浅谈非编系统硬盘记录原理和硬盘阵列

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  随着电视行业的不断发展,非线性编辑工作站和网络逐渐的广泛深入到我们日常的工作当中,用计算机网络形式将各个孤立的非编工作站连接起来,实现素材共享、流水线作业、素材管理以及媒体资产管理等功能。其中数据的存放和保存调用基本都是通过计算机或者存储器中的硬盘来完成的,下面我们就来简单的分析下硬盘记录数据的基本原理以及硬盘阵列的相关技术。
  一、硬盘的基本结构
  硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备,它主要分数据、磁盘片、磁道、扇区这几部分构成的。由于硬盘是精密设备,所以数据是存放在干净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上。盘片大多采用铝金属薄膜材料,这种材料精密度高,不易沾染颗粒物体,每一个磁盘片都是以一个中心轴为主,以一定的磁密度为间隔的干个同心圆就被划分成磁道(track),而每一个磁道又被划分为若干个扇区(sector),这些扇区能让数据更加逻辑化,更好的管理磁盘的空间。
  二、硬盘的工作原理
  在磁盘的每一个盘面的存储面上都有一个磁头(head),盘面在高速运转的过程中,不同磁头的所有相同位置的磁道就构成了所谓的柱面(cylinder),所有的磁头都连接到一个磁头控制器上,磁头的运动是完全受制于磁头控制器,而盘片的运转速度可以达到每分钟上千转甚至上万转的速度,这样就可以对盘片上的数据进行读写操作。
  (注:所以在上电期间如果硬盘受到剧烈振荡,磁盘表面就容易被划伤,磁头也容易损坏,这都将给盘上存储的数据带来灾难性的后果。)
  硬盘的第一个扇区(0道0头1扇区)被保留为主引导扇区。在主引导区内主要有两项内容:主引导记录和硬盘分区表。主引导记录是一段程序代码,其作用主要是对硬盘上安装的操作系统进行引导;硬盘分区表则存储了硬盘的分区信息。计算机启动时将读取该扇区的数据,并对其合法性进行判断(扇区最后两个字节是否为0x55AA或0xAA55),如合法则跳转执行该扇区的第一条指令。
  (注:所以硬盘的主引导区常常成为病毒攻击的对象,从而被篡改甚至被破坏。)
  可引导标志:0x80为可引导分区类型标志;0表示未知;1为FAT12;4为FAT16;5为磁盘阵列(Disk Array)是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接,使多个硬盘的读写同步,减少错误,增加效率和可靠度的技术。
  三、硬盘阵列技术
  RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写,有“价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。是由很多价格便宜、容量较小且稳定性较高速度较慢的磁盘组成一个大的磁盘列阵。
  RAID在操作系统下充当一个独立的大型存储设备的角色,RAID技术运用于存储系统中,有很大的优势,具体的主要体现在以下三个方面:
  (一)磁盘具有跨越功能,RAID是由多个磁盘组织在一起的,而这些磁盘组织在一起作为一个逻辑卷,形成了跨越功能。
  (二)磁盘的访问速度提高,将磁盘片上的数据分成多个数据块(block),再将这些数据块一起写入/读出多个磁盘,这样就会提高访问磁盘的速度。
  (三)提供容错能力,通过镜像或校验操作提供容错能力,减少事故发生的频率。
  RAID是由多个小容量硬盘组成的,最初的目的是为了节省成本,因为当时这些小的硬盘价格总和还要低于大容量硬盘的价格、但就目前的情况来看,这样的组合似乎超出了我们最初的想法,RAID在节省成本上并没有起到明显的作用,但却发挥了多块硬盘组合的优势,多块硬盘组合使它的运转速度和吞吐量都大大增加,远远超出任何一块单独的硬盘。这只是其中性能方面的优势,RAID还可以提供良好的容错能力,减少事故的发生,其中任何一个硬盘出现问题,都不会影响整体的工作运转。
  RAID级别有以下几种:NRAID,JbOD,RAID0,RAID1,RAID0+1,RAID3,RAID5等。目前經常使用的是RAID5和RAID(0+1),这些不同等级可以提供不同的速度、安全性和性价比,这主要是为了适应不同客户的需求,根据存储系统实际情况,选择相应的可用性、性能和容量的硬盘。更好的发挥它的作用。
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