RAID1技術(shù)在DCS工作站的應(yīng)用

摘要：本文介紹了RAID 1技術(shù)，并結(jié)合RAID 1技術(shù)提出了對一些單硬盤DCS工作站（Distributed Control System）進(jìn)行可靠性提升的改進(jìn)方案，避免了單硬盤DCS工作站因硬盤單一故障導(dǎo)致不可用的情況，從而提高了工作站的可靠性。本文可為類似的DCS工作站改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：DCS工作站;冗余磁盤陣列;固態(tài)硬盤

1.概述

工作站是DCS系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性直接影響到DCS系統(tǒng)的運(yùn)行。十年前投用的DCS系統(tǒng)一般選用的都是32位的機(jī)架式工作站。以某電廠選用的Dell Precision 5400為例，其配置為單塊機(jī)械硬盤，經(jīng)過十年持續(xù)不斷的運(yùn)行，現(xiàn)已到了故障高發(fā)期，而市面上新型的64位工作站無法與原有的DCS軟件兼容。如何提升工作站的可靠性是該電廠面臨的問題。本文介紹了一種通過配置磁盤冗余陣列、升級固態(tài)硬盤提升工作站可靠性的方案。

2.某電廠DCS工作站現(xiàn)狀

某電廠設(shè)計(jì)時(shí)其工作站選用的是Dell Precision 5400機(jī)架式工作站，配置單塊機(jī)械硬盤（實(shí)際硬盤槽位有兩個(gè)，支持冗余磁盤插口），未配置冗余磁盤陣列?，F(xiàn)工作站已連續(xù)運(yùn)行十年，硬盤作為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要部件，現(xiàn)到了故障的高發(fā)期。一旦出現(xiàn)硬盤故障，將導(dǎo)致站點(diǎn)離線，將對主控室操作、監(jiān)視功能造成影響。若更換硬盤，需要重裝系統(tǒng)、打補(bǔ)丁，重新進(jìn)行軟件配置等，大約需16小時(shí)左右，將影響電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一般對于工作十年以上的工作站故障，首選的是整體升級替換。調(diào)研發(fā)現(xiàn)Dell Precision 5400機(jī)架式工作站現(xiàn)已停產(chǎn)，目前Dell最新在售可選機(jī)架式工作站為Dell Precision R7920。根據(jù)官網(wǎng)配置選型，Dell Precision R7920可以選配RAID卡硬盤配置。在現(xiàn)工作站停產(chǎn)的情況下，若升級為新型號且具有磁盤冗余陣列的工作站，將大大提高工作站的可靠性。但進(jìn)一步研究及實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，目前官網(wǎng)Dell Precision Rack 7920工作站及市面上其它新型號的64位工作站均無法與原有的DCS軟件兼容，若將工作站整體升級，需要找DCS供貨商將DCS軟件同步升級，費(fèi)用昂貴。如何在現(xiàn)有工作站的基礎(chǔ)上提高工作站的可靠性是該電廠目前需要解決的問題。

3.RAID1技術(shù)

RAID（Redundant Array of Independent Disks）即獨(dú)立磁盤冗余陣列，是由多個(gè)獨(dú)立的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器組成的磁盤子系統(tǒng)，從而提供比單個(gè)磁盤更高的存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。RAID 的初衷是為大型服務(wù)器提供高端的存儲(chǔ)功能和冗余的數(shù)據(jù)安全。在整個(gè)系統(tǒng)中，RAID 被看作是由兩個(gè)或更多磁盤組成的存儲(chǔ)空間，通過并發(fā)地在多個(gè)磁盤上讀寫數(shù)據(jù)來提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O 性能。大多數(shù) RAID 等級具有完備的數(shù)據(jù)校驗(yàn)、糾正措施，從而提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

RAID1磁盤陣列也稱為鏡像，它將數(shù)據(jù)完全一致地分別寫到“工作磁盤”和“鏡像磁盤”。RAID1磁盤陣列提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性，當(dāng)一個(gè)硬盤失效時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到鏡像硬盤上讀/寫，并且不需要重組失效的數(shù)據(jù)。RAID 1磁盤陣列支持“熱交換”，就是說陣列中硬盤的移除或替換可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，無須中斷退出系統(tǒng)。RAID 1磁盤陣列是十分安全的，主要用在數(shù)據(jù)安全性很高，而且要求能夠快速恢復(fù)被破壞的數(shù)據(jù)的場合。

4.固態(tài)硬盤

固態(tài)硬盤（Solid State Disk或Solid State Drive，簡稱SSD），又稱固態(tài)驅(qū)動(dòng)器，是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列制成的硬盤。與傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)是讀寫速度快，同時(shí)還有防震抗摔性好、無噪音、工作溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

讀寫速度：固態(tài)硬盤持續(xù)讀寫速度可達(dá)到500MB/s，7200轉(zhuǎn)的機(jī)械硬盤的讀寫速度一般為100MB/s。與之相關(guān)的還有極低的存取時(shí)間，最常見的7200轉(zhuǎn)機(jī)械硬盤的尋道時(shí)間一般為12-14毫秒，而固態(tài)硬盤可以輕易達(dá)到0.1毫秒甚至更低。

防震抗摔性：傳統(tǒng)硬盤都是磁碟型的，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在磁碟扇區(qū)里。而固態(tài)硬盤是使用閃存顆粒（即MP3、U盤等存儲(chǔ)介質(zhì)）制作而成，所以SSD固態(tài)硬盤內(nèi)部不存在任何機(jī)械部件，這樣即使在高速移動(dòng)甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會(huì)影響到正常使用，而且在發(fā)生碰撞和震蕩時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)丟失的可能性降到最小。相較傳統(tǒng)硬盤，固態(tài)硬盤占有絕對優(yōu)勢。

無噪音：固態(tài)硬盤沒有機(jī)械馬達(dá)和風(fēng)扇，工作時(shí)噪音值為0分貝?；陂W存的固態(tài)硬盤在工作狀態(tài)下能耗和發(fā)熱量較低（但高端或大容量產(chǎn)品能耗會(huì)較高）。內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動(dòng)部件，不會(huì)發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動(dòng)。由于固態(tài)硬盤采用無機(jī)械部件的閃存芯片，所以具有了發(fā)熱量小、散熱快等特點(diǎn)。

工作溫度范圍大：典型的機(jī)械硬盤驅(qū)動(dòng)器只能在5到55攝氏度范圍內(nèi)工作。而大多數(shù)固態(tài)硬盤可在-10～70攝氏度工作。固態(tài)硬盤比同容量機(jī)械硬盤體積小、重量輕。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。其芯片的工作溫度范圍很寬（-40～85攝氏度）。

因此對于舊的DCS工作站，通過將機(jī)械硬盤替換為固態(tài)硬盤的方式也可以大幅提高其運(yùn)行速度及綜合性能。

5.改進(jìn)方案

本案例中的Dell Precision 5400機(jī)架式工作站，由于其支持冗余磁盤插口，只需采購對應(yīng)的固態(tài)硬盤，完成RAID1磁盤陣列配置后，進(jìn)行功能驗(yàn)證即可。

對于不支持冗余磁盤插口的機(jī)架式工作站，需額外采購冗余磁盤陣列卡。步驟如下：

1） 安裝新的冗余磁盤陣列卡，使用SATA線纜直接連接新的冗余磁盤陣列卡至原SATA硬盤接口;

2） 在更換件Precision R5400中的啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)進(jìn)入相關(guān)BIOS配置硬盤，檢查是否可配置為RAID 1;

3）使用原有的DCS相關(guān)軟件對改造后的工作站進(jìn)行重裝;

4）測試相關(guān)硬盤性能、整體系統(tǒng)性能。

改造后的工作站支持硬盤在線更換。出現(xiàn)故障后，相比原重裝的處理方式，大大降低了系統(tǒng)的不可用時(shí)間，從而保障了整個(gè)電廠的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)減少了維修工作量及運(yùn)維成本。

6.結(jié)語

對于一些投用時(shí)間較長的DCS工作站，現(xiàn)在面臨著工作站停產(chǎn)、故障率高發(fā)諸多問題，影響了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。本文結(jié)合已有的RAID 1冗余磁盤陣列技術(shù)及固態(tài)硬盤技術(shù)，提出了一種最低成本的改造方案，在提高工作站性能的同時(shí)，也消除了單一硬盤故障對系統(tǒng)不可用的影響?？蔀橥愋偷腄CS工作站改造提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳華英.磁盤陣列RAID可靠性分析[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).2006（6）

作者簡介：何凡帆（1983-），男，供職于浙江省三門核電有限公司維修處，研究方向：數(shù)字化儀控系統(tǒng)。