淺析磁盤陣列技術(shù)在氣象資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的運(yùn)用

梁永忠

摘 要 隨著航空氣象發(fā)展，氣象探測(cè)資料、自動(dòng)站資料、衛(wèi)星云圖資料及數(shù)值預(yù)報(bào)資料越來(lái)越多。為提升氣象資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息利用率，提出建設(shè)相對(duì)安全、運(yùn)行有效的存儲(chǔ)后臺(tái)系統(tǒng)，文章提出將磁盤陣列（RAID）技術(shù)應(yīng)用于氣象資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)建議。本文就RAID技術(shù)優(yōu)勢(shì)特征、常用技術(shù)類型進(jìn)行分析，并闡述了該技術(shù)在航空氣象資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟硬件建設(shè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 氣象資料；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；磁盤陣列技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)

隨著航空氣象業(yè)務(wù)發(fā)展，氣象資料與服務(wù)產(chǎn)品類型與數(shù)據(jù)多樣豐富，氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的任務(wù)也體現(xiàn)出日趨繁重性特征，對(duì)資料安全提出更高要求。有效保存與應(yīng)用資料數(shù)據(jù)，是航空氣象部門一項(xiàng)重要工作。大多數(shù)氣象數(shù)據(jù)僅能用硬盤、光盤等設(shè)施去存儲(chǔ)，在安全、運(yùn)行速度及容量等方面和航空氣象業(yè)務(wù)發(fā)展不匹配。RAID技術(shù)應(yīng)用，有效解除以上問(wèn)題，本文對(duì)資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)具體應(yīng)用進(jìn)行探討和分析。

1 RAID（Redundant Array of Independent Disks）

獨(dú)立冗余磁盤陣列，簡(jiǎn)稱磁盤陣列。RAID實(shí)現(xiàn)方式分為硬件RAID和軟件RAID。

硬件RAID：采用集成處理器RAID適配卡（簡(jiǎn)稱RAiD卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它有自己的控制處理器、I/O處理芯片和存儲(chǔ)器，減少對(duì)CPU運(yùn)算時(shí)間占用。

軟件RAID：安全依賴于主機(jī)的CPU，沒(méi)有額外的處理器和I/O芯片，軟件RAID需要占用CPU處理周期，依賴于操作系統(tǒng)。

2 RAID優(yōu)勢(shì)分析

2.1 成本低廉、功耗量低、傳輸速率高

RAID技術(shù)使數(shù)個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器同步傳導(dǎo)數(shù)據(jù)信息，從理論層面分析這些磁盤驅(qū)動(dòng)器又是同一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，RAID應(yīng)用中，速率是單磁盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)倍、數(shù)十倍甚至是百余倍。

2.2 提升容錯(cuò)功能

RAID與容錯(cuò)以每一磁盤驅(qū)動(dòng)器硬件容錯(cuò)功能為基礎(chǔ)而建設(shè)，更能提高安全性能。

3 常用RAID技術(shù)功能比較

RAID技術(shù)擁有從RAID 0～6共計(jì)七個(gè)RAID等級(jí)。還有部分基本RAID級(jí)別的組合樣式，例如RAID 10（其是RAID 0與RAID 1 的組合體），RAID 50（為RAID 0和RAID 5的組合體）等。RAID技術(shù)不同等級(jí)所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能、安全性與成本等要素上存在差異性，本文對(duì)RAID 0技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)介。

RAID 0又稱Stripe或Striping，其提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能原理是將連貫數(shù)據(jù)分散至數(shù)個(gè)硬盤上進(jìn)行存取，這樣就有數(shù)個(gè)磁盤共同執(zhí)行系統(tǒng)傳遞出的請(qǐng)求或指令，每個(gè)磁盤執(zhí)行任務(wù)內(nèi)容存在差異。對(duì)數(shù)據(jù)并行操作有助提升總線帶寬有效利用率，磁盤整體存取性能相應(yīng)提升（見圖1）。

對(duì)圖1進(jìn)行分析，系統(tǒng)由三個(gè)磁盤構(gòu)成邏輯硬盤（RAID 0磁盤組）傳遞I/O數(shù)據(jù)請(qǐng)求被轉(zhuǎn)為3項(xiàng)操作，每一操作均有與之對(duì)應(yīng)物理硬盤[1]。

4 磁盤陣列技術(shù)在航空氣象資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)預(yù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

構(gòu)建資料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，做如下概述：①維護(hù)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一性、安穩(wěn)性；③同步實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息集中化管理，構(gòu)建高效運(yùn)轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)后臺(tái)，為數(shù)據(jù)提供一個(gè)安全存管環(huán)境，具備優(yōu)良拓展性，能彈性支持系統(tǒng)各元器件迎合應(yīng)用需求；③對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中訪問(wèn)；④對(duì)不同類型主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)和維護(hù)。

4.2 硬件配置

本存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)用全光纖架構(gòu)SAN磁盤陣列，雙冗余熱插拔RAID控制器，無(wú)單點(diǎn)故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行有效維護(hù)。配備陣列高速緩容量計(jì)4GB，主機(jī)接口有2個(gè)2GB/s，系統(tǒng)I/O最大處理能力為120000IOPS，硬盤配備13個(gè)全光纖硬盤，單個(gè)硬盤容量為400GB，硬盤轉(zhuǎn)速10000r/min，RAID支持對(duì)象以RAID 1、5、10、6為主，熱插拔冗余電源應(yīng)用能提升系統(tǒng)高可用性，對(duì)Windows Server/2000/2003、IBM AIX、Solaris 等數(shù)個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生有效支配作用。

硬盤構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)用一臺(tái)傳輸速率4GB的8口光纖交換機(jī)，將應(yīng)用服務(wù)器平臺(tái)和磁盤陣列相有效銜接，把1塊光纖卡安設(shè)在每一臺(tái)連入SAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器裝置上（見圖2）。

4.3 軟件配置

磁盤陣列屬于一類高性能RAID子系統(tǒng)，和大部分主機(jī)體現(xiàn)出良好兼容性，能夠與數(shù)個(gè)類型操作系統(tǒng)銜接，在實(shí)操中應(yīng)用配置方法應(yīng)結(jié)合主機(jī)型號(hào)去設(shè)定，具備高度的靈活性。含以下幾個(gè)部分：

（1）配置RAID組：硬盤與陣列卡上相連接時(shí)，操作系統(tǒng)無(wú)法直接監(jiān)測(cè)到物理硬盤運(yùn)行模式，為使系統(tǒng)能正確辨識(shí)物理硬盤，構(gòu)建設(shè)置RAID0、1或5等級(jí)別邏輯磁盤。結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)容量需求對(duì)RAID配置級(jí)別進(jìn)行科學(xué)選用，若配備9塊硬盤構(gòu)成RAID5，配置8塊數(shù)據(jù)盤和與1塊校驗(yàn)盤（應(yīng)用n塊硬盤建設(shè)的RAID5陣列存有n-1塊硬盤的容量），可設(shè)置成8D + 1P[2]。

（2）規(guī)劃LUN 并格式化：如上流程配置RAID GROUP重新構(gòu)建邏輯單元，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求，選擇LUN的規(guī)格， 并格式化處理。

（3）設(shè)計(jì)LUN 映射：為確保主機(jī)設(shè)備正確辨識(shí)磁盤陣列構(gòu)建的卷，屏蔽他類服務(wù)器對(duì)指定卷訪問(wèn)行為，對(duì)LUN行映射處理。在磁盤陣列LUN映射完成后，在主機(jī)服務(wù)器磁盤管理器內(nèi)可觀察被映射的邏輯卷，提示磁盤陣列在該服務(wù)器上配置成功。

5 結(jié)束語(yǔ)

RAID技術(shù)應(yīng)用，彌補(bǔ)探測(cè)資料、數(shù)值化預(yù)報(bào)資料增加業(yè)務(wù)量帶來(lái)硬盤空間不足缺陷。磁盤陣列并行讀寫的特性有效提升了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與提取速度，節(jié)省了資料處理時(shí)間，保證數(shù)據(jù)精確度、安全性與完整性。為下一步不斷存儲(chǔ)和合理使用氣象數(shù)據(jù)提供保障手段，對(duì)歷史資料充分使用，為決策提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚浩宇，杜永興.基于包神鐵路磁盤陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)研究[J].四川水泥，2016，（11）：227.

[2] 董進(jìn)武，宋亮.磁盤陣列技術(shù)淺析[J].儀表技術(shù)，2016，（06）：31-33，44.