1 常見存儲(chǔ)類型

　　DAS（Direct Attach Storage）：是直接連接于主機(jī)服務(wù)器的一種儲(chǔ)存方式，每一臺(tái)主機(jī)服務(wù)器有獨(dú)立的儲(chǔ)存設(shè)備，每臺(tái)主機(jī)服務(wù)器的儲(chǔ)存設(shè)備無法互通，需要跨主機(jī)存取資料時(shí)，必須經(jīng)過相對(duì)復(fù)雜的設(shè)定，若主機(jī)服務(wù)器分屬不同的操作系統(tǒng)，要存取彼此的資料，更是復(fù)雜，有些系統(tǒng)甚至不能存取。通常用在單一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下且數(shù)據(jù)交換量不大，性能要求不高的環(huán)境下，可以說是一種應(yīng)用較為早的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　SAN（Storage Area Network）：是一種用高速（光纖）網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接主機(jī)服務(wù)器的一種儲(chǔ)存方式，此系統(tǒng)會(huì)位于主機(jī)群的后端，它使用高速I/O 聯(lián)結(jié)方式， 如 SCSI, ESCON 及 Fibre- Channels。一般而言，SAN應(yīng)用在對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度要求高、對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性和安全性要求高、對(duì)數(shù)據(jù)共享的性能要求高的應(yīng)用環(huán)境中，特點(diǎn)是代價(jià)高，性能好。例如電信、銀行的大數(shù)據(jù)量關(guān)鍵應(yīng)用。

　　1.3 NAS

　　NAS（Network Attached Storage）：是一套網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存設(shè)備，通常是直接連在網(wǎng)絡(luò)上并提供資料存取服務(wù)，一套 NAS 儲(chǔ)存設(shè)備就如同一個(gè)提供數(shù)據(jù)文件服務(wù)的系統(tǒng)，特點(diǎn)是性價(jià)比高。例如教育、政府、企業(yè)等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。

　　2 三種技術(shù)比較

　　以下，通過表格的方式對(duì)于三種存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的比較。

表格 1 三種技術(shù)的比較

　　錄像存儲(chǔ)

　　錄像存儲(chǔ)是指將監(jiān)控圖像錄制下來，并以文件形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中，并可在以后隨時(shí)被讀出回放。

　　存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)有多種模式，包括DAS（直連存儲(chǔ)）、SAN（存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)）和NAS（網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)）等。DAS就是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用的存儲(chǔ)方式，即將存儲(chǔ)介質(zhì)（硬盤）直接掛接在CPU的直接訪問總線上，優(yōu)點(diǎn)是訪問效率高，缺點(diǎn)是占用系統(tǒng)總線資源、掛接數(shù)量有限，一般適用于低端PC系統(tǒng)。SAN是將存儲(chǔ)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分開，系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)的訪問通過專用的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來訪問，對(duì)存儲(chǔ)的管理可交付與存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來管理，優(yōu)點(diǎn)是高效的存儲(chǔ)管理、存儲(chǔ)升級(jí)容易，而缺點(diǎn)則是系統(tǒng)較大，成本過高，適用于高端設(shè)備。NAS則充分利用系統(tǒng)原有的網(wǎng)絡(luò)接口，對(duì)存儲(chǔ)的訪問是通過通用網(wǎng)絡(luò)接口，訪問通過高層接口實(shí)現(xiàn)，同時(shí)設(shè)備可專注與存儲(chǔ)的管理，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、兼容現(xiàn)有系統(tǒng)、擴(kuò)容方便，缺點(diǎn)則是效率相對(duì)比較低。

　　典型的傳統(tǒng)數(shù)字硬盤錄像機(jī)設(shè)備一般都采用DAS方式，即自身包含若干硬盤，錄像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼后直接存儲(chǔ)在本地硬盤中，回放也從本地硬盤中讀出。網(wǎng)絡(luò)功能只是個(gè)附加的功能，主要面向遠(yuǎn)程終端實(shí)時(shí)監(jiān)控本地圖像和回放本地錄像。在系統(tǒng)比較大時(shí)，這種方式必然是分布式存儲(chǔ)的，給系統(tǒng)管理帶來了麻煩。數(shù)字硬盤錄像機(jī)的發(fā)展將使網(wǎng)絡(luò)成為中心，而規(guī)模的增大使得分布式存儲(chǔ)的缺點(diǎn)更加顯著。采用NAS作為錄像的存儲(chǔ)設(shè)備，解決了傳統(tǒng)數(shù)字硬盤錄像機(jī)所限制的這些問題，作為下一代數(shù)字錄像系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：

　　a 優(yōu)良的設(shè)備環(huán)境：由于硬盤的不穩(wěn)定性，需要一個(gè)更好的工作環(huán)境來延長(zhǎng)硬盤的壽命和減少存儲(chǔ)的不可用時(shí)間。NAS作為的存儲(chǔ)設(shè)備，針對(duì)多硬盤環(huán)境作了優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓硬盤工作的更穩(wěn)定、更可靠。

　　b 的存儲(chǔ)管理：有效的存儲(chǔ)管理在數(shù)據(jù)量上升時(shí)更加顯得重要，數(shù)據(jù)的安全性與冗余性將更受關(guān)注。NAS通過軟件對(duì)大容量存儲(chǔ)進(jìn)行管理，增加安全機(jī)制及冗余管理，使得存放的數(shù)據(jù)更便捷、更放心。

　　c 輕松的容量擴(kuò)張：對(duì)容量的需求日益增加的今日，更加看重存儲(chǔ)容量的可擴(kuò)張性。NAS的容量擴(kuò)張基本上是Plug&Play的模式，方便用戶升級(jí)。另外，NAS還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)與存儲(chǔ)升級(jí)的分離，更適合一個(gè)逐漸發(fā)展的系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)采用NAS作為錄像的存儲(chǔ)設(shè)備，但從網(wǎng)絡(luò)可靠性方面考慮，采用二級(jí)存儲(chǔ)機(jī)制，即錄像時(shí)直接錄制在DVR中，在其中保存一定時(shí)間，定期再將DVR中的錄像轉(zhuǎn)存至NAS中。采用二級(jí)存儲(chǔ)機(jī)制，雖然比直接網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)復(fù)雜，但可以將網(wǎng)絡(luò)的不可靠因素對(duì)系統(tǒng)的影響降到，以確保錄像數(shù)據(jù)的完整性。

　　3 常見存儲(chǔ)技術(shù)

　　3.1 RAID技術(shù)

　　RAID（Redundant Arrays of Independent Disks）中文為廉價(jià)冗余磁盤陣列。在1987年由美國(guó)柏克萊大學(xué)提出RAID理論，作為高性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)，巳經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。RAID的級(jí)別從RAID概念的提出到現(xiàn)在，巳經(jīng)發(fā)展了多個(gè)級(jí)別，有明確標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別分別是JBOD、0、1、2、3、4、5等，其他還有6、7、10、30、50等。RAID為使用者降低了成本、增加了執(zhí)行效率，并提供了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

　　各廠商對(duì)RAID級(jí)別的定義也不盡相同。目前對(duì)RAID級(jí)別的定義可以獲得業(yè)界廣泛認(rèn)同的只有5種，JBOD、RAID 0、RAID 1、RAID 0＋1和RAID 5。

　　（廉價(jià)冗磁盤陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks, 簡(jiǎn)稱RAID）

　　a 功能：對(duì)磁盤高速存取（提速）： RAID將普通硬盤組成一個(gè)磁盤陣列，在主機(jī)寫入數(shù)據(jù)，RAID控制器把主機(jī)要寫入的數(shù)據(jù)分解為多個(gè)數(shù)據(jù)塊，然后并行寫入磁盤陣列；主機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，RAID控制器并行讀取分散在磁盤陣列中各個(gè)硬盤上的數(shù)據(jù)，把它們重新組合后提供給主機(jī)。由于采用并行讀寫操作，從而提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的存取系統(tǒng)的存取速度。

　　b 分類：RAID可分為級(jí)別0到級(jí)別6，通常稱為：RAID0，RAID1，RAID2，RAID3，RAID4，RAID5，RAID6。）

　　JBOD的含意是控制器將機(jī)器上每顆硬盤都當(dāng)作單獨(dú)的硬盤處理，因此每顆硬盤都被當(dāng)作單顆獨(dú)立的邏輯碟使用。此外，JBOD并不提供資料備余的功能。

　　（RAID0：RAID0并不是真正的RAID結(jié)構(gòu)，沒有數(shù)據(jù)冗余，RAID0連續(xù)地分割數(shù)據(jù)并并行地讀/寫于多個(gè)磁盤上。因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，但RAID0在提高性能的同時(shí)，并沒有提供數(shù)據(jù)可靠性，如果一個(gè)磁盤失效，將影響整個(gè)數(shù)據(jù)。因此RAID0不可應(yīng)用于需要數(shù)據(jù)高可用性的關(guān)鍵應(yīng)用。

　　RAID0是具有提速和擴(kuò)容的目的

　　在RAID0模式中，數(shù)據(jù)被分割為一定數(shù)量的數(shù)據(jù)塊（Chunk）交叉寫在多個(gè)硬盤上，一般的來說在RAID0系統(tǒng)中數(shù)據(jù)被分割的數(shù)量同RAID陣列所使用的硬盤的數(shù)量是有關(guān)的，比如RAID0中采用了3塊硬盤，那么數(shù)據(jù)將會(huì)被分為三份依次的寫入三個(gè)硬盤，通俗的說這種模式其實(shí)就是利用RAID技術(shù)讓系統(tǒng)認(rèn)為三塊硬盤組成一個(gè)容量更大的硬盤，因?yàn)檫@個(gè)過程沒有數(shù)據(jù)校驗(yàn)所以這種RAID模式是讀寫速度快的一種。

　　RAID0并沒有從安全性角度考慮，實(shí)際上，如果RAID0當(dāng)中的一塊硬盤壞了，所有數(shù)據(jù)都會(huì)損壞，并且沒有辦法恢復(fù)。這使得RAID0的安全性能非常差，所以很多用戶出于安全考慮沒有使用RAID0模式。雖然如此，RAID0畢竟是所有RAID方式當(dāng)中速度快的一種模式，如果RAID0模式當(dāng)中有兩塊硬盤的話，那么RAID0的存儲(chǔ)讀取數(shù)據(jù)的速度會(huì)是單個(gè)硬盤雙倍。，如果使用6塊硬盤的話，那么理論速率就是單個(gè)硬盤的6倍。如果在RAID0模式當(dāng)中使用不同的硬盤會(huì)造成兩方面的問題，首先，RAID0的有效硬盤容量會(huì)是的硬盤的容量乘上硬盤的個(gè)數(shù)，這是因?yàn)槿绻萘康牡挠脖P存滿了之后，RAID0依然會(huì)將文件平均分配到各個(gè)硬盤當(dāng)中，此時(shí)便不能完成存儲(chǔ)任務(wù)了；其次，如果RAID0當(dāng)中的硬盤速度不同，那么整體的速度會(huì)是速度慢的硬盤的速度乘上硬盤的個(gè)數(shù)，這是因?yàn)镽AID0模式是需要將上一部的存儲(chǔ)任務(wù)完成之后才能進(jìn)行下一步的進(jìn)程，這樣，其它的速度快的硬盤會(huì)停下來等待速度慢的硬盤完成存儲(chǔ)或者讀取任務(wù)，使得整體性能有所下降。所以，在這里建議使用RAID0模式的用戶選擇容量和速度相同的硬盤，是同一品牌的同種產(chǎn)品。

　　因此RAID0在嚴(yán)格意義上說不是“冗余獨(dú)立磁盤陣列”。RAID0模式一般用于需要快速處理數(shù)據(jù)但是對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性要求不高的場(chǎng)合。這種RAID模式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，而且并不需要復(fù)雜和昂貴的控制器。采用RAID0模式至少需要2塊硬盤，終得到的存儲(chǔ)容量也是這兩塊硬盤的和。

　　RAID0的隨機(jī)讀取性能：很好

　　RAID0的隨機(jī)寫入性能：很好

　　RAID0的持續(xù)讀取性能：很好

　　RAID0的持續(xù)寫入性能：很好

　　RAID0的優(yōu)點(diǎn)：快的讀寫性能，如果每塊硬盤擁有獨(dú)立的控制器性能將會(huì)更好。

　　RAID0的缺點(diǎn)：任何一塊硬盤出現(xiàn)故障所有的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失，大部分的控制器都是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，所以效能并不好。

　　RAID 0是無數(shù)據(jù)冗余的存儲(chǔ)空間條帶化，將數(shù)據(jù)以條紋化的方式存儲(chǔ)在陣列之中，實(shí)現(xiàn)性能的增強(qiáng)，但沒有數(shù)據(jù)冗余。具有低成本、極高讀寫性能、高存儲(chǔ)空間利用率的RAID級(jí)別，適用于Video / Audio信號(hào)存儲(chǔ)、臨時(shí)文件的轉(zhuǎn)儲(chǔ)等對(duì)速度要求極其嚴(yán)格的特殊應(yīng)用。但由于沒有數(shù)據(jù)冗余，其安全性大大降低，構(gòu)成陣列的任何一塊硬盤損壞都將帶來數(shù)據(jù)災(zāi)難性的損失。

　　RAID 1是兩塊硬盤數(shù)據(jù)完全鏡像，數(shù)據(jù)條紋化的頭一半是原始數(shù)據(jù)，后一半是數(shù)據(jù)鏡像，但被寫往RAID 1陣列中的第二個(gè)磁盤，RAID 1少需要2個(gè)磁盤。，安全性好，技術(shù)簡(jiǎn)單，管理方便，讀寫性能均好，但其無法擴(kuò)展（單塊硬盤容量），數(shù)據(jù)空間浪費(fèi)大。專門針對(duì)性能要求高的應(yīng)用。

　　RAID 0＋1綜合了RAID 0和RAID 1的特點(diǎn)，獨(dú)立磁盤配置成RAID 0，兩套完整的RAID 0互相鏡像。它的讀寫性能出色，安全性高，但構(gòu)建陣列的成本投入大，數(shù)據(jù)空間利用率低，不能稱之為經(jīng)濟(jì)高效的方案。

　　RAID 3使用一個(gè)“奇偶”磁盤來存儲(chǔ)冗余信息。奇偶磁盤物理上與數(shù)據(jù)磁盤相隔離。

　　RAID 5使用一個(gè)“奇偶”磁盤來存儲(chǔ)冗余信息。實(shí)際上，包括奇偶信息在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)都以條紋化的形式存儲(chǔ)到陣列中的所有磁盤上（沒有物理上隔離的奇偶磁盤）。當(dāng)對(duì)一個(gè)陣列執(zhí)行RAID 5保護(hù)時(shí)，陣列要減去一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的容量（用于存儲(chǔ)奇偶數(shù)據(jù)）。少要求3個(gè)磁盤。RAID 5是目前應(yīng)用廣泛的RAID技術(shù)。各塊獨(dú)立硬盤進(jìn)行條帶化分割，相同的條帶區(qū)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)（異或運(yùn)算），校驗(yàn)數(shù)據(jù)平均分布在每塊硬盤上。以n塊硬盤構(gòu)建的RAID 5陣列可以有n－1塊硬盤的容量，存儲(chǔ)空間利用率非常高（見圖1）。任何一塊硬盤上數(shù)據(jù)丟失，均可以通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出來。RAID 5具有數(shù)據(jù)安全、讀寫速度快，空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛，但不足之處是1塊硬盤出現(xiàn)故障以后，整個(gè)系統(tǒng)的性能大大降低。

圖 2 RAID 5實(shí)現(xiàn)方式

　　從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式上說，RAID技術(shù)可以通過軟件和硬件兩種方式實(shí)現(xiàn)，隨著硬件系統(tǒng)能力不斷提升，軟件RAID實(shí)現(xiàn)方式越來越成為主流的選擇。

　　標(biāo)準(zhǔn)的RAID寫操作，如RAID5中所必需的校驗(yàn)計(jì)算，需包括以下幾個(gè)步驟：

　　1）以校驗(yàn)盤中讀取數(shù)據(jù)

　　2）以目標(biāo)數(shù)據(jù)盤中讀取數(shù)據(jù)

　　3）以舊校驗(yàn)數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)及已存在數(shù)據(jù)，生成新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　4）將新校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入校驗(yàn)盤

　　5）將新數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)盤

　　當(dāng)主機(jī)將一個(gè)待寫入陣列RAID組中的數(shù)據(jù)發(fā)送到陣列時(shí)，陣列將該數(shù)據(jù)保存在緩存中并立即主機(jī)該數(shù)據(jù)的寫入工作已完成。該數(shù)據(jù)寫入到陣列硬盤的工作由陣列控制完成，該數(shù)據(jù)可繼續(xù)存放在Cache中直到Cache滿，而且要為新數(shù)據(jù)騰出空間而必須刷新時(shí)或陣列需停機(jī)時(shí)，控制器會(huì)及時(shí)將該數(shù)據(jù)從Cache寫入陣列硬盤中。這種緩存回寫技術(shù)使得主機(jī)不必等待RAID校驗(yàn)計(jì)算過程的完成，即可處理下一個(gè)讀寫任務(wù)，這樣，主機(jī)的讀寫效率大為增加。當(dāng)主機(jī)命令將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入硬盤，則陣列控制器將該數(shù)據(jù)寫入緩存上面的位置，只有新數(shù)據(jù)才會(huì)被控制器按Write-Back Cache的方式寫入硬盤。

　　a）連接磁盤陣列存儲(chǔ)

　　實(shí)現(xiàn)方式：使用服務(wù)器連接磁盤陣列，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到陣列上有容錯(cuò)功能的硬盤上。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1）磁盤陣列特有的數(shù)據(jù)冗余功能，可以保護(hù)陣列中的硬盤在發(fā)生故障不會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器無法訪問到數(shù)據(jù)，并可在不影響工作的情況（不停機(jī)）從其他硬盤恢復(fù)回?cái)?shù)據(jù)。整個(gè)過程對(duì)用戶透明。

　　2）除了硬盤的容錯(cuò)保護(hù)，陣列中的其他硬件設(shè)備也提供了完全的保護(hù)（電源、風(fēng)，扇、陣列狀態(tài)監(jiān)控），為數(shù)據(jù)提供一個(gè)良好的存儲(chǔ)環(huán)境。

　　3）磁盤陣列提供高達(dá)160MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，完全可以滿足視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。并且陣列有單獨(dú)的專用I/O處理器處理視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，大大減輕了服務(wù)器CPU的負(fù)擔(dān)。

　　4）磁盤陣列可以在線擴(kuò)充存儲(chǔ)空間（不需要重啟服務(wù)器或陣列），并且還可以級(jí)連磁盤柜，擴(kuò)展連接硬盤的數(shù)量，并提高更高的存儲(chǔ)空間。為以后的升級(jí)帶來方便，保護(hù)用戶投資。

　　缺點(diǎn)：磁盤陣列投資稍高，但考慮到視頻監(jiān)控的特點(diǎn)，不失為一種很好的選擇。

　　b）使用NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備

　　實(shí)現(xiàn)方式：把專用的NAS網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備連接到各數(shù)據(jù)處理點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的NAS設(shè)備上。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1）NAS設(shè)備有一定的容錯(cuò)功能，可以提供硬盤的數(shù)據(jù)冗余。

　　2）NAS有自己的操作系統(tǒng)，可以防止因?yàn)橹鳈C(jī)宕機(jī)而無法訪問到數(shù)據(jù)。

　　缺點(diǎn)：1）由于直接通過網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)流較大，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較重，可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)繁忙而使視頻監(jiān)控有停頓。

　　c）使用SAN網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

　　實(shí)現(xiàn)方式：服務(wù)器和光纖存儲(chǔ)設(shè)備連接光纖通訊設(shè)備，組成光纖存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通過光纖存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存入光纖存儲(chǔ)設(shè)備。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1）光纖磁盤陣列有全面的容錯(cuò)功能，從硬盤的數(shù)據(jù)冗余，到電源、風(fēng)扇的硬件設(shè)備冗余，保證了數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定。

　　2）光纖網(wǎng)絡(luò)提供高達(dá)2GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，光纖磁盤陣列有單獨(dú)的處理器處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

　　3）提供高容量的存儲(chǔ)空間，擴(kuò)展方便。

　　缺點(diǎn)：1）投資比較昂貴

　　4　技術(shù)特性

　　4.1 NAS

　　基于Linux操作系統(tǒng)，安全穩(wěn)定

　　DOM技術(shù)，系統(tǒng)免受病毒侵?jǐn)_

　　大于1T的的存儲(chǔ)容量，以及更高的性價(jià)比

　　支持RAID0、1、5和JBOD，更有效保證數(shù)據(jù)安全

　　支持備份軟件，兩級(jí)存儲(chǔ)，避免網(wǎng)絡(luò)異常造成的影響

　　為監(jiān)控特殊定制的功能，包括按路存儲(chǔ)、圖象文件管理等技術(shù)

　　更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，平滑擴(kuò)容，升級(jí)方便

　　回放到桌面，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以方便的回放、管理監(jiān)控系統(tǒng)

　　4.2 NAS指標(biāo)