大數(shù)據(jù)的三種存儲(chǔ)架構(gòu)解析

數(shù)據(jù)時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)、社交網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析、云服務(wù)等應(yīng)用的迅速普及，對(duì)數(shù)據(jù)中心提出革命性的需求，存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)成為IT核心之一。政府、軍隊(duì)軍工、科研院所、航空航天、大型商業(yè)連鎖、醫(yī)療、金融、新媒體、廣電等各個(gè)領(lǐng)域新興應(yīng)用層出不窮。數(shù)據(jù)的價(jià)值日益凸顯，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為不可或缺的資產(chǎn)。作為數(shù)據(jù)載體和驅(qū)動(dòng)力量，存儲(chǔ)系統(tǒng)成為大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)中最為關(guān)鍵的核心。

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心無(wú)論是在性能、效率，還是在投資收益、安全，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新興應(yīng)用的需求，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)急需新型大數(shù)據(jù)處理中心來(lái)支撐。除了傳統(tǒng)的高可靠、高冗余、綠色節(jié)能之外，新型的大數(shù)據(jù)中心還需具備虛擬化、模塊化、彈性擴(kuò)展、自動(dòng)化等一系列特征，才能滿足具備大數(shù)據(jù)特征的應(yīng)用需求。這些史無(wú)前例的需求，讓存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)和功能都發(fā)生了前所未有的變化。

基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，“應(yīng)用定義存儲(chǔ)”概念被提出。存儲(chǔ)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心最核心的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，不再僅是傳統(tǒng)分散的、單一的底層設(shè)備。除了要具備高性能、高安全、高可靠等特征之外，還要有虛擬化、并行分布、自動(dòng)分層、彈性擴(kuò)展、異構(gòu)資源整合、全局緩存加速等多方面的特點(diǎn)，才能滿足具備大數(shù)據(jù)特征的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

　　尤其在云安防概念被熱炒的時(shí)代，隨著高清技術(shù)的普及，720P、1080P隨處可見(jiàn)，智能和高清的雙向需求、動(dòng)輒500W、800W甚至上千萬(wàn)更高分辨率的攝像機(jī)面市，大數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的容量、讀寫(xiě)性能、可靠性、擴(kuò)展性等都提出了更高的要求，需要充分考慮功能集成度、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，系統(tǒng)可擴(kuò)展性、性能及成本各方面因素。

　　目前市場(chǎng)上的存儲(chǔ)架構(gòu)如下：

　　(1)基于嵌入式架構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)

　　節(jié)點(diǎn)NVR架構(gòu)主要面向小型高清監(jiān)控系統(tǒng)，高清前端數(shù)量一般在幾十路以?xún)?nèi)。系統(tǒng)建設(shè)中沒(méi)有大型的存儲(chǔ)監(jiān)控中心機(jī)房，存儲(chǔ)容量相對(duì)較小，用戶(hù)體驗(yàn)度、系統(tǒng)功能集成度要求較高。在市場(chǎng)應(yīng)用層面，超市、店鋪、小型企業(yè)、政法行業(yè)中基本管理單元等應(yīng)用較為廣泛。

　　(2)基于X86架構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)

　　平臺(tái)SAN架構(gòu)主要面向中大型高清監(jiān)控系統(tǒng)，前端路數(shù)成百上千甚至上萬(wàn)。一般多采用IPSAN或FCSAN搭建高清視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)。作為監(jiān)控平臺(tái)的重要組成部分，前端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)錄像存儲(chǔ)管理模塊存儲(chǔ)到SAN中。

　　此種架構(gòu)接入高清前端路數(shù)相對(duì)節(jié)點(diǎn)NVR有了較高提升，具備快捷便利的可擴(kuò)展性，技術(shù)成熟。對(duì)于IPSAN而言，雖然在ISCSI環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)并發(fā)讀寫(xiě)傳輸速率有所消耗，但其憑借擴(kuò)展性良好、硬件平臺(tái)通用、海量數(shù)據(jù)可充分共享等優(yōu)點(diǎn)，仍然得到很多客戶(hù)的青睞。FCSAN在行業(yè)用戶(hù)、封閉存儲(chǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用較多，比如縣級(jí)或地級(jí)市高清監(jiān)控項(xiàng)目，大數(shù)據(jù)量的并發(fā)讀寫(xiě)對(duì)千兆網(wǎng)絡(luò)交換提出了較大的挑戰(zhàn)，但應(yīng)用FCSAN構(gòu)建相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，可以有效解決上述問(wèn)題。

　　面對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)大文件、隨機(jī)讀寫(xiě)的特點(diǎn)，平臺(tái)SAN架構(gòu)系統(tǒng)不同存儲(chǔ)單元之間的數(shù)據(jù)共享冗余方面還有待提高;從高性能服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)視頻數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)空間的策略，從系統(tǒng)架構(gòu)而言也增加了隱患故障點(diǎn)、ISCSI帶寬瓶頸導(dǎo)致無(wú)法充分利用硬件數(shù)據(jù)并發(fā)性能、接入前端數(shù)據(jù)較少。上述問(wèn)題催生了平臺(tái)NVR架構(gòu)解決方案。

　　該方案在系統(tǒng)架構(gòu)上省去了存儲(chǔ)服務(wù)器，消除了上文提到的性能瓶頸和單點(diǎn)故障隱患。大幅度提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的寫(xiě)入和檢索速度;同時(shí)也徹底消除了傳統(tǒng)文件系統(tǒng)由于供電和網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定帶來(lái)的文件系統(tǒng)損壞等問(wèn)題。

　　平臺(tái)NVR中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可同時(shí)供多個(gè)客戶(hù)端隨時(shí)查詢(xún)，點(diǎn)播，當(dāng)用戶(hù)需要查看多個(gè)已保存的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)授權(quán)的視頻監(jiān)控客戶(hù)端直接查詢(xún)并點(diǎn)播相應(yīng)位置的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歷史圖像的查看。由于數(shù)據(jù)管理服務(wù)器具有監(jiān)控系統(tǒng)所有監(jiān)控點(diǎn)的錄像文件的索引，因此通過(guò)平臺(tái)CMS授權(quán)，視頻監(jiān)控客戶(hù)端可以查詢(xún)并點(diǎn)播整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)上所有監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程對(duì)用戶(hù)而言也是透明的。

　　(3)基于云技術(shù)的存儲(chǔ)方案

　　當(dāng)前，安防行業(yè)可謂“云”山“物”罩。隨著視頻監(jiān)控的高清化和網(wǎng)絡(luò)化，存儲(chǔ)和管理的視頻數(shù)據(jù)量已有海量之勢(shì)，云存儲(chǔ)技術(shù)是突破IP高清監(jiān)控存儲(chǔ)瓶頸的重要手段。云存儲(chǔ)作為一種服務(wù)，在未來(lái)安防監(jiān)控行業(yè)有著客觀的應(yīng)用前景。

　　與傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備不同，云存儲(chǔ)不僅是一個(gè)硬件，而是一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、軟件、接入網(wǎng)絡(luò)、用戶(hù)訪問(wèn)接口以及客戶(hù)端程序等多個(gè)部分構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。該系統(tǒng)以存儲(chǔ)設(shè)備為核心，通過(guò)應(yīng)用層軟件對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)服務(wù)。

　　一般分為存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層以及訪問(wèn)層。存儲(chǔ)層是云存儲(chǔ)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由存儲(chǔ)設(shè)備(滿足FC協(xié)議、iSCSI協(xié)議、NAS協(xié)議等)構(gòu)成?；A(chǔ)管理層是云存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心，其擔(dān)負(fù)著存儲(chǔ)設(shè)備間協(xié)同工作，數(shù)據(jù)加密，分發(fā)以及容災(zāi)備份等工作。應(yīng)用接口層是系統(tǒng)中根據(jù)用戶(hù)需求來(lái)開(kāi)發(fā)的部分，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型，可以開(kāi)發(fā)出不同的應(yīng)用服務(wù)接口。訪問(wèn)層指授權(quán)用戶(hù)通過(guò)應(yīng)用接口來(lái)登錄、享受云服務(wù)。其主要優(yōu)勢(shì)在于：硬件冗余、節(jié)能環(huán)保、系統(tǒng)升級(jí)不會(huì)影響存儲(chǔ)服務(wù)、海量并行擴(kuò)容、強(qiáng)大的負(fù)載均衡功能、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一向外提供服務(wù)，管理效率高，云存儲(chǔ)系統(tǒng)從系統(tǒng)架構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)、高速緩存等方面入手，針對(duì)監(jiān)控應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)傳輸可采用流方式，底層采用突破傳統(tǒng)文件系統(tǒng)限制的流媒體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大幅提高了系統(tǒng)性能。

　　高清監(jiān)控存儲(chǔ)是一種大碼流多并發(fā)寫(xiě)為主的存儲(chǔ)應(yīng)用，對(duì)性能、并發(fā)性和穩(wěn)定性等方面有很高的要求。該存儲(chǔ)解決方案采用獨(dú)特的大緩存順序化算法，把多路隨機(jī)并發(fā)訪問(wèn)變?yōu)轫樞蛟L問(wèn)，解決了硬盤(pán)磁頭因頻繁尋道而導(dǎo)致的性能迅速下降和硬盤(pán)壽命縮短的問(wèn)題。

針對(duì)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生PB級(jí)海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)量達(dá)數(shù)十臺(tái)上百臺(tái)，因此管理方式的科學(xué)高效顯得十分重要。云存儲(chǔ)可提供基于集群管理技術(shù)的多設(shè)備集中管理工具，具有設(shè)備集中監(jiān)控、集群管理、系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、主動(dòng)報(bào)警，圖像化系統(tǒng)檢測(cè)等功能。在海量視頻存儲(chǔ)檢索應(yīng)用中，檢索性能尤為重要。傳統(tǒng)文件系統(tǒng)中，文件檢索采用的是“目錄-》子目錄-》文件-》定位”的檢索步驟，在海量數(shù)據(jù)的高清視頻監(jiān)控，目錄和文件數(shù)量十分可觀，這種檢索模式的效率就會(huì)大打折扣。采用序號(hào)文件定位可以有效解決該問(wèn)題。

　　云存儲(chǔ)可以提供非常高的的系統(tǒng)冗余和安全性。當(dāng)在線存儲(chǔ)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，熱備機(jī)可以立即接替服務(wù)，當(dāng)故障恢復(fù)時(shí)，服務(wù)和數(shù)據(jù)回遷;若故障機(jī)數(shù)據(jù)需要調(diào)用，可以將故障機(jī)的磁盤(pán)插入到冷備機(jī)中，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的立即可用。

　　對(duì)于高清監(jiān)控系統(tǒng)，隨著監(jiān)控前端的增加和存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，擴(kuò)展能力十分重要。市場(chǎng)中已有友商可提供單純針對(duì)容量的擴(kuò)展柜擴(kuò)展模式和性能容量同步線性擴(kuò)展的堆疊擴(kuò)展模式。

　　云存儲(chǔ)系統(tǒng)除上述優(yōu)點(diǎn)之外，在平臺(tái)對(duì)接整合、業(yè)務(wù)流程梳理、視頻數(shù)據(jù)智能分析深度挖掘及成本方面都將面臨挑戰(zhàn)。承建大型系統(tǒng)、構(gòu)建云存儲(chǔ)的商業(yè)模式也亟待創(chuàng)新。受限于寬帶網(wǎng)絡(luò)、web2.0技術(shù)、應(yīng)用存儲(chǔ)技術(shù)、文件系統(tǒng)、P2P、數(shù)據(jù)壓縮、CDN技術(shù)、虛擬化技術(shù)等的發(fā)展，未來(lái)云存儲(chǔ)還有很長(zhǎng)的路要走。