自动检测故障硬盘；支持重建硬盘坏轨的资料；支持扩充硬盘容量等； 支持不须停机的硬盘备援 Hot Spare；支持不须停机的硬盘替换 Hot Swap。 2. RAID级别的定义 表1提供了6级RAID的简单定义，本文其后部分将对各级RAID进行更详尽的描述。 二 非线性编辑系统中的磁盘阵列 1. 非线性编辑系统的硬件结构 一个非线性编辑系统从硬件上看，可由计算机、视频卡或IEEE1394卡、声卡、高速AV硬盘、专用板卡（如采集卡、特技加卡等）以及外围设备构成。实质上是一个扩展的计算机系统，其外围设备如；一个大容量SCSI硬盘阵列便构成了一个非线性编辑系统的基本硬件。其中以大洋公司的DY3000 Net非线性编辑网络为例：整个系统包括3台卡精编工作站，6台无卡粗编工作站，1台服务器，2台FC交换机，1台以太交换机，800GB OAPRO外挂光纤硬盘阵列。精编工作站都配有36GB的本机硬盘以备急用。DY3000 Net采用双网结构，在FC网上配置精编工作站，利用光纤网实现高质量视频的采集、编辑；在以太网上配置粗编工作站，利用以太网进行节目的精编、配音。 2. 磁盘阵列的功能 使用磁盘阵列的好处，在于数据的安全、存取的速度及超大的存储容量。如何确保数据的安全，则取决于磁盘阵列的设计与品质。其中几个功能是必须考虑的：是否有环境监控器针对温度、电压、电源、散热风扇、硬盘状态等进行监控。一个硬盘热插拔，必须不影响其他硬盘。有没有热插拔，在电路上的设计差异就在于有没有保护线路的设计，同样的硬盘拖架也是一样有分真的热插拔及假的热插拔的区别。 磁盘阵列内的硬盘是否有顺序的要求？也就是说硬盘可否不按次序地插回阵列中，数据仍能正常的存取？用户的数据可能因硬盘顺序与原来的不符，磁盘阵列上的控制器不认而数据丢失！因为用户的硬盘的SCSI ID号乱掉所致。现在的磁盘阵列产品都已有这种不要求硬盘有顺序的功能，为了防止突发事件的发生，都是不要求硬盘有顺序的。 3. RAID级别分析 （1）硬盘分段（Disk Striping, RAID 0） 硬盘分段的方法把数据写到多个硬盘，而不是只写到一个盘上。例如数据段1写入硬盘0，段2写入硬盘1，段3写入硬盘2等。当数据写完最后一个硬盘时，它就重新从盘0的下一可用段开始写入，写数据的全过程按此重复直至数据写完。 由于硬盘分段的方法，是把数据立即写入（读出）多个硬盘，因此它的速度比较快。遗憾的是RAID 0不是提供冗余的数据，这是非常危险的。因为必须保证整个硬盘子系统都正常工作，计算器才能正常工作。 （2）硬盘镜像（RAID 1） 硬盘镜像（RAID 1）是容错磁盘阵列技术最传统的一种形式，它的优点是百分之百的数据冗余。但它的缺点是要比单个无冗余硬盘贵一倍，因为必须购买另一个硬盘用作第一个硬盘的镜像。当一个盘驱动器发生故障，计算器系统仍能正常工作，因为它可以在剩下的那块好盘上操作数据。因此镜像系统容错性能非常好，并可以提高读数据的速度；它的缺点是需要双份硬盘，价格较高。 （3）硬盘分段和数据冗余（RAID25） 选择奇偶码模式来提供高容错性能，可以外加一个专作奇偶校验用的硬盘（如在RAID 3中），或者可把奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘中。分布式奇偶校验数据（RAID 5）， 不管用何种级别的RAID，磁盘阵列总是用异或（XOR）操作来产生奇偶数据，当子系统中有一个硬盘发生故障时，也是用异或操作重建数据。 对硬盘操作来说，RAID 5的写性能比不上RAID 0。因为产生或存储奇偶码需要一些额外操作。例如，在修改一个硬盘上的数据时，其它盘上对应段的数据（即使是无关的数据）也要读入主机，以便产生必要的奇偶信息。奇偶段产生后（这要花一些时间），我们要将更新的数据段和奇偶段写入硬盘，这通常称为读修改写策略。因此，虽然RAID 5比RAID 0优越，但就写性能来说，RAID 5不如RAID 0。 镜像技术（RAID 1）和数据奇偶位分段（RAID 5）用于上述的硬盘子系统中时，都产生冗余信息。但在RAID 1中，所有数据都被复制到第二个相同的硬盘上。在RAID 5，数据的XOR码而不是数据本身被复制，因此可以用数据的非常紧凑的表现方式，来恢复由于某一硬盘故障而丢失的数据。 4. 非线性编辑系统采用RAID 5 采用RAID 5时，可得到N-1个硬盘的容量，例对于5个硬盘的数组，有大约20%的硬盘空间用于存放奇偶码，而十个硬盘的数组只有约10%的空间存放奇偶码。在可用空间总的格式化空间的意义上来说，硬盘系统中的硬盘越多该系统就越省钱。 总之，RAID 5把硬盘分段和奇偶冗余技术的优点结合在一起，这样的硬盘子系统特别适合于事务处理环境，如非线性编辑系统中的磁盘阵列。在某些场合，可优先考虑RAID 1（在那些写数据比读数据更频繁的情况）。但许多情况，RAID 5提供了将高性能，低价格和数据安全性综合的解决办法。 5. 硬盘故障恢复 镜像和RAID提供了从硬盘故障中恢复数据的新方法。其优点是，恢复数据的工作不用立即进行，因为系统可以在一个硬盘有故障的情况下正常工作，当然在这种情况下，剩下的系统就不再有容错性能。要避免丢失数据就必须在第二个硬盘故障前恢复数据。更换故障硬盘后，要进行数据恢复。在镜像系统中“镜像” 盘上有一个数据备份，因此故障硬盘（主硬盘或镜像硬盘）通过简单的硬盘到硬盘的拷贝操作就能重建数据；RAID 5硬盘子系统中，故障硬盘通过无故障硬盘上存放的纠错（奇偶）码信息来重建数据。 6. 最佳化的容错系统 如前所述，直接分段的子系统（RAID 0）可以大大提高读写速度（相对单个硬盘），因为数据分散在多个硬盘，硬盘操作可以同时进行。把二个直接分段的硬盘子系统组成镜像，可以有效地构成全冗余的快速硬盘子系统。这样的子系统，其硬盘操作甚至比直接分段的硬盘子系统还快，因为该系统能同时执行二个读操作（每个硬盘一个读操作），而写操作的速度则与非镜像直接分段子系统几乎一样，因为把数据同时写入二个硬盘只需花费很少的额外开销。因此RAID 0+1是最佳化的容错系统，但不是最经济的系统。 三 终述 硬件结构配以软件组成一个完美的非线性编辑系统。一个好的非线性编辑系统是完成电视制作需求的物质保障，对于视音频数据日异庞大的今天，使用磁盘阵列的好处得以显现。RAID技术在于存取的速度、超大的存储容量及数据的安全方面有着出色的表现，RAID技术在非线性编辑系统中的应用便是一例。 在非线性编辑制作中、对磁盘阵列的要求与传统的文件服务器、数据库服务器等有明显的差异，它所存储的是大量的、连续的视音频素材，需要占用大量的磁盘空间，快速的磁盘存储速度和相对轻量的数据安全性考虑。正确应用RAID5磁盘阵列还可以解决节目制作中盲目追求磁盘阵列的空间利用率和存储速度，而忽视安全性的做法。在经过对现