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1、第1页，此课件共39页哦学习目标学习目标硬盘技术RAID技术 磁盘阵列视频监控系统的图像数据存储1234第2页，此课件共39页哦 硬盘结构硬盘结构主轴马达(Spindle Motor)磁头基座(Base Plate)磁头停放区(Parking Zone)盘片(Media)传动部件接口第3页，此课件共39页哦F容量容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位F单碟容量：单碟容量：硬盘都是由一个或几个盘片组成的，单碟容量就是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量 F转速转速：即主轴马达转动速度，单位为RPM（Round Per Minute)，即每分钟盘片转动圈数F缓存缓存：是硬盘控制器上的一块
2、内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部盘片和外部接口之间的缓冲器常用指标硬盘的主要指标硬盘的主要指标（一）（一）常用指标第4页，此课件共39页哦F平均访问时间平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据所需的平均时间F平均寻道时间：磁头寻找目标数据所在磁道所需的平均时间F平均潜伏时间：当磁头移动到数据所在的磁道后，等待指定的数据扇区转动到磁头下方的时间F数据传输率数据传输率：F内部数据传输率：数据从盘片表面传输到硬盘的缓存的速率F外部数据传输率：数据从硬盘的缓存读出到外部总线的速率FMTBFMTBF：MeanTimeBetweenFailure，平均无故障时间硬盘的主要指标硬盘的主要指标（二）（二）
3、常用指标第5页，此课件共39页哦硬盘类型及接口硬盘类型及接口SASSASSATASATAFCFCSCSISCSIATA/IDEATA/IDELCLCSCSC硬盘类型接口视图第6页，此课件共39页哦硬盘发展历史及趋势硬盘发展历史及趋势时间点时间点容容量量FC硬盘硬盘 100GB 300GB 750GB 1000GB146GB300GBSAS硬盘硬盘250GB 400GB 500GB 750GB1000GBSATA硬盘硬盘73GB 300GB146GB 500GB73GB 300GB146GB 19982008SCSI硬盘硬盘73GB第7页，此课件共39页哦硬盘接口发展趋势硬盘接口发展趋势SCSI
4、-2 SCSI-3FC-AL100MB/S perPortFC-AL200MB/S perPortSynchronous SCSI 5MB/sFastWide SCSI 10/20MB/sUltra SCSI20/40MB/sUltra2 SCSI40/80MB/sUltra160SCSI160MB/sUltra320 SCSI320/MB/s SAS300MB/s per port SATA SATA IISerial ATA150MB/sSerial ATA II300MB/sFC-AL400MB/S perPort串行串行并行并行第8页，此课件共39页哦硬盘各类接口间的对比硬盘各类接口间
5、的对比ATASATASCSISASFC转速（RPM）7,2007,20015,00015,00015,000缓存（兆）8/168/168/168/168/16串行/并行并行串行并行串行串行硬盘主流容量（GB）250750300300300MTBF600,0001,200,0001,400,0001,400,0001,400,000第9页，此课件共39页哦学习目标学习目标硬盘技术RAID技术 磁盘阵列视频监控系统的图像数据存储1234第10页，此课件共39页哦RAIDRAID出现原因出现原因 计算机发展初期，大容量硬盘价格非常高，而需要存储的数据量越来越大容量容量性能性能CPU运算速度飞速提高，
6、数据读写速度不应该成为计算机系统处理的瓶颈信息时代，数据对企业和个人的重要性越来越大，数据存储安全更需要保障RAID可靠性可靠性第11页，此课件共39页哦RAIDRAID定义定义 RAID RAID（Redundant Array of Independent DisksRedundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，）即独立磁盘冗余阵列，RAIDRAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。根据不同的组合方式可以分为不同的了硬盘
7、的读写性能和数据安全性。根据不同的组合方式可以分为不同的RAIDRAID级级别别RAID 0数据条带化，无校验RAID 1数据镜像，无校验RAID 3数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘RAID 5数据条带化，校验信息分布式存放RAID 10RAID 0和RAID 1的结合，同时提供数据条带化和镜像RAID 50先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能第12页，此课件共39页哦RAIDRAID、逻辑卷的形成过程、逻辑卷的形成过程 物理磁盘物理磁盘RAID第13页，此课件共39页哦RAIDRAID、逻辑卷的形成过程、逻辑卷的形成过程 物理磁盘物理磁盘逻辑卷逻辑卷RAID
8、LUN1LUN1LUN2LUN2LUN3LUN3分割分割第14页，此课件共39页哦RAIDRAID级别级别 RAID 0 RAID 0 DHLCGKBFJ定义：定义：RAID0RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Striped Disk Array without Fault ToleranceTolerance），以条带形式将），以条带形式将RAIDRAID组的数据均匀分布在各个硬盘中组的数据均匀分布在各个硬盘中ABCDEFGH数据AEI第15页，此课件共39页哦RAIDRAID级别级别 RA
9、ID 1 RAID 1 RAID 1 RAID 1 定义：定义：RAID 1RAID 1又称镜像（又称镜像（MirrorMirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘EDCBAEDCBAABCDE=数据第16页，此课件共39页哦RAIDRAID级别级别 RAID 3 RAID 3 定义：定义：RAID 3RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parityParalleled transfer with parity），数据），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存
10、放校验数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验数据 D0C0B0A0D1C1A1B1D2C2A2B2P DP CP AP BABCD异或运算异或运算数据盘校验盘第17页，此课件共39页哦RAIDRAID级别级别 RAID 5 RAID 5 定义：定义：RAID 5RAID 5与与RAID 3RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上，机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAIDRAID成员硬成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID 5RAID 5是最常
11、是最常用的用的RAIDRAID方式之一方式之一P4A3A2A1A0B4P3B2B1B0C4C3P2C1C0D4D3D2P1D0E4E3E2E1P0异或运算异或运算A0B0C0D0A1B1C1E1A2B2D2校验信息Px分布式存储数据第18页，此课件共39页哦RAIDRAID组合级别组合级别 RAID 10 RAID 10 定义：定义：RAID 10RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的是将镜像和条带进行两级组合的RAIDRAID级别，第一级是级别，第一级是RAID1RAID1镜像对，第二镜像对，第二级为级为RAID 0RAID 0。RAID10RAID10也是一种应用比较广泛的也是一种应用
12、比较广泛的RAIDRAID级别。级别。ABCDEFGHAACBBCDDEEFFGGHH第19页，此课件共39页哦RAIDRAID组合级别组合级别 RAID 50 RAID 50 P13F1定义：定义：RAID 50RAID 50是将是将RAID5RAID5和和RAID 0RAID 0进行两级组合的进行两级组合的RAIDRAID级别，最低一级是级别，最低一级是RAID 5RAID 5，第，第二级为二级为RAID 0RAID 0A2P02A1A0B2B1P01B0P03C1C0P00异或运算异或运算A0B0D0E0A1C0D1F0B1C1D2P12D1D0E2E1P11E0F0P10硬盘0硬盘1硬
13、盘2硬盘3硬盘4硬盘5异或运算异或运算第20页，此课件共39页哦学习目标学习目标硬盘技术RAID技术 磁盘阵列视频监控系统的图像数据存储1234第21页，此课件共39页哦磁盘阵列包括两大主要部件：控制器和磁盘柜控制器是磁盘阵列的“大脑”，主要部件为处理器和缓存，最先主要实现简单IO操作、RAID管理功能，随着技术发展，能够提供各种各样的数据管理功能，如快照、镜像、复制等磁盘柜包含了多块的磁盘，本身既没有处理器，也没有缓存，RAID及数据管理功能通过控制器实现磁盘阵列磁盘阵列 控制器磁盘柜磁盘电缆第22页，此课件共39页哦常见磁盘阵列常见磁盘阵列 常见的磁盘阵列组成部分：常见的磁盘阵列组成部分：
14、控制器模块+磁盘柜控制器和磁盘柜一体控制器和磁盘柜一体磁盘阵列=控制器磁盘扩展柜(JBOD)磁盘阵列=+控制器和磁盘柜分离控制器和磁盘柜分离第23页，此课件共39页哦常见磁盘阵列分类常见磁盘阵列分类 F按控制器数量按控制器数量FJBOD：无控制器，通常用于扩展柜或者与主机端RAID结合使用F双控制器阵列：如IX5000sF多控制器阵列：如IX5000F按对外接口按对外接口FSCSI阵列FFC阵列FiSCSI阵列F第24页，此课件共39页哦控制器缓存工作模式控制器缓存工作模式 前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存 写缓存主机写入主机写入数据流
15、数据流反馈反馈写写OKOKWrite-backWrite-back回写回写主机写入主机写入数据流数据流反馈反馈写写OKOKWrite-throughWrite-through透写透写磁盘第25页，此课件共39页哦控制器的缓存保护技术控制器的缓存保护技术 FCFC或或IP(GE)IP(GE)缓存缓存(Cache)(Cache)CPUCPUCPUCPU后端总线后端总线磁盘磁盘FCFC或或IP(GE)IP(GE)缓存缓存(Cache)(Cache)CPUCPUCPUCPU后端总线后端总线CacheCache电池电池FCFC或或IP(GE)IP(GE)缓存缓存(Cache)(Cache)CPUCPUC
16、PUCPU后端总线后端总线阵列内置阵列内置UPSUPS三种常见控制器Cache保护设计电池保护电池保护CacheCache内置内置UPSUPS保护控制器保护控制器外置外置UPSUPS保护整机保护整机阵列外置阵列外置UPSUPS第26页，此课件共39页哦控制器缓存镜像控制器缓存镜像前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存1、主机数据写入缓存；2、缓存数据进行异或运算，产生校验数据；第27页，此课件共39页哦控制器缓存镜像控制器缓存镜像前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存1、主机数据
17、写入缓存；2、缓存数据进行异或运算，产生校验数据；3、将校验数据添加到缓存；第28页，此课件共39页哦控制器缓存镜像控制器缓存镜像前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存前端总线系统缓存CPUCPU后端总线读缓存写缓存1、主机数据写入缓存；2、缓存数据进行异或运算，产生校验数据；3、将校验数据添加到缓存；4、将缓存数据复制到目标控制器；5、目标控制器处理完数据和校验数据返回消息；6、源控制器返回主机消息，操作完毕。OKOK第29页，此课件共39页哦学习目标学习目标硬盘技术RAID技术 磁盘阵列视频监控系统的图像数据存储1234第30页，此课件共39页哦存储主要架构存储主要架构存储系统的
18、分类如下：存储系统的分类如下：封闭系统的存储 封闭系统主要指大型机 开放系统的存储内置存储外置存储直接附加存储（DAS）存储区域网络（SAN）网络附加存储（NAS）基于iSCSI协议的IP SAN基于FC协议的FC SAN开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统 如：DVR的存储方式第31页，此课件共39页哦视频监控系统的图像数据存储内置存储视频监控系统的图像数据存储内置存储 内置存储DVR视频数据的存储结构：目前所有嵌入式DVR和绝大部分PC式DVR采用的存储架构由于成本原因，多使用IDE硬盘和EIDE硬盘总线（BUS）完成硬盘控制和扩展功能。DVR根据硬盘地址顺序规
19、划逻辑盘符。图像数据根据盘符顺序，依次写入硬盘。DVR的主控电路板的主控电路板视频存储数据视频存储数据流流EIDE 1EIDE 2Master主盘Slave 从盘Master主盘Slave 从盘EIDE 3Master主盘Slave 从盘EIDE 4Master主盘Slave 从盘12345678DVRDVR硬盘录像机硬盘录像机第32页，此课件共39页哦采用内置存采用内置存储(DVR)的的问题非专业非专业不可靠不可靠桌面级IDE硬盘，可靠性差单块硬盘压力大，故障率高无RAID冗余技术，硬盘损坏后数据丢失不可恢复系统本身自带硬盘存储容量小，扩展性差散热差，长期运行风险大数据分散，数据分散，无法集
20、中管理无法集中管理两两大大弊弊端端系统维护困难，成本高难以实现视频图像的集中检索和查阅无法防止监守自盗，内外串通作案第33页，此课件共39页哦视频监控系统的图像数据存储视频监控系统的图像数据存储DAS 2/4/8/12/16 路视音频输入路视音频输入监控客户端监控客户端监控客户端监控客户端外挂磁盘柜外挂磁盘柜PC式DVR第34页，此课件共39页哦视频监控系统的图像数据存储视频监控系统的图像数据存储DAS ADSLDVSDVSLAN/PPPOEVDSLDVR/DVSLAN/城域网城域网DVR/DVS视频服务器视频服务器磁盘柜/DAS磁盘柜/DAS监控客户端实时视频数据流视频数据流存储存储视频数据
21、调阅嵌入式DVR/DVS第35页，此课件共39页哦采用采用DAS 存储方式的问题存储方式的问题DAS（Direct Attached Storage 直接附加存储）存储架构是比较早的存储形式。在视频监控应用中，它是通过硬盘录像机或服务器，直接连接磁盘阵列柜实现存储的模式。扩展性差 在保证存储系统性能的前提下，一般一台服务器至多只能连接两台阵列，其扩展性无法 满足大规模监控系统产生的海量数据存储需要资源利用率低，无法实现存储资源的共享 DAS方式的存储使得存储空间无法充分利用，存在浪费。部分应用的存储空间不够用，另一些却有大量的存储空间闲置的不均衡情况。可管理性差 管理分散繁琐，无法集中异构化严
22、重 DAS方式使得企业在不同阶段采购了不同型号不同厂商的存储设备，设备之间异构化现象严重，维护成本居高不下第36页，此课件共39页哦视频监控系统的图像数据存储视频监控系统的图像数据存储NAS由NAS设备提供统一的存储空间，是基于“文件级”的存储方式,适用于重要监控图像资料的备份。NAS用于视频监控系统图像在线存储的问题：访问效率低NAS（网络附属存储）只能以“文件”为单位，且通过至少两次文件格式转换才完成数据的读写，一定程度上影响了访问效率和应用模式。大容量NAS成本高大容量的高端NAS设备价格高昂，且后期扩展费用也很高。LAN网络服务网络服务(TCP/IP)卷管理卷管理文件系统文件系统CIF
23、S/NFSRAID控制器控制器disks管理NAS第37页，此课件共39页哦视频监控系统的图像数据存储视频监控系统的图像数据存储SAN ADSLDVSDVSLAN/PPPOEVDSLDVR/DVSLAN/城域网城域网DVR/DVS视频服务器视频服务器监控客户端实时视频数据流视频数据流存储存储视频数据调阅SAN第38页，此课件共39页哦FC SAN架构架构 主机主机主机主机FC HBAFC HBAFC FC HBAHBAFCFC交换机交换机FCFC阵列阵列FC作为一个强调效率但缺乏管理功能的协议，其兼容性、可管理性远低于IPFC SAN存储设备的主要问题在于：成本高昂：FC交换机、FC HBA卡相比以太网交换机、普通网卡价格高昂，连接复杂。特别对于有海量存储需求的监控项目，采用FC SAN存储成本太高管理困难，维护成本高：由于FC协议的封闭性，了解和掌握的人员较少，需专业技术人员进行支持，后期维护成本高。第39页，此课件共39页哦