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1、硬盘播出系统的数据安全技术卞德森有线电视与网络技术硬盘播出系统所具有的诸多优点已为越来越多的业者所认同，但人们总担心硬盘系统的可靠性，冈为一旦硬盘出故障或数据丢失将造成灾难性的后果。而硬盘播出这一技术的进步所带来的播出质量和劳动效率的提高又极大地诱惑着广电从业人员，担心与诱惑交织在一起，故大部分人都只好采取慎重的态度。其实随着硬盘系统的技术进步，加上用户慎密设计和精心构建硬盘播出系统，其安全可靠性比传统设备提高很多。1 硬盘数据丢失的原因在计算机等J T 行业，硬盘的硬件可靠性并未被作为不安全性的主要因素来对待。根据 P cW o r l d ) 杂志报道，在I T 行业，通常将造成数据丢失的
2、原因归结如下几点：( 1 ) 电力故障；( 2 ) 自然灾害( 火灾、水灾、地震等) ；( 3 ) 软硬件设备故障；( 4 ) 人为误操作；( 5 ) 意外事故；( 6 ) 失盗与人为破坏；( 7 ) 病毒攻击。对于( 1 ) 点首先可通过改善供电设施来保证，如采用U P S 供电系统和稳压设备，这是改善供屯质量最有效措施之一。再加上在有关硬盘设备和眼务器上采取冗余的供电措施，基本上可解决( 1 ) 点的影响。对于( 2 ) 和( 6 ) 点，这些因素都有可能发生在任何一类设备上。对于( 7 ) 点，只要是使用与计算机有关的产品，都存在被病毒攻击的可能性，这应从管理方面人手。根据这些分析，考察
3、硬盘播出系统的可靠性，主要是研究第( 3 ) 点，即考证硬盘的故障率是否很高，如何保证在硬件有故障时，数据不丢失且仍能正常工作。而( 4 ) 和( 5 )点除对从业人员加强岗位培训和管理外，在系统软件设计方面也应有一定的防范措施。该文将结合实际应用情况着重论述硬盘播出系统的数据安全技术。2 硬盘的冗余安全技术根据上节所述，硬盘故障造成的数据丢失只是众多因素之一，事实上，硬盘M T B F ( 平均无故障工作时 间) 是3 0 万小时，而传统的录像机由于机械结构原因，其M T B F 必然受很大影响，一般厂家不给出这一指标。可见单纯从硬盘这一部件来考察，它具有很高的可靠性。近来在视频服务器上普遍
4、引用了在r r 行业已广泛使用的R A I D 磁盘阵列技术，R A I D 技术的应用使硬 盘播出系统的核心部件硬盘存储器的可靠性叉提高一个档次。 R A I D 是英文R e d u n d a n tA r r a yo fI n d e p e n d e n tD i s k s ( 冗余磁盘阵列) 的缩写。其技术核心是把多个硬盘组成一个阵列，当成一个磁盘使用，并将数据以分段( S t r i p i n g ) 的方式分散存储在各个硬盘中。由于这些硬盘并行工作，数据存取时间大为降低。冗余磁盘阵列所采用的不同技术称作R A I DL e v e l ，每一L e v e l 代表的是
5、一种技术，是针对不同的系统及应用以解决数据安全问题，并不反映技术的高低。目前公认的标准 是L e v e l 从0 至5 ，其中R A I D - 2 与R A I D 一4 由于设计缺陷等原因现在很少使用，在I T 行业常用的是R A I D 一0 ，R A I D 一1 ，R A I D 一3 ，R A I D - 5 。R A I D 0 从严格意义上讲并不属于R A I D 系列，周为它并无冗余能力，它只是将_ 】v 个磁盘作为一个逻辑盘( 或称个组) ，将数据分段并行记录在每个磁盘上，由于并行存取，数据传输率提高_ l v 倍，但由于无冗余措施，一旦磁盘阵列中的某个磁盘损坏或某一磁盘
6、的分区失效，则所有数据丢失。数字化趋势R A I D 一1 是使用磁盘镜像技术，所以又称作为镜像磁盘阵列。磁盘镜像技术应用在R A I D 1 之前P - r E森玎业的文件服务器上使用，许多网络操作系统如N e t w a r e 等都支持这一技术。它的工作方式是在一组中的每一亡作盘之外，再加一个额外的备份盘，两个磁盘存储的数据完全一样，数据也同时写入和读出，如图 1 所示=R A I D l 与一般的磁盘镜像有两个不同之处：( 1 ) R A I D - l 没有把主工作盘与备份盘截然区分开，如在I 司时进行两段素材记录时，A 索材以磁盘l 为主工作盘，磁盘l a 便是备份盘，与此同时，B
7、 素材同时也在记录它以磁盘1 a 为主工作盘，磁盘l 便是备份盘。这是一种最佳的方式，称作负载平衡。( 2 ) 虽然R A I D 1 增加一倍的磁盘数目，但它仍以数据分段的方式存储，因而其读取数据的速度与R A l l ) 一0 几乎相同。R A I D 一1 是所有磁盘阵列中冗余性能最好的，但磁盘的利用率最低。系统中有2 个磁盘，有效利用率 只有5 0 ，但它允许有个不对称的磁盘损坏时仍能正常工作。R A I D - 3 在卟磁盘组中在数据碰盘之外另用一块固定的磁盘作奇偶校验盘，所眦又称作单盘容错并行传输磁盘阵列。数据信息以位或字节交叉的方式分散记录在数据磁盘的相同扇区上，奇偶校验的计算以
8、各个数据磁盘的相对位或字节作X O R 的逻辑运算，然后将结果写入校验盘，如 ! 2 。图1 镜像磁盘阵列工作方式图2 单盘容错并行传输礁盘阵列工作方式R A I D 一3 也是并行工作的，它的每次访问都需要读阵列中的每一磁盘以便计算奇偶校验信息，当阵列某组中的一个磁盘损坏时，可阱通过奇偶信息与其余磁盘信息的奇偶相关性来恢复出损坏盘上的信息。每组磁盘数至少3 个。R A I D 一3 其总线是特别设计的，以大带宽并行传输数据，可以充分利用整个阵列的带宽。其磁盘空问利用率较高，个磁盘的组利用率为_ 一1 。R A I D - 3 另一优点是具有较好的安全性，支持热备用技术( H o tS p a
9、 r eo rS t a n d b yD r i v e r ) ，当某一磁盘损坏后，可带电拔下，不影响已在工作的系统的正常运行，更换新的磁盘后磁盘阵列自动为新磁盘恢复正确的数据。R A I D 一5 足以扇区作数据分段，奇偶校验数据以循环的方式分布在各磁盘上，这是它与R A I D - 3 的最大区别之处。R A I D 一5 的每个磁盘上既有数据信息，也有奇偶校验信息，以解决多重操作争用校验盘的问题，因此R A I D 一5 内允许在同一组内同时进行多个读写操作。对于小数据量的文件访问，R A I D 一5 特别适台小容量文件的频繁操作的系统，并支持多个用户同时进行读写要求，是一种快速、
10、容错分布合理的磁盘阵列。但其控制复杂、价格贵，当一组中的某个磁盘故障，虽不影响正常使用，却对整个系统的性能影响较大。日前用于广电行业的视频服务器的磁盘阵列多采用R A I D - 3 与R A I D 5 。现在福建台多频道播出系统使用P r o f i l e 所配用的R A I D 一3 硬盘阵列，型号为P R 5 2 5 0 。该硬盘阵列共有2 0 个硬盘，构成4 个组，每个组由5 个硬盘构成，如图3 。图3P R S 2 5 0 硬盘阵列结构图4P F C - 5 0 0R A I D 一3 磁盘阵列有线电视与网络技术由A 0 E O 组、A l E l 组、A 2 E 2 组、A 3
11、 一E 3 组成4 组，每组中4 个为数据盘，数据分段记录在这4 个数据盘上，并将其进行奇偶校验后存在第5 个硬盘中，所以在每一组中允许有一个硬盘损坏，而不影响正常1 作，并可带电拔下损坏的硬盘，换上新硬盘，该硬盘阵列会自动进行数据恢复重建工作。所以这种硬盘阵列在4 个组的每组中，各坏一个硬盘都不会影响P r o f i l e 的工作。这样提高了P r o f i l e 的数据的安全性，进而提高r 整机的可靠性。新一代P F C - 5 0 0R A I D - 3 磁盘阵列，每个机箱可安装1 0 个1 8 G B 或3 6 G B 硬盘，如图4 所示。当硬盘以1 0 个为单位进行容最扩充
12、时，不必重建文件系统，即原有记录在硬盘的素材不丢失，这是呲往磁盘阵列所不具备的功能。而海易S e a c h a n g e 硬盘播H 系统中每一节点( 视频服务器) 所采用的是R A I D - 5 磁盘阵列，共有1 2 个硬盘，每6 个组成一组，每组中一个硬盘损坏不会导致数据丢失，更换新硬盘后，自动恢复数据到新硬盘。3 磁盘阵列设备的硬件冗余安全技术磁盘阵列技术能有效地防止由于软硬件等原因造成的数据丢失的现象。正如在第一节所总结的，造成硬盘数据丢失的原因还可能有：电力故障，除硬盘之外的软硬件故障等原困。事实上，硬盘播出系统的厂家在磁盘阵列这一设备上也充分考虑到这些因素，并采取相当可靠的安全
13、措施。如P R S 2 5 0 这一硬盘阵列设备，其整机电源部件和散热电风扇都有良好的冗余设计。它拥有3 个电源模块，在正常情况下，所有3 个电源模块都在低功率下运行，当其中一个电源模块损坏时，另外两个良好的电源模块将以满功率运行不影响硬盘阵列的正常工作。而对损坏的电源模块可以进行带电热插拔，用备份的好电源模块更换，而不需停机处理。散热电风扇则有6 组，4 个用于正常运行，2 个用于备份。电风扇也可以带电插拔更换。如与新一代P r o f i l eX PP V S l O G O 配套的硬盘阵列P F C - 5 0 0 E ，该没备除在电源和散热方面采取如上相仿的措施外，还增加了R A I
14、 D 控制卡的冗余热备份。 P V S 1 0 0 0 内F c 板有F CnA ( P 叫A ) 与F C1 ：3B ( P a r tB ) ，P F C 一5 0 0 可插两块完全热备份的R A I D 控制卡分别与X P - 1 0 0 0 的F cuA 与F C 口B 相连，当某一块R A I D 控制卡损坏，或某一电缆损坏，或P V S 一1 0 0 0 内的F c 板的某一F c 口损坏，都自动切换到另一边正常的部件工作，不影响整个系统的正常使用。4 整机系统的冗余安全技术为了进一步提高硬盘播出系统的可靠性，很多厂家在搅频服务器的整机系统安全性考虑上也较周全，因为很显然，如果服务
15、器出故障，即使对数据进行再多的保护也是毫无价值的。现在对整机系统的冗余技术措施主要有：采用可热插拔更换的双电源供电方式和风扇冷却模块，充分保证供电和散热；甚至对安装操作系统和管理软件的硬盘也采用镜像热备份方式，即整机有两套完全热备份工作的操作系统和管理软件。如P V S 一】0 0 0 就采用了这种设计方式。同时为了维护容易和提高可靠性，P V S - 1 0 0 0 机内板卡之间没有了连接电缆，各组件采用整台式模块，容易拆除和更换，如主备系统盘、C D R O M 、软驱、R A I D 控制 都采用了这种设计方式，更换部件比以往设备方便了许多。而海易S e a c h a n g e 则采
16、取另方式来提高整机的安全性，其建立在该厂家专利技术M e d l a C l u s t e r 基础上，它将每台视频服务器作为一个节点，用3 个节点以上( 最多9 个节点) 通过1 0 0M b p s 工业标准双向快速阻太网物理结构方式双向互联成网，采用专利技术S e a N e t 协议，将有效带宽提高到网络的8 0 ，又利用其 自身的专利技术将R A I D 技术扩展到这种网络互联的节点上，允许网上有一个节点故障，不影响整个系统的正常工作，当更换节点或修复节点后，通过网上其它节点中的校验数据，可将数据恢复到修复好的新节点上。而每个节点又采用了R A l D 一5 硬盘阵列，由于同时损坏两个以E 节点可能性较小，因此从原理上讲，2 9 9数字化趋势这种双重R A I D 技术的硬盘系统，其安全性是相当高的。另外，海易S e a c h a n g e 的硬盘系统网络中各节点的供电方式也较独特，每一节点虽只提供一套供电系统，但同时分别向其它系统供电，采用这种交互式供电方式可确保整个系统的安全性。在个气节点的网
