摘 要： 文章主要叙述了硬盘播出系统采用的RAID(独立磁盘冗余阵列)技术。介绍了RAID的优点、分类及其在视频服务器中的应用。
关键词： RAID技术 硬盘 视频服务器 磁盘驱动器 存储技术
1 引言
在20世纪80年代末，随着RAID的出现，存储技术进入了一个新的时代。
RAID是美国加州大学伯克利分校的D.A. Pattorson教授在1988年提出的。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，直译为“廉价磁盘冗余阵列”，也简称为“磁盘阵列”。后来RAID
中的I被改为Independent，RAID就成了“独立磁盘冗余阵列”。但这只是名称的变化，实质性的内容并没有改变。通俗地讲，RAID技术是将多个硬盘进行组合应用，以实现存取效率和安全性的大幅度提高。因此，RAID现在成为视频服务器的核心技术之一也就不足为奇了。
2 RAID 的优点
RAID的优点具体表现如下。
2.1 传输速率高
在RAID中，由于多个磁盘驱动器可以同时并行传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又呈现为一个磁盘驱动器，以便于操作系统管理。所以使用RAID可以达到几倍、几十倍，甚至上百倍单个磁盘驱动器的速率。这也是RAID最初想要达到的目的。因为当时CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率又无法大幅提高，所以需要有一种技术解决二者之间的矛盾。这是RAID技术得以成功的最重要原因。
2.2 提供容错能力
由于普通磁盘驱动器无法提供容错功能，写在磁盘上的CRC(循环冗余校验)码的技术只是一种软件技术，而RAID容错能力是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错上的，所以它所提供的安全能力是软件容错技术所无法做到的。
3 RAID 的分类
RAID技术按硬盘的组合方式不同，以Level（级别）进行区别，各级别并不代表技术的先进与否，只是有着各自的优缺点，由用户根据不同的需求来选择合适的级别。
3.1 RAID 0
RAID 0需要至少两个以上的硬盘。它是没有任何保护的，只是将两个或多个相同型号及容量的硬盘组合起来，如图1。当系统读取数据时，它可以同时从所有硬盘（同一个阵列里）上读出数据，速度比一个硬盘快得多。RAID 0是为提高对硬盘的读写速度而设计的，没有任何数据保护能力。RAID 0磁盘阵列的总容量为各个硬盘容量之和。
图1 RAID 0磁盘组合阵列
3.2 RAID 1
RAID 1是由2的倍数的硬盘组合起来的，如图2
图2 RAID 1磁盘组合阵列
RAID 1至少要有两个（只有两个）硬盘才能组成，因此也称为镜像（Mirroring）方式。每个文件的数据分为N/2 ，并行存储到RAID 1中 ，其中磁盘N和磁盘Na存储的是相同的信息。所谓镜像就是每两个硬盘的内容一模一样，但是对于整个RAID 1系统，对操作系统而言只呈现一个硬盘，以便于管理。由此可见，RAID 1对数据进行了完全的备份，其可靠性是最高的。当然，其数据的写入时间可能会稍长一点，但因为两个镜象硬盘可以同时读取数据，故读数据与RAID 0一样。磁盘阵列的总容量为其中N/2块硬盘的容量。
3.3 RAID 2
RAID 2又叫纠错海明码磁盘阵列，见图3。磁盘阵列中的第1个，第2个，第4个，……，第2n个硬盘是专门的校验盘，用于校验和纠错。例如7个硬盘的RAID 2，第1，2，4个硬盘是校验盘，其余的用于存放数据。使用的硬盘越多，校验盘在其中所占的百分比越少。RAID 2对大数据量的输入输出有很高的性能，对少量数据的输入输出性能不好，因此RAID 2实际使用较少。
图3 RAID 2磁盘组合阵列
3.4 RAID 3
RAID 3 是最常使用的硬盘阵列技术，见图4。RAID 3至少需要3个硬盘。其数据被分割成相同大小的N条（stripe），经奇偶校验，共产生第N＋1条数据，并行存储于阵列中的硬盘上。第〖WTBX〗N〖WT〗＋1个硬盘被固定为存储校验值的硬盘。如果其中一个硬盘损坏，用户可用新的硬盘带电热更换，RAID控制器会根据其他硬盘上的数据自动在新硬盘上重构数据，并存储在新硬盘里。RAID 3的总容量为各个硬盘容量之和减去一块硬盘的容量。
图4 RAID 3磁盘组合阵列
3.5 RAID 5
RAID 5的物理构成方式类似于RAID 3，也是至少需要3个硬盘。其数据的分割方法与RAID 3一样，与RAID 3不同的是：不采用一个固定的硬盘来存储校验值，所有数据和校验值都分布在所有硬盘上。RAID 5与RAID 3一样，其硬盘阵列的总容量也是各个硬盘容量之和减去一块硬盘的容量。RAID 5与RAID 3 一样提供相仿的安全性，即其中一个硬盘损坏，数据不会丢失，且可用新硬盘热更换，并自动在新硬盘上重构、存储数据。
4 视频服务器的硬盘阵列
目前广电行业采用的视频服务器的磁盘阵列一般为RAID 3与RAID 5。RAID 1 一般用于非编网络。
例如我台新闻频道播出系统现在使用的PDR300型视频服务器所配的PRS250型RAID 3硬盘阵列，共有20个硬盘，构成4个组，每个组由5个硬盘构成，如图5所示。
图5 PRS250型RAID 3磁盘阵列
图5有A0～E0、A1～E1、A2～E2、A3～E3共4组，每组中的4个为数据盘，数据分段记录在这4个数据盘上，在将其进行奇偶校验后存储在第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工作，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，从而提高了PDR300 的数据安全性，进而提高了整机的可靠性。
新一代PVS-1 000型视频服务器所配的PFC-500型RAID 3磁盘阵列每个机箱可安装10个36 GB或73 GB的硬盘，组成一组RAID 3阵列，如图6所示。当硬盘以10个为单位进行容量扩充时，不必重建文件系统，即原有记录在硬盘上的素材不会丢失，这是以往磁盘阵列所不具备的功能。
图6 PFC-500型RAID 3磁盘阵列
海易Seachange 硬盘播出系统中每一节点（视频服务器）有8个，12个，16个一组的不同型号的RAID 5硬盘阵列。
