多級存儲技術(shù)及光盤庫在實(shí)際工程中的應(yīng)用探討

許 靜（中國建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院， 北京 100044）

1 概述

隨著光存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們對數(shù)據(jù)安全性和可查詢性的要求不斷提高，光盤庫作為一種海量、安全的信息存儲設(shè)備，正發(fā)揮著越來越重要的作用。

在我們所做的銀行類項(xiàng)目中，使用方往往對業(yè)務(wù)區(qū)域的數(shù)字視頻監(jiān)控圖像要求保存的年限較長，如要求保存15年。通常情況下，為了獲得清晰連續(xù)的圖像，所要求的圖像像素?cái)?shù)一般為720×576，幀率為25幀/s， 所以每路視頻圖像需占用的存儲空間為 2Mbit/s。

由此，可得出每路視頻圖像：

每小時(shí)所占用的存儲空間為：2Mbit/s ÷8 × 60（s） × 60（min） = 900Mb Byte ；

每天所占用的存儲空間就是900MB× 24（h） = 21600MB =21GB

以某銀行為例：其資金部交易室的攝像機(jī)數(shù)量為25臺、投資托管區(qū)的攝像機(jī)數(shù)量為24 臺、TA代銷區(qū)的攝像機(jī)數(shù)量為2臺，整個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)域?qū)嶋H攝像機(jī)數(shù)量為51臺；使用方要求錄像存儲像素?cái)?shù)不低于720×576，幀率不低于25幀/s，錄像存儲時(shí)間為15年。為了滿足使用需求，實(shí)際所需的存儲空間如下：

每天存儲的空間容量為：51 ×21GB = 1071GB

每年存儲的空間容量為：365 × 1071GB = 390915GB =381TB

15年存儲的空間容量為：15 × 381TB = 5715 TB

面對如此大量的數(shù)據(jù)，如果全部采用企業(yè)級磁盤存儲產(chǎn)品或企業(yè)級磁帶存儲產(chǎn)品來存儲所有數(shù)據(jù)，費(fèi)用非常高，占地面積大，也沒有必要，因此引入了多級存儲技術(shù)及光盤庫設(shè)備。

2 選用合理的多級存儲設(shè)備

2.1 多級存儲的概念

通常第一級存儲是采用高速的磁盤陣列，一般稱為在線存儲（Online）；第二級存儲是采用可網(wǎng)絡(luò)管理的光盤庫（光盤采用可10萬次擦寫的BD-RE/DVD-RAM），一般稱為近線存儲（Nearline）；第三級存儲以前通常為磁帶，一般稱為離線存儲（Offline）。但隨著光存儲技術(shù)的發(fā)展和普及，光盤已經(jīng)成為了離線存儲發(fā)展的趨勢，采用光盤作為第三級存儲也已廣泛地深入人心，用戶可以輕易地從二級光盤庫中取出光盤作為離線保存，在需要使用時(shí)再放回到光盤庫中。

2.2 目前主流的存儲設(shè)備

目前主流的存儲設(shè)備有三種：光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列。

2.2.1 概念介紹

1）光盤庫：是一種帶有自動換盤機(jī)構(gòu)（機(jī)械手）的光盤網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備。光盤庫一般配置有1～ 6臺CD-ROM驅(qū)動器，可容納100～ 600片光盤。光盤庫通過高速SCSI端口與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器相聯(lián)，光盤驅(qū)動器通過自身接口與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。用戶訪問光盤庫時(shí)，自動換盤機(jī)構(gòu)首先將驅(qū)動器中的光盤取出并放置到盤架上的指定位置，然后再從盤架中取出所需的光盤并送入驅(qū)動器中，光盤的存取速度幾乎接近硬盤的速度。其特點(diǎn)是：安裝簡單、使用方便，并支持幾乎所有的常見網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及各種常用通訊協(xié)議。由于光盤庫普遍使用的是標(biāo)準(zhǔn)EIDE光驅(qū)，所以維護(hù)更換與管理非常容易，同時(shí)還降低了成本和價(jià)格。又因光盤庫普遍內(nèi)置有高性能處理器、高速緩存器、快速閃存、動態(tài)存取內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)控制器等智能部件，使得其信息處理能力更強(qiáng)。

2）磁帶庫：是像自動加載磁帶機(jī)一樣的基于磁帶的備份系統(tǒng)，磁帶庫由多個(gè)驅(qū)動器、多個(gè)槽、機(jī)械手臂組成，并可由機(jī)械手臂自動實(shí)現(xiàn)磁帶的拆卸和裝填。其特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)存儲量大，在備份效率和人工占用方面擁有無可比擬的優(yōu)勢。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，磁帶庫通過存儲局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可形成網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)，為企業(yè)存儲提供有力保障，是數(shù)據(jù)倉庫、ERP等大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的良好存儲設(shè)備。

3）磁盤陣列：是一種把若干硬磁盤驅(qū)動器按照一定要求組成一個(gè)整體，整個(gè)磁盤陣列由陣列控制器管理的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：通過將多個(gè)硬磁盤驅(qū)動器在邏輯上定義為一個(gè)磁盤驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)在多個(gè)磁盤上同時(shí)存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量及傳輸速率；通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)，可以提供容錯(cuò)功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。

2.2.2 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

表1 光盤庫、磁帶庫及磁盤陣列的性能對比

2.3 多級存儲設(shè)備的選擇

2.3.1 多級存儲的主要目的

1）可大量擴(kuò)充性能價(jià)格比較高的存儲空間；

2）使不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)得到保護(hù)性存儲；

3）同時(shí)要兼顧數(shù)據(jù)的存取速度；

4）運(yùn)行維護(hù)成本要較低。

2.3.2 對三種主流存儲設(shè)備的分析

從上述四點(diǎn)出發(fā)，我們來分析一下目前主流的三種存儲設(shè)備：磁盤陣列、磁帶庫及光盤庫。

首先磁盤陣列滿足了第1）、第3）點(diǎn)，由于其存儲介質(zhì)采用的仍是磁盤，因此對于數(shù)據(jù)的保護(hù)而言，損壞的概率依然很大；其每分鐘高達(dá)7200轉(zhuǎn)或以上的轉(zhuǎn)速及夜以繼日地運(yùn)轉(zhuǎn)會造成機(jī)械的損耗，而且震動會使磁盤和磁頭碰撞造成磁盤的損傷，同時(shí)磁盤系統(tǒng)的耗電量和定期更新?lián)p壞的磁盤等運(yùn)維成本都比較高。雖然磁盤的存取速度比較高，但對于多級存儲而言，保存的歷史數(shù)據(jù)本身是屬于不需要頻繁訪問的數(shù)據(jù)，因此用戶可以采用秒級的存取數(shù)據(jù)的設(shè)備來取得數(shù)據(jù)。

磁帶庫只可以滿足第1）點(diǎn)，對于磁帶所保存的數(shù)據(jù)，由于受存儲介質(zhì)的影響，其保存數(shù)據(jù)的期限相當(dāng)有限，通常為5～ 8年，而且必須在恒溫恒濕的環(huán)境中，否則磁帶很容易損壞；而且磁帶庫的數(shù)據(jù)檢索速度都是分鐘級的，線性的倒帶速度使其并不合適作為二級存儲介質(zhì)；同時(shí)磁帶庫系統(tǒng)的耗電量和占用空間都較大，為了維護(hù)數(shù)據(jù)，磁帶每5～ 8年需要翻錄一次，而且磁帶庫設(shè)備需要特殊的機(jī)房環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備，因此其運(yùn)行維護(hù)成本很高。

光盤庫同時(shí)滿足了以上四點(diǎn)，單臺藍(lán)光光盤庫的容量都是數(shù)十甚至上百TB級的，因此非常合適作為主磁盤系統(tǒng)空間的擴(kuò)充；光盤的保存壽命長達(dá)15～ 20年，非常適合作為保護(hù)性存儲的介質(zhì)；光盤庫的存取速度為秒級，從取盤到讀取數(shù)據(jù)只需要3～ 5s，藍(lán)光驅(qū)動器的讀盤速度也達(dá)到了16MB/s以上，速度完全有保證；而且光盤庫系統(tǒng)的耗電量和定期更新?lián)p壞的光盤等運(yùn)維成本較低，且光盤可以在通常的環(huán)境下保存，維護(hù)成本幾乎為零。

3 選用合理的光盤庫及其盤片

3.1 目前現(xiàn)狀

目前市場上主流的光盤庫主要有藍(lán)光光盤庫和DVD光盤庫。藍(lán)光光盤單張刻錄容量約為50GB，市場價(jià)約為120元/張；DVD光盤單張刻錄容量約為4.7GB；市場價(jià)約為4.2元/張。

3.2 方案對比

1） 以前述的某銀行為例，刻錄張數(shù)對比見表2。

表2 刻錄張數(shù)對比

通過以上數(shù)量對比，藍(lán)光光盤的數(shù)量明顯少于DVD光盤，極大的節(jié)約了光盤存放空間。

2）DVD每張光盤的刻錄時(shí)間約為5min，藍(lán)光光盤每張刻錄的時(shí)間約為25min，按照每天、每年所需刻錄的數(shù)量計(jì)算，其刻錄時(shí)間對比如表3所示。

表3 刻錄時(shí)間對比

通過以上數(shù)量對比，藍(lán)光光盤的刻錄效率明顯高于DVD光盤。

3） 整個(gè)生命周期經(jīng)濟(jì)性對比

（1）兩種光盤庫建設(shè)期投資對比見表4。

表4 兩種光盤庫建設(shè)期投資對比

（2）使用期記錄材料以及保存設(shè)備投資對比。

根據(jù)上面計(jì)算的數(shù)量，我們以15年保存量計(jì)算，兩種光盤庫所需費(fèi)用對比見表5。

表5 兩種光盤庫保存15年所需費(fèi)用對比

從上面的數(shù)據(jù)來看，要保存15年的數(shù)據(jù)，DVD光盤庫耗材合計(jì)約為2036萬；藍(lán)光光盤庫約為1549萬。通過以上兩者的比較，很明顯，就15年的保存而言，在使用的經(jīng)濟(jì)上，DVD光盤庫比藍(lán)光光盤庫在記錄材料以及保存設(shè)備的支出上，就多出了486萬多元。

隨著藍(lán)光的市場在逐漸的擴(kuò)大，藍(lán)光光盤的價(jià)格也在逐漸的下降中。預(yù)期再有半年到一年的時(shí)間，藍(lán)光光盤的價(jià)格就會降到每張100元左右，而且從CDVCDDVD的價(jià)格規(guī)律中，我們可以看出，最終藍(lán)光光盤的價(jià)格會和現(xiàn)在DVD的盤片價(jià)格一致。

不僅僅這樣，從上面的表中不難看出，在使用DVD光盤庫的方案中，離線介質(zhì)柜共用了347套；而使用藍(lán)光光盤庫的方案中，離線介質(zhì)柜只用了33套。很明顯，離線介質(zhì)柜相差了314套。那么就占用的地方來說，藍(lán)光光盤庫的方案在以后的使用過程中，記錄材料占用的面積最少。

同樣的，用DVD的驅(qū)動器每天都要刻錄228張盤；而用藍(lán)光驅(qū)動器每天只需要刻錄22張。DVD驅(qū)動器和藍(lán)光驅(qū)動器的可刻錄壽命是完全一樣的，都在3萬h左右。從而不難看出，使用DVD驅(qū)動器對驅(qū)動器的損耗更高，在本案例的方案對比中，DVD驅(qū)動器壽命周期預(yù)計(jì)會在3～ 5年，而藍(lán)光驅(qū)動器的預(yù)期壽命會在8 ～9年。更換驅(qū)動器在以后的使用中，也是一筆不小的費(fèi)用。

而就目前而言，從DVD光盤庫升級到藍(lán)光光盤庫，具體到本案例中，僅僅是把原來的14臺DVD光盤驅(qū)動器更換成13臺藍(lán)光光盤驅(qū)動器，其他的都保持不變。更換光盤驅(qū)動器，僅僅在原來價(jià)格基礎(chǔ)上增加了31萬元，換來的卻是以后每年能節(jié)省30～ 80萬元甚至于更多。

4 結(jié)論

光盤庫具有數(shù)據(jù)存儲密度高、容量大、盤片易更換、攜帶方便、使用壽命長、對環(huán)境要求低、維護(hù)和使用成本低、數(shù)據(jù)復(fù)制簡單、使用效率高、管理簡便、安全可靠、升級容易、更新快捷等綜合性特點(diǎn)，符合國家綠色、低碳、環(huán)保的要求，而且采用光盤庫存儲還可以實(shí)現(xiàn)：

1）具有可大量擴(kuò)充的性價(jià)比高的存儲空間；

2）使不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)得到保護(hù)性存儲；

3）同時(shí)能兼顧數(shù)據(jù)對存取速度的要求；

4）運(yùn)行維護(hù)成本低。

藍(lán)光光盤作為下一代光盤格式，具有更高的存儲密度、更長的使用壽命、不怕干濕環(huán)境、不怕紫外光線分解，具備了大量最尖端的技術(shù)。目前單面最大容量為50GB，且已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化大批量投產(chǎn)階段，而單面200GB的藍(lán)光光盤也已經(jīng)在試驗(yàn)室取得成功，這使得藍(lán)光光盤具有強(qiáng)大的市場潛力。

在近線和離線存儲領(lǐng)域，光盤庫具備絕對的優(yōu)勢，完全可以取代磁帶庫和部分磁盤陣列，成為核心存儲設(shè)備，非常適用于要求大數(shù)據(jù)量、長期存儲的銀行業(yè)務(wù)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

建議在設(shè)計(jì)中采用將一級存儲數(shù)據(jù)即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲在在線存儲設(shè)備中（RAID磁盤陣列），將二級存儲數(shù)據(jù)即近期數(shù)據(jù)存儲在近線存儲設(shè)備中（光盤庫服務(wù)器），將三級存儲數(shù)據(jù)即遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)從光盤庫中遷移到離線備份介質(zhì)（一次性刻錄的BD-R/DVD-R）上歸檔并保存到光盤架上的多級存儲系統(tǒng)。在初期投資允許的情況下，盡量選用藍(lán)光光盤庫，滿足在全生命周期實(shí)現(xiàn)綠色、安全、低碳、經(jīng)濟(jì)的使用要求。