高解析影像備份全攻略！

就安控應用來說，儲存設備必須24小時處理資料流的輸入／輸出（I/O），當影像解析度、資料量愈來愈高，儲存設備也愈來愈難負荷，往往導致影像丟失、甚至系統不穩定。此時，除了提升軟硬體設備的效能，我們更需要建立備份機制，而「磁碟陣列」RAID就扮演了舉足輕重的角色。目前有哪些RAID機制？又該如何選用呢？

RAID保障資料安全

磁碟陣列簡稱RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks），簡單來說就是以陣列方式做磁碟組。在儲存資料時，RAID將資料切割成許多區段，分散排列存放在各個硬碟上，以提升資料安全性。

磁碟陣列所採用的硬碟不見得需要高容量、高規格，但穩定性一定要夠好，當這些硬碟組合成一個大型的磁碟陣列，才能利用個別磁碟提供資料所產生的加乘效果，來提升整個磁碟系統的效能。

同時，磁碟陣列還能利用「同位元檢查」（Parity Check）的原理，使得陣列中任一顆硬碟故障時，整個系統仍可讀出資料；而資料重建時，可將故障硬碟內的資料重新寫入（Rebuild）新的硬碟之中。

正因為具有同位元檢查及重建資料的特性，使得RAID不僅作為儲存用途，更被當作資料備份的理想方式。而且RAID還可加速資料流量，增進資料存取量。

RAID類型與特色

磁碟陣列有三種型態，一是外接式磁碟陣列、二是內建式磁碟陣列卡（on board RAID），三是軟體磁碟陣列（Software RAID），其特色分析如下：

1. 外接式磁碟陣列：常應用於中大型專案，作為企業級RAID子系統（Enterprise RAID Subsystem）。儘管價格比其它兩種RAID類型高出許多，但因整合性高，且具備專業的核心控制器，因此成為國際大廠在安控上的主要儲存方案；而國內市場採取這種方案的，仍以專案為主。

2. 內建式磁碟陣列卡：是一般主機板加上RAID Card的方式，與主機整合為一體。因與PC共用，因此成本較低，但也需注意相容性以及系統風流溫度等整合問題。而RAID Card的選擇，對於效能也有一定的影響，比方說有些磁碟陣列卡，用於RAID 5效能很高、用於RAID 0反而變得很慢。

3. 軟體模擬RAID：顧名思義，這是利用軟體模擬RAID的方式，來達到儲存備份。也由於是透過CPU去模擬，所以比較耗CPU，有時甚至會影響到系統效能，但如果CPU速度夠快，軟體RAID的效能表現就會好很多。整體而言，這是一種最經濟的解決方案。

RAID等級與備份方式

由於RAID是用2個以上的硬碟， 在系統中模擬一個邏輯硬碟，並以RAID控制器變換不同的陣列形式去模擬各種等級，而每種等級都有不同的備份方式。到底RAID有幾種等級模式？

RAID 0無法備份

RAID 0是以延展（Span）或切分（Striping）方式做備份，將資料儲存在2個以上的硬碟，合併所有磁碟機的儲存容量，並將資料切分到所有磁碟機上進行平行讀寫，以提高效能和容量。

RAID 0最大的缺點是毫無容錯能力，也就是沒有備份，只要有一顆磁碟故障，就會導致RAID的所有資料全毀，而且無法挽救。

RAID 1容量最小

RAID 1是以鏡射（Mirroring）方式做備份，每顆硬碟都寫入同一筆資料，一顆儲存、其它顆備份，備份通常只用1顆，所以RAID 1幾乎都是由2顆硬碟組成。

RAID 1儲存容量最小，因為只用到1顆硬碟的容量。其優點是寫入速度很快、效能很高，所以比起其它RAID等級，架構單純、資料安全度最高，因此很多工業級應用環境反而會選擇RAID 1。

RAID 0＋1高容錯力

RAID 0＋1就是結合了RAID 0與1二種模式，透過切分和鏡射方式做備份。這個階層須具備4個以上的雙數硬碟，遵守RAID 0規範，每2個硬碟設定成一組，每組再遵循RAID 1規範，使RAID 0+1擁有較佳的容錯力、讀寫速度與資料安全性，但缺點是成本很高。

RAID 3單位成本較低

RAID 3採用同位元高階智慧型演算法，其運算出來的同位元值資料儲存在一顆硬碟備份。當陣列中有一顆硬碟故障，只要換上新硬碟，RAID控制器就能利用同位元硬碟的資料，重新演算而獲得舊有資料，並加以重建。

R A I D 3至少需要3顆硬碟組成RAID，但計算公式卻是N-1，表示僅需1顆硬碟做備份，也就是多1顆硬碟的使用空間。而基於演算法和資料寫入原理，其讀寫效能比較慢，成本也比RAID 0+1低一點。

RAID 5廣獲青睞

RAID 5是透過切分和輪轉同位元（Rotating Parity）的方式做備份，其原理跟RAID 3很像，差別在於其同位元資料不固定寫在同一顆硬碟，而是輪流儲存在各個硬碟，故稱為「輪轉同位元」，但讀寫效能高於RAID 3。

RAID 5的公式是N-1，最少需要3顆硬碟，可提供很高的容錯能力。普安科技技術經理林振誠表示，RAID 5目前是最划算的組合，但由於同時讀寫多顆硬碟，容易因為負荷量過重而漏失資訊。

RAID 6雙顆備份

RAID 6用了約2顆硬碟的容量做資料保護，也就是允許最多2顆硬碟損毀的情況下，繼續提供資料存取，因此安全等級比RAID5高。但相較於RAID5，使用RAID 6必須額外負擔1顆硬碟的成本去做備份，而且整體效能還比較差。

不過，喬鼎資訊副理黃慶忠指出，其實有不少業主包括安控廠商會指定要用RAID 6，因為他們對於備份安全的重視更勝於系統速度。

控制器是RAID的核心

介紹完RAID的各種類型與備份模式，我們更要進一步了解到：什麼是RAID的關鍵技術？這項關鍵技術如何影響到整體儲存效能？

控制器可加強系統穩定性

控制器（Controller）就是RAID的核心技術，主宰了整個RAID的效能與特性。而控制器的核心技術，則取決於RAID的演算保護能力，演算能力愈強，控制器除錯及容錯能力愈高，資料備份就可以做得更好，而且系統可以更快、更穩定。

黃慶忠表示，當硬碟壞掉、錄影資料必須重建（Rebuild）時，控制器必須同步進行影像寫入、容錯對應及資料重建的任務，往往因為負荷過大，導致每秒I/O不穩定而掉幀，或為了除錯而影響錄影效能。由於傳送影像資料封包I/O，就是由控制器「主導」，所以控制器愈強，I/O的穩定性就愈高。

控制器可增進I/O速率　

由於產業特性，硬碟主要供應給PC使用，安業科技業務經理何彥廷表示，不同於金融、企業用的伺服器，多採用高階SAS或企業級SATA硬碟，安全系統幾乎仍使用一般消費性SATA硬碟。然而當全天候運作時，硬碟不夠耐用的問題就顯得更嚴重。

這時更突顯出RAID控制器的重要性，因為高效能的控制器除可增進I/ O速率、提升存取效能，能滿足高解析影像對於I/O效能的要求，並同步降低系統對於單一硬碟的負載，再加上機櫃設計具有寬溫與防震的控制，這些都是一般儲存方案很難做到的。

控制器可提升傳輸效率　

控制器的運算能力夠強，影像資料的傳輸效率也會愈高。林振誠表示，由於所有資料都是透過控制器再存入硬碟，所以控制器運算能力夠強的話，對於資料傳輸的支援能力就會比較高。

整體效能再進化

由上可知，一個運算能力強大的控制器，可以提升RAID的穩定性、I/O傳輸速率，甚至還能提升備份效能。比方說，RAID 6演算法比較複雜，所以資料讀寫效能低於RAID 5將近40%，但如果廠商具備良好的控制器核心技術，比方說普安科技， 就有能力將RAID 6跟RAID 5效能上的差異壓低到20%以下，這就是關鍵技術力。

隨著RAID系統架構普及化，RAID控制器的成本效益也廣獲好評。當越來越多中高階專案大量採用RAID子系統（Subsystem），就是看重RAID控制器的效能與穩定度。而在百萬畫素監控的趨勢下，預計將有更多的專案開始導入此高階系統。

RAID建置祕訣

RAID應用領域十分廣泛，其機構設計要符合每一種環境條件，著實不易！某些建置環境像是「無塵室」，安裝和維運程序相當繁複，工程商除了具備精良的修繕技術，更要有精準的選購能力。到底該怎麼評判RAID完善度，又該如何選購呢？

廠牌信譽有保障

聯剛科技協理楊學禮認為， 品質穩定的RAID設備，必然經歷過漫長的市場考驗，所以廠牌信譽很重要，品牌代表了某種程度的保障。

參考測試報告

RAID技術也必須通過重重測試，才能確立其耐用程度。楊學禮表示，雖然不是每家製造商都願意花時間去做測試，但通常優良廠商都願意主動提供產品效能測試報告，證明自家產品優勢。

考量備援能力

選擇儲存設備應考量「穩定性」，最重要的目標就是RAID不會因為單一元件故障而中斷服務（no single point of failure）。因此，RAID 應具備以下設計：

˙ 備援風扇（Redundant fan）：避免系統過熱。
˙ 自我檢測、事件檢視功能：RAID 一開機就有硬碟偵測，設備有異狀時，系統將自動告警通知，並顯示在操作介面。
˙ 自我監測功能：藉由幾個參數的偵測、或參數的累積，判斷硬碟是否快要損壞，比方說硬碟頭讀取失效、錯誤、或者壞軌（可能 磁粉磨掉， 或硬碟頭撞到、刮傷），當硬碟快要壞掉，系統會立即偵測到，並且將資料複製到另一顆硬碟，然後再發報。
˙ 備援電源（Redundant Power）、備援控制器（Redundant Controller）等，維持系統穩定運作。

模組化設計為佳

機構設計盡量模組化，也是相當理想的選擇。，這種作法可讓設備更方便維修、汰換。比方說，風扇、電池或硬碟壞了，可直接抽取換新，發揮「現場更換單元」（Field Replaceable Unit，FRU）的便利性。

確定可擴充性

一般來講，如果資料量很大，就要注意設備的擴充性，例如初期需要的儲存容量可能不高，但日後如果要再增加容量，就得注意系統有沒有這種擴充性。

挑冷門時段備份

由於系統必須24小時不間斷地錄影和監控，如果同時又要進行即時備份，將佔去系統大半的I/O效能和網路傳輸量，可能會影響錄影張數或甚至需要調低影像解析度。

所以威聯通科技市場行銷部經理林楠倚建議，可採用排程備份的方式，選擇特定時段做備份，如果覺得白天的錄影資料較重要，則可以選擇夜深人靜的時候進行備份，這樣白天的錄影檔案張數將不會受到影響。

影像錄得到　也要存得到

很多專案建置大型的監控儲存架構，動輒幾百顆、幾千顆硬碟，黃慶忠表示，如果硬碟損壞率以1%計算的話，每年可能陸續壞好幾顆，甚至硬碟同時壞2、3顆，就會導致資料流失。

如果再把案場放大，像是國外大型資料中心採用喬鼎資訊產品建置的RAID儲存系統，採用了超過10萬顆硬碟，如果沒有高技術含量的RAID架構，資料很難妥善保存。

許多業主或S I以為，儲存設備「堪用」即可，卻忽略了存取過程中，有太多原因會造成影像資料漏失、甚至毀損，這些變因必須靠RAID良好的效能去填補。因此，為提升資料安全，一套強健穩定的RAID絕對值得投資！

資料來源: 全球安防科技網/作者游沛文 2011/11/11 (http://roadshow.asmag.com/article/article_detail.aspx?aid=8778)

站長心得:  雖然是因為asmag下錯標才看到這篇文章，但在很多RFID的應用系統中，RAID真的很重要哦