RAID-массивы в видеонаблюдении
К системам хранения данных в видеонаблюдении требования особые. Тут не может быть никаких компромиссов. Данные должны гарантированно быть доступны по необходимости, и реализация этого возложена не только на хранилища, но и к организации распределения информации в самих СХД предъявляются определенные требования. Жесткие диски имеют определенный ресурс работы: они постепенно вырабатываются и выходят из строя. Например, WD Purple и Seagate Surveillance предназначены специально для работы в видеонаблюдении и также имеют определенное время жизни.
Видеонаблюдение сейчас строится не только на «крутизне» видеокамер и используемого ПО (Video Management Software). Важное значение имеет организация всей структуры ИТ, ведь ей предстоит все это обслуживать. Конечно, тут разговор не о небольших системах, а о тех, где используется достаточно много IP-видеокамер, в систему которых входят сервера видеонаблюдения и СХД.
Попробуем разобрать требования системы на организацию видеонаблюдения, например, в 100 потоков. Саму мощь сервера рассматривать не станем, будем считать, что он выполняет свои функции на все 100% и весь необходимый функционал работает исправно. То есть сервер выполняет прием, обработку и запись видеопотоков в архив. Рассчитаем нагрузку только на подсистему хранения данных и требования, которые предъявляются к СХД в проекте такого размера.
Для расчета представим, что будет использоваться достаточно хорошая IP-видеокамера с разрешением Full-HD, кодеком H.264 и частотой 25 кадров. Управление будет происходить VMS AxxonSoft и, согласно их калькулятору, представленному на сайте, поток с одной камеры составляет 6,86 Мбит/с.
Например, месяц хранения архива со 100 видеокамер требует достаточно большого объема хранилища и высчитывается он по такой формуле: (6,86 Мбит/с * 3600 с * 24 ч * 30 д *100 камер) / (8*1024*1024) = 211,97 ТБ, поскольку 1 ТБ = 8*1024*1024 Мбит. Округлим данные до 212 ТБ – получается довольно много. Расчет, конечно, сделан на максимальных параметрах видеокамер. Такой объем хранилища реализуется набором жестких дисков 4-6-8-10 ТБ. Минусы подобного подхода:
- при поломке диска часть видеоархива будет потеряна;
- производительность одного диска снижается в разы.
RAID-массивы в видеонаблюдении
Проблема решается объединением жестких дисков в RAID-массивы. Для этого существуют RAID-контроллеры, которые могут быть как платой расширения, монтируемой в рабочую станцию или сервер, так и законченной конструкцией СХД, например, NAS (Network Attached Storage).
Несмотря на множество структур RAID-массивов, в видеонаблюдении используются только несколько типов объединения дисков. Основные – это 0, 1, 6, 50, 60. У каждой структуры есть свои преимущества и недостатки.
RAID 0 — страйпинг. При таком построении данные пишутся параллельно на все диски массива.
То есть два диска, объединенных по такой схеме, образуют один виртуальный полный диск. Система не выдерживает никакой критики, так как при отказе одного диска мы автоматически теряем данные и на втором. В системах видеонаблюдения RAID 0 практически не используется, хоть и отличается высокой скоростью записи данных. Это стало неактуальным с увеличением пропускной способности шин передачи информации как на серверах, так и на оборудовании видеонаблюдения.
В отличие от RAID 0, RAID 1 обладает высокой надежностью, так как весь поток информации пишется одновременно на два диска и на каждый в полном объеме. То есть информация дублируется, а не делится. Скорость записи, конечно, меньше, но надежность выше. Даже при полном выходе из строя любого диска копия данных будет доступна на другом. В видеонаблюдении такой RAID-массив используется крайне редко. Несмотря на надежность решения, отказ от него в первую очередь происходит ввиду дороговизны. Ведь количество HDD для записи архивов удваивается. В основном, если говорить о видеонаблюдении, RAID 1 можно использовать на рабочем компьютере как зеркалирование операционной системы, применяемой в составе видеонаблюдения.
RAID 5 не обладает большой скоростью, как и RAID 1. Состоит минимум из трех дисков, на которые пишется информация блоками, как и в RAID 0, то есть считая диски одним виртуальным.
Но тут есть блок, который ответственен за контрольные суммы записываемых данных, и при выходе из строя любого диска, опираясь на технические контрольные суммы, можно восстановить данные. Недостаток системы для видеонаблюдения заключается в скорости замены неисправного диска, так как длительное использование только рабочих дисков может способствовать некорректному подсчету контрольных сумм. Преимущество такого массива – меньшая по сравнению с RAID 1 стоимость хранения данных.
Рассмотренные массивы, как уже было сказано, используются редко или не используются совсем в видеонаблюдении. А теперь о массивах с «двойными цифрами», в частности, о RAID 6+0.
Под RAID 6+0 имеют в виду вариант RAID 60, когда два RAID 6 объединяются в RAID 0. Вариант, когда два RAID 0 объединяются в RAID 6, называется RAID 0+6 и «снаружи» представляет собой тот же RAID 60.
RAID 6 считается более совершенной версией RAID 5. Резервирование и подсчет контрольных сумм при таком построении осуществляется уже на базе двух жестких дисков. Что, соответственно, допускает выход пары HDD без боязни утратить данные. Тут увеличивается объем обрабатываемых данных, но современные RAID-контроллеры с этим легко справляются. Причем существует не только аппаратная реализация таких массивов, но и программная.
Использование массивов RAID 6 и RAID 60 в системах видеонаблюдения уже много лет показывает лучшие результаты и множество интеграторов применяет именно эту технологию из-за ее преимуществ в отказоустойчивости. Еще один положительный момент – отличная производительность при последовательном доступе, который характерен для видеопотока.
Вот выборка преимуществ RAID 6 и RAID 60 по сравнению, например, с RAID 10. Это можно увидеть в представленной таблице:
Но у RAID 6/60 есть существенный недостаток: при выходе жестких дисков из строя при продолжении эксплуатации системы наблюдается значительная просадка производительности.
Если использовать производительные аппаратные RAID-контроллеры или СХД, правильно планировать массив и систему в целом, деградация массива RAID-6/60 не вызовет катастрофы, при этом емкость дисков будет использоваться эффективно.
Выше была упомянута еще и программная реализация RAID – это разработка RAIDIX. Программный массив носит имя RAID 7.3 и является отечественной разработкой. Подробней можно почитать на сайте создателей. Тут можно сказать только то, что используется технология чередования блоков с тройным распределением четности, при отказе до 3-х дисков информация с них восстанавливается достаточно легко. В основе RAID 7.3 заложен собственный уникальный алгоритм RAIDIX, позволяющий достигать высоких показателей производительности без дополнительной нагрузки на серверные мощности.
Основные рекомендации при использовании RAID-массивов
Желательно, а в некоторых случаях просто обязательно использование дисков одного производителя и одинакового объема. Если не придерживаться этого правила, можно получить сбои, причина которых – несовместимость различного оборудования. При использовании СХД с массивом HDD лучшим решением будет вариант боксов с салазками для горячей замены. Всегда необходимо иметь подменный фонд для быстрой замены накопителей с заранее подобранными параметрами. Во многих VMS есть функции тревоги, которые могут помочь при оперативном реагировании на проблему аварии в хранилище. Настройте уведомление о работе СХД на электронную почту или посредством СМС: этим вы оградите себя от потери видеоархивов в непредвиденных ситуациях.