淺析矩陣存儲(chǔ)系統(tǒng)素材讀寫(xiě)速度

陳寬錄

【摘要】隨著高清數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展，素材信息的存儲(chǔ)量也大大增加，對(duì)素材信息文件的讀寫(xiě)速度和存儲(chǔ)容量的要求也顯著提高，因此誕生了矩陣存儲(chǔ)系統(tǒng)。本文主要對(duì)矩陣存儲(chǔ)技術(shù)中的“CIFS”文件共享服務(wù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：對(duì)于服務(wù)器數(shù)量較多的場(chǎng)合，為方便使用，矩陣存儲(chǔ)器多個(gè)千兆網(wǎng)口選擇均衡（balance）的“alb”無(wú)需交換機(jī)支持的負(fù)載均衡方式”時(shí)，才能獲得最大讀寫(xiě)速度和最高使用效率。

【關(guān)鍵詞】矩陣存儲(chǔ);RAID;速度;負(fù)載均衡

1. 引言

當(dāng)前，非線(xiàn)性媒體技術(shù)的高速發(fā)展，高清程度也越來(lái)越高，4K、8K超高清的出現(xiàn)，使得媒體信息的存儲(chǔ)量大大增加，對(duì)素材的讀寫(xiě)速度要求也越來(lái)越高，采用傳統(tǒng)的非編工作站自身的硬盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)素材，顯然已經(jīng)沒(méi)辦法滿(mǎn)足現(xiàn)在高速發(fā)展的需求，因此很有必要引入硬盤(pán)矩陣存儲(chǔ)器來(lái)滿(mǎn)足這個(gè)需求。本文主要對(duì)矩陣存儲(chǔ)器的“CIFS”文件共享服務(wù)在廣播電視臺(tái)媒體網(wǎng)絡(luò)中的使用方法以及影響讀寫(xiě)速度的原因進(jìn)行綜合分析，找出正確使用矩陣存儲(chǔ)器的方法。

2. 矩陣存儲(chǔ)器

2.1 矩陣存儲(chǔ)器又叫磁盤(pán)矩陣服務(wù)器，或叫磁盤(pán)陣列服務(wù)器，其核心技術(shù)支撐是矩陣存儲(chǔ)技術(shù)。矩陣存儲(chǔ)技術(shù)的核心技術(shù)支撐是RAID解決方案，該方案能夠全面地提升計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)故障容災(zāi)能力和存儲(chǔ)能力。

2.2 磁盤(pán)矩陣（英文是Disk Array）是由硬盤(pán)控制器，通過(guò)RAID技術(shù)，將多個(gè)物理硬盤(pán)互相連接起來(lái)、并使多個(gè)硬盤(pán)同步讀寫(xiě)，并增加存儲(chǔ)總空間，提高穩(wěn)定度的技術(shù)。

2.3 RAID技術(shù)是獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列的英文[Redundant（冗余）Array（陣列）of（的）Independent（獨(dú)立）Disks（磁盤(pán)）]縮寫(xiě)，其核心方法是將多塊的物理硬盤(pán)以不同的組合方式連接起來(lái)，得到一個(gè)比使用單個(gè)硬盤(pán)具有更好更優(yōu)秀的存儲(chǔ)性能和更大的存儲(chǔ)空間的邏輯硬盤(pán)，并提供較好的數(shù)據(jù)備份能力和磁盤(pán)故障容災(zāi)能力。根據(jù)磁盤(pán)陣列的不同組合連接方式，就產(chǎn)生了多種的RAID組合方式，最常用的是RAID0、1、5、10方式。下面重點(diǎn)介紹RAID5技術(shù)。

2.4 RAID5技術(shù)，使用的是Byte（字節(jié)） interleaving（交叉存儲(chǔ)）技術(shù)，中文名為“數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)”，即將數(shù)據(jù)按一定的容錯(cuò)算法，分為許多“小塊”，分散存儲(chǔ)到N+1個(gè)物理硬盤(pán)。實(shí)際存放數(shù)據(jù)的有效總空間，只有N個(gè)盤(pán)的總空間。

硬盤(pán)在SCSI卡的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，同時(shí)作讀寫(xiě)操作，并將“奇偶校驗(yàn)”用的數(shù)據(jù)位儲(chǔ)存到每個(gè)硬盤(pán)里。當(dāng)N+1個(gè)硬盤(pán)中某個(gè)硬盤(pán)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)根據(jù)其它N個(gè)硬盤(pán)中正常的數(shù)據(jù)來(lái)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，使得N個(gè)物理硬盤(pán)能夠繼續(xù)工作。當(dāng)更換一個(gè)新物理硬盤(pán)后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)完整的數(shù)據(jù)信息。

2.5 RAID5具備很優(yōu)秀的容錯(cuò)能力，硬盤(pán)的容量使用效率也非常高，它的穩(wěn)定可靠度也相當(dāng)好。

2.6 CIFS是Common（通用）Internet（網(wǎng)絡(luò)）File（文件）System（系統(tǒng)）的英文縮寫(xiě)，中文叫通用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，是一種共享方式。

3. 硬盤(pán)熱插拔技術(shù)

硬盤(pán)熱插拔，顧名思義，帶電插撥（英文是Hot Swap），即在不停機(jī)的情況下更換撥出硬盤(pán)。當(dāng)有一個(gè)硬盤(pán)出現(xiàn)故障損壞的情況下，矩陣存儲(chǔ)器可以不用關(guān)機(jī)，帶電操作，直接撥出故障硬盤(pán)并換上新硬盤(pán)。磁盤(pán)陣列在硬盤(pán)出現(xiàn)故障的時(shí)候，一般情況下故障盤(pán)的相應(yīng)指示燈會(huì)顯現(xiàn)異常。并伴隨自動(dòng)鳴叫警示，向管理員提示更換硬盤(pán)。

4. 矩陣存儲(chǔ)器的主要作用

矩陣存儲(chǔ)器具有提高存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度，增加存儲(chǔ)容量，防止數(shù)據(jù)丟失這三大主要作用。

5. 矩陣存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)：

引入RAID技術(shù)，相比通常的磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)說(shuō)，具有更高更優(yōu)秀的性能指標(biāo)和更好的數(shù)據(jù)文件完整性，可以很大程度地增加存儲(chǔ)總空間，有效提高數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)速度、并提供非常有效的數(shù)據(jù)備份功能。

6. 影響矩陣存儲(chǔ)器讀寫(xiě)速度的因素

本文主要描述的是采用RAID5方式的矩陣存儲(chǔ)作為素材的存儲(chǔ)設(shè)備。由于現(xiàn)在高配的存儲(chǔ)器內(nèi)存、CPU等硬件的運(yùn)行速度，已大大超過(guò)硬盤(pán)和交換機(jī)的讀寫(xiě)速率和數(shù)據(jù)交換能力，因此，限制矩陣存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度的主要因素還是在于硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的交換速度。

7. 矩陣存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)速度測(cè)試

7.1 測(cè)試條件：

7.1.1 矩陣存儲(chǔ)器：采用32個(gè)3TB的硬盤(pán)，硬盤(pán)內(nèi)部傳輸速率是：168MB/S。采用RAID5方式。配備四個(gè)千兆網(wǎng)口，均支持負(fù)載平衡（balance）模式，選擇CIFS共享模式測(cè)試。

7.1.2 測(cè)試的四臺(tái)電腦配置：華碩P8Z77，i5@3.30GHz，4GB內(nèi)存DDR3-1.6GHz，主板自帶千兆網(wǎng)口，西數(shù)500GB硬盤(pán)7200轉(zhuǎn)/分，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率最大達(dá)1.008Gb/s，操作系統(tǒng)：Windows7、64位、SP1。

7.1.3 千兆交換機(jī)：端口數(shù)量：48個(gè)，傳輸速率：1Gbps，71.42Mpps的包轉(zhuǎn)發(fā)率，96Gbps的背板帶寬。

7.2 實(shí)測(cè)結(jié)果

矩陣存儲(chǔ)器通過(guò)千兆交換機(jī)與四臺(tái)電腦相連接，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

7.2.1 電腦單機(jī)內(nèi)部讀寫(xiě)速度：

7.2.1.1 電腦單機(jī)內(nèi)部讀寫(xiě)速度：280～310Mb/s。

7.2.1.2 電腦單機(jī)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)（即經(jīng)過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)卡后返回本機(jī)）的讀寫(xiě)速度：288～315Mb/s。說(shuō)明硬盤(pán)要同時(shí)作讀取又要寫(xiě)入的操作等因素，電腦本身訪問(wèn)自己速度為正常的速度的一半左右。

7.2.2 在矩陣存儲(chǔ)器與交換機(jī)都沒(méi)有作綁定，矩陣存儲(chǔ)器只接一個(gè)網(wǎng)口時(shí)，電腦單機(jī)與矩陣存儲(chǔ)器間的讀寫(xiě)速度：

存儲(chǔ)器的寫(xiě)入：857Mb/s、讀取： 597Mb/s;電腦的寫(xiě)入：597Mb/s、讀?。?57Mb/s。

7.2.3 在矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)網(wǎng)口和交換機(jī)都沒(méi)有作綁定時(shí)，四臺(tái)電腦同時(shí)訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器的同一個(gè)網(wǎng)口同一個(gè)IP的情形：

7.2.3.1 四臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器作讀寫(xiě)素材時(shí)速度：

存儲(chǔ)器的寫(xiě)入：899Mb/s、讀?。?95Mb/s;各電腦寫(xiě)入：223-350Mb/s、讀?。?24-278Mb/s。從7.2.2和7.2.3.1數(shù)據(jù)分析可知，說(shuō)明電腦的寫(xiě)入速度比讀出速度慢。而矩陣存儲(chǔ)器讀寫(xiě)速度相差不多。

7.2.3.2 兩臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器不同文件夾作讀出操作、而另兩臺(tái)同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器不同文件夾作寫(xiě)入操作時(shí)的速度：矩陣存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)總和的平均速度1625Mb/s，各電腦寫(xiě)入：351～443Mb/s，讀取：406～409Mb/s。考慮到交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)所需要的附加開(kāi)銷(xiāo)，可以說(shuō)矩陣存儲(chǔ)器的單個(gè)千兆網(wǎng)口的讀取、寫(xiě)入均可達(dá)到千兆比特/秒的速度，而且上下行的速度一樣。也就是說(shuō)，單個(gè)千兆網(wǎng)口的同時(shí)讀取與寫(xiě)入的速度合并值達(dá)到上下行的千兆值。

7.2.4 交換機(jī)和矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)網(wǎng)口都沒(méi)有綁定時(shí)，四臺(tái)電腦分別訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)網(wǎng)口對(duì)應(yīng)不同IP的情形：

7.2.4.1 四臺(tái)電腦同時(shí)訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器的不同文件夾作讀寫(xiě)操作時(shí)：矩陣存儲(chǔ)器的總傳輸速度為寫(xiě)入：3219.2Mb/s、讀取：1838.5Mb/s;四臺(tái)電腦傳輸速度在：寫(xiě)入：411.7～561Mb/s、讀出804.8～853.7Mb/s;由于交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要額外增加一定的比特量，所以，在這樣的速率下，四個(gè)網(wǎng)口合計(jì)的矩陣存儲(chǔ)器寫(xiě)入速度是3219.2Mb/s，加上交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)包所需的額外量，基本上能達(dá)到交換機(jī)的千兆上限。（說(shuō)明：矩陣存儲(chǔ)器讀取速度每個(gè)網(wǎng)口沒(méi)有達(dá)到千兆，是由于各電腦的寫(xiě)入速度沒(méi)辦法達(dá)到千兆所致。）

7.2.4.2 四臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器訪問(wèn)同一文件夾并作讀寫(xiě)操作時(shí)的速度：矩陣存儲(chǔ)器的寫(xiě)入：2337.7Mb/s、讀?。?478.6Mb/s;各電腦：寫(xiě)入：584.4～739.6Mb/s、讀?。?19.6～870Mb/s。

從7.2.4.1和7.2.4.2可知，矩陣存儲(chǔ)器在不同文件夾的寫(xiě)入速度明顯快于在同一文件夾的寫(xiě)入速度，而讀取速度正好相反。

7.2.5 交換機(jī)沒(méi)綁定而矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)網(wǎng)口作“alb”無(wú)需交換機(jī)支持的負(fù)載均衡方式時(shí)，在四臺(tái)電腦同時(shí)去訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器的四個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口綁定的一個(gè)共同IP的情形：

7.2.5.1? 四臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器的不同文件夾作讀寫(xiě)操作時(shí)：矩陣存儲(chǔ)器寫(xiě)入速度：3314.88Mb/s、讀出速度：1645Mb/s;各電腦的寫(xiě)入速度：411～476 Mb/s、讀取速度：875.36～875.76 Mb/s。

每個(gè)網(wǎng)口的速率：875.36 Mb/s加上交換機(jī)額外量，也達(dá)到交換機(jī)的千兆上限。

7.2.5.2? 兩臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器作寫(xiě)入、另兩臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器作讀出操作的情形：矩陣存儲(chǔ)器讀寫(xiě)合拼的速度：2532.5 Mb/s，兩臺(tái)電腦的寫(xiě)入速度：633～673 Mb/s;另兩臺(tái)電腦的讀取速度：850.8～866.8 Mb/s。

7.2.6? 矩陣存儲(chǔ)器作“XOR”需交換機(jī)支持的負(fù)載均衡方式，四個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口綁定成一個(gè)共同的1個(gè)IP，而千兆交換機(jī)四個(gè)端口同時(shí)作IP匯聚綁定，則讀寫(xiě)速度將會(huì)大大下降，見(jiàn)如下所測(cè)數(shù)據(jù)。

四臺(tái)電腦同時(shí)向矩陣存儲(chǔ)器的不同文件訪問(wèn)并作讀寫(xiě)操作時(shí)的速度：矩陣存儲(chǔ)器寫(xiě)入：1187.5 Mb/s、讀出1494.8 Mb/s;各電腦的寫(xiě)入速度372～582Mb/s、讀出：297～871Mb/s。

7.3 對(duì)比分析

矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)千兆口作“alb”無(wú)需交換機(jī)支持的負(fù)載均衡方式、所有電腦訪問(wèn)同一IP時(shí)，傳輸速度跟四個(gè)網(wǎng)口沒(méi)作綁定時(shí)、四臺(tái)電腦同時(shí)訪問(wèn)四個(gè)不同IP時(shí)，速度沒(méi)有多大差別，均能達(dá)到正常最高速度。但是，如果交換機(jī)作綁定，或矩陣存儲(chǔ)器作“XOR”的負(fù)載均衡方式時(shí)，速度將會(huì)大大下降。

8. 矩陣存儲(chǔ)器作四個(gè)網(wǎng)絡(luò)口的IP綁定

如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，電腦數(shù)量少，沒(méi)有作綁定，可以做到四個(gè)網(wǎng)絡(luò)口的四個(gè)IP平均分配電腦臺(tái)數(shù)，這不會(huì)有什么問(wèn)題。但是，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中電腦數(shù)量較多，沒(méi)有作綁定，則很難做好網(wǎng)口平均分配負(fù)擔(dān)電腦訪問(wèn)臺(tái)數(shù)或者訪問(wèn)數(shù)據(jù)量。如此一來(lái)，在訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器時(shí)，四個(gè)網(wǎng)口間的數(shù)據(jù)交換會(huì)由于負(fù)載不平衡而引起網(wǎng)口的數(shù)據(jù)交換負(fù)擔(dān)不平衡，從而難以達(dá)到最高訪問(wèn)速度。這時(shí)，就要將四個(gè)網(wǎng)絡(luò)口綁定成一個(gè)IP，使所有電腦訪問(wèn)矩陣存儲(chǔ)器時(shí)，共同訪問(wèn)同一個(gè)IP。只有這樣做，才能達(dá)到最高的訪問(wèn)速度。

9. 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電腦服務(wù)器數(shù)量較多的情況，只能作負(fù)載均衡，而且，交換機(jī)不能作任何聚合綁定，只有將矩陣存儲(chǔ)器四個(gè)千兆網(wǎng)口作balance-alb無(wú)需交換機(jī)支持的負(fù)載均衡方式時(shí)，才能發(fā)揮矩陣存儲(chǔ)器所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮麗娟.淺談RAID磁盤(pán)陣列功能及組網(wǎng)[J].電子質(zhì)量，2013，（12）：45-46

[2]古世磊.RAID5初始化方法研究與改進(jìn)[J].科技浪潮，2013，（01）：38-39

[3]黃蓬勃.淺談RAID技術(shù) [J]. 電子世界，2013，（04）：67-68

[4]李云龍，張曉慧，張振華，周文理.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2013，（02）：33-37

[5]英姿.收放自如—實(shí)戰(zhàn)SATA硬盤(pán)熱插撥[J].電腦自做，2005，（07）：128-131