磁盤陣列數據安全預警技術研究
技術廣角
作者：郭群
摘要：高性能計算和數據中心存儲規模的飛速增長造成對存儲係統的容量和性能的巨大需求。磁盤陣列是目前應用最廣泛的存儲係統，是構成最大規模存儲係統的基礎設備。磁盤陣列采用多磁盤並行的方式擴展了存儲係統容量，提高了存儲係統性能，用冗餘技術提高了存儲係統高可用性。通過對磁盤陣列預警技術中傳感技術、S.M.A.R.T技術及磁盤增長缺陷表的研究和分析，使用戶能及時發現係統中可能存在的隱患，及時發現預警信息，及時進行相關保護，大幅降低了數據丟失的風險，提高了磁盤陣列存儲係統的可靠性和可用性。
關鍵詞：磁盤陣列；數據安全；預警技術；研究
中圖分類號：TP399 文獻標誌碼：A 文章編號：1006-8228（2013）10-04-02
0 引言
隨著信息技術的快速發展，大量的數據通過計算機係統來存儲，形成了數據在IT環境中的高度集中存儲。由於需要處理的數據量不斷增加，導致對存儲係統的容量和性能的巨大需求。單位麵積下可以存儲更多的文件、視頻、影視、圖片及聲音等數據，在很大程度上提高了信息和數據管理的自動化，提高了效率、降低了成本，但同時數據安全的風險性也在不斷增強。由於設備故障、操作失誤、環境變化、病毒感染、人為破壞、自然災難等所造成的數據丟失可能會導致巨大的損失。越來越多的企業認識到存儲設備安全的重要性，因而也越來越重視存儲設備安全以及數據保護。
1 目前應用需求現狀分析
目前采用得較多的存儲設備是磁盤陣列，它能提升存儲設備性能、擴充存儲容量、提高存儲可靠性。磁盤陣列采用冗餘技術提高存儲係統可靠性，當磁盤產生故障時，係統進入降級狀態。傳統的數據保護方法多是通過采用冗餘技術以及各種數據備份來保證數據的可用性及可靠性，是在係統故障已經發生時進行數據的重建或者數據的恢複，備用磁盤需要反複執行輸入/輸出存取動作，從而導致係統性能降低和I/O資源浪費，並且由於其故障維護窗口容量較小，極易造成二次數據流失，也可能造成數據業務的中斷。根據實際應用經驗，使用時間相當、同批次磁盤中某一個磁盤一旦出現故障，其他磁盤也可能即將出現故障，極有可能由於其他成員盤再次產生故障而導致重建失敗、陣列數據損毀的事故，因此，數據重建過程相對來說是比較危險的操作。如果能夠事前根據存儲設備的運行狀態有效地預測係統的故障發生概率，在磁盤產生故障之前進行安全預警並采取相關的數據保護措施，不僅可以降低不必要的長期備份開銷，縮小備份窗口，而且可以極大地減少數據丟失的風險。因此及時對磁盤陣列的運行情況進行預警，根據其運行、性能和健康狀況，在係統即將產生故障之前進行數據保護、防患於未然是十分重要的。將安全預警技術引入存儲係統中。能保證數據不丟失、係統盡快恢複運行。存儲設備安全預警能夠為數據存儲提供最為基礎的可用性保證，對提高存儲係統可靠性和可維護性提供保障，最終保護存儲係統數據安全[1]。
2 安全預警技術研究現狀
對安全預警技術的研究是當前國內外比較重要的研究內容之一，這些研究有利於及時發現係統中可能存在的隱患，使用戶及時發現預警信息，便於用戶及時進行相關保護，避免不必要損失。當前安全預警技術研究方向可以分為以下兩種。
⑴按磁盤檢測技術來分，有各種傳感技術、S.M.A.R.T技術、磁盤增長缺陷表等。
⑵按預警的用途來分，有用於交換機、遠程預警監控等網絡的，用於流媒體、網絡電視等存儲技術領域的，用於電腦裝置、磁盤、磁盤陣列等存儲設備[2]。
3 安全預警技術研究內容
3.1 傳感技術
傳感技術是從各種設備獲取信息，並進行處理和識別的技術。可以利用感測傳感技術感知硬盤受到外部作用力而跌落或碰撞的異常震動進行預警，可以利用溫度傳感技術感知硬盤工作環境溫度變化進行預警，可以利用生物傳感技術對硬盤及數據進行保護。利用各種傳感技術可以對磁盤的物理故障進行提前預警，從而保護磁盤及存儲的數據。
預測傳感器技術是如何在硬盤裝置中預警保護的？預測傳感器由感測單元、信號處理與控製電路及預警電路組成。感測單元采用加速度感測芯片在極短時間內感知加速度並及時通知硬盤將磁頭移到停靠區，該感測傳感技術感測硬盤受到外部的作用力而產生運動時的加速度，並以模擬信號的形式輸出感測信號到信號處理與控製電路。信號處理與控製電路可以將模擬信號轉換成數字信號並輸出到單穩態電路，輸出觸發信號。若硬盤裝置發生異常，則輸出控製信號至硬盤以停止讀/寫操作。硬盤自帶電路發出停止數據讀/寫指令，從而使得硬盤的磁頭拉離盤片表麵，回歸初始位置並停止讀/寫，避免磁頭撞擊盤片造成硬盤損壞而導致數據丟失。硬盤受到外部作用力而跌落，處於自由運動狀態時，或者因碰撞而處於非自由落體的異常震動狀態時，預警電路接收信號處理與控製電路輸出的控製信號並發出預警信息。可以對預警電路的預警級別進行區別，即在非正常操作時，如偶然碰撞但未使硬盤跌落或翻轉，硬盤可發出輕度預警提示，可以不停止硬盤的讀寫/操作；而當硬盤受到外部猛烈的撞擊，會進一步損壞硬盤時，則啟動嚴重預警信息，並同時啟動控製電路以停止硬盤工作[3]。