System monitoringu zapisuje obraz przez całą dobę, a na dyskach znajdują się nagrania z ostatnich dni lub tygodni. Co jednak stanie się w przypadku awarii jednego z nośników? W systemie korzystającym z pojedynczego dysku może to oznaczać utratę dostępu do zapisanych materiałów i przerwę w dalszej rejestracji obrazu.
W większych instalacjach, w których rejestrator lub serwer może obsługiwać kilka dysków, jednym ze sposobów zwiększenia odporności systemu na takie zdarzenia jest macierz RAID.
RAID pozwala połączyć kilka nośników i wykorzystać je jako wspólną przestrzeń do przechowywania danych. W zależności od wybranej konfiguracji można w ten sposób zwiększyć odporność na awarię dysku, poprawić wydajność albo efektywniej wykorzystać dostępną pojemność.
Jeśli planujesz budowę lub rozbudowę monitoringu wizyjnego, warto więc wiedzieć, czym jest macierz RAID, jakie są jej podstawowe rodzaje i – przede wszystkim – kiedy jej zastosowanie rzeczywiście ma sens. A to wyjaśniamy w tym artykule.
RAID to skrót od Redundant Array of Independent Disks. Jest to sposób połączenia kilku fizycznych dysków w jeden logicznie zarządzany zespół.
Zamiast traktować każdy nośnik jako całkowicie oddzielne miejsce zapisu, rejestrator lub serwer może rozdzielać dane pomiędzy kilka dysków zgodnie z zasadami określonymi przez wybrany poziom RAID.
W zależności od konfiguracji część dostępnej pojemności może zostać wykorzystana do przechowywania danych nadmiarowych. Dzięki nim awaria jednego z dysków nie musi od razu oznaczać utraty nagrań.
Poszczególne poziomy RAID różnią się przede wszystkim:
Nie każdy RAID zapewnia przy tym ochronę przed awarią. Dobrym przykładem jest RAID 0, którego głównym zadaniem jest wykorzystanie pojemności i wydajności kilku dysków, a nie zapewnienie redundancji.
System monitoringu wizyjnego stawia przed pamięcią masową inne wymagania niż typowy komputer biurowy. W przypadku ciągłego zapisu materiału dane z kamer trafiają na dyski przez 24 godziny na dobę. Dlatego do takich zastosowań dobiera się dedykowany dysk twardy do monitoringu, przystosowany do długotrwałego zapisu strumieni wideo. Nawet właściwie dobrany nośnik pozostaje jednak elementem, który może ulec awarii. RAID stosuje się przede wszystkim po to, aby ograniczyć skutki takiego zdarzenia.
W systemie z jednym dyskiem schemat jest prosty:
kamery → rejestrator → jeden dysk
Jeżeli nośnik przestanie działać, rejestrator może utracić możliwość dalszego zapisu, a dostęp do zgromadzonych na nim materiałów może być niemożliwy.
W macierzy zapewniającej redundancję zapis wygląda inaczej:
kamery → rejestrator lub serwer → kilka współpracujących dysków
Dane są rozmieszczane w taki sposób, aby po awarii określonej liczby nośników system nadal mógł działać i udostępniać zapisane materiały. Dokładny zakres ochrony zależy od wybranego poziomu RAID.
Nie trzeba znać szczegółów działania serwerów, aby zrozumieć podstawową zasadę RAID. W zależności od konfiguracji stosuje się trzy główne mechanizmy:
Nie trzeba samodzielnie zarządzać rozmieszczeniem poszczególnych fragmentów nagrania. Robi to system obsługujący macierz.
Najpopularniejsze konfiguracje można porównać w prosty sposób:
| Poziom | Minimalna liczba dysków | Odporność na awarię | Najważniejsza cecha |
|---|---|---|---|
| RAID 0 | 2 | brak | wykorzystuje łączną pojemność i wydajność dysków, ale nie zapewnia redundancji |
| RAID 1 | 2 | 1 dysk | zapisuje lustrzaną kopię danych |
| RAID 5 | 3 | 1 dysk | łączy redundancję z efektywnym wykorzystaniem pojemności |
| RAID 6 | 4 | 2 dyski | może działać po awarii dwóch dysków |
W RAID 0 dane są rozdzielane pomiędzy co najmniej dwa dyski. Pozwala to wykorzystać ich łączną pojemność, a także zwiększyć wydajność operacji dyskowych.
Problem polega na tym, że RAID 0 nie zapewnia odporności na awarię nośnika. Uszkodzenie jednego dysku powoduje utratę spójności całej macierzy.
Z perspektywy systemu, w którym istotne jest zabezpieczenie nagrań, RAID 0 należy więc traktować przede wszystkim jako punkt odniesienia do innych konfiguracji.
RAID 1 wykorzystuje co najmniej dwa dyski, na których zapisywane są te same dane.
Jeśli zastosujemy dwa nośniki po 8 TB, do dyspozycji otrzymamy około 8 TB przestrzeni użytkowej. Pozostała pojemność służy do przechowywania drugiej kopii tych samych informacji.
Awaria jednego z dwóch dysków nie powoduje wtedy utraty dostępu do danych – pozostają one na drugim nośniku.
Ceną za prostotę i redundancję jest wykorzystanie znacznej części fizycznej pojemności na zapis lustrzany.
RAID 5 wymaga co najmniej trzech dysków. Dane i informacje pozwalające je odtworzyć są rozkładane między wszystkie nośniki.
W uproszczeniu przestrzeń użytkową można obliczyć jako pojemność wszystkich dysków pomniejszoną o pojemność jednego z nich.
Przykładowo:
4 × 8 TB → około 24 TB przestrzeni użytkowej
RAID 5 pozwala zachować dostęp do danych po awarii jednego dysku.
Po jego wymianie rozpoczyna się proces odbudowy macierzy. System odtwarza brakujące dane na nowym nośniku, korzystając z informacji znajdujących się na pozostałych dyskach.
W tym czasie wykonywane są dodatkowe operacje odczytu i zapisu, dlatego wydajność macierzy może być niższa. Do momentu zakończenia odbudowy system nie ma też ochrony przed awarią kolejnego dysku.
RAID 6 wymaga co najmniej czterech nośników. Działa podobnie do RAID 5, ale przechowuje więcej informacji nadmiarowych.
Dzięki temu macierz może zachować dostęp do danych po awarii dwóch dysków.
Warto rozważyć taką konfigurację w większych systemach, w których znajduje się wiele nośników, przechowywana jest duża ilość nagrań, a odbudowa macierzy może być czasochłonna.
Większa odporność oznacza jednak również mniejszą pojemność użytkową. W RAID 6 przestrzeń odpowiada w uproszczeniu pojemności wszystkich nośników pomniejszonej o dwa dyski.
W bardziej wymagających instalacjach można spotkać również inne rozwiązania, np. RAID 10, łączący zapis lustrzany z rozdzielaniem danych pomiędzy kilka nośników.
To jedno z najważniejszych zagadnień przy planowaniu pamięci dla monitoringu. Łączna pojemność wszystkich zamontowanych dysków nie zawsze odpowiada bowiem przestrzeni, którą można wykorzystać na nagrania.
Załóżmy, że w urządzeniu znajdują się cztery dyski po 8 TB, czyli łącznie 32 TB fizycznej pojemności.
| Konfiguracja | Orientacyjna przestrzeń użytkowa |
|---|---|
| RAID 0 | 32 TB |
| RAID 5 | 24 TB |
| RAID 6 | 16 TB |
RAID 1 najłatwiej pokazać na dwóch dyskach: przy konfiguracji 2 × 8 TB dostępna przestrzeń wyniesie około 8 TB.
Są to wartości orientacyjne. Rzeczywista pojemność widoczna w systemie może być nieco niższa m.in. ze względu na sposób przeliczania jednostek oraz przestrzeń wykorzystywaną przez system plików i urządzenie.
Przy projektowaniu archiwum trzeba więc uwzględnić nie tylko sumę pojemności zakupionych dysków, ale również wybrany poziom RAID.
Sama konfiguracja RAID nie odpowiada jeszcze na pytanie, jak dużo miejsca potrzebuje monitoring.
Wpływają na to przede wszystkim:
Znaczenie może mieć między innymi wykorzystanie standardu H.265 HEVC. Przy odpowiedniej konfiguracji może on zmniejszyć bitrate potrzebny do uzyskania porównywalnej jakości obrazu względem starszych metod kompresji, a tym samym ograniczyć ilość miejsca zajmowanego przez nagrania.
Trzeba jednocześnie pamiętać, że RAID nie zwiększa dostępnej przestrzeni. W konfiguracjach zapewniających redundancję jej część jest wykorzystywana właśnie do ochrony przed skutkami awarii dysku.
Jeśli system potrzebuje 20 TB przestrzeni użytkowej, nie wystarczy więc po prostu zamontować dysków o łącznej pojemności 20 TB i dopiero później włączyć RAID 5 lub RAID 6.
Nie. Możliwość utworzenia macierzy zależy od konkretnego urządzenia.
Rejestrator do kamer lub serwer musi:
Sama realizacja RAID może być sprzętowa lub programowa, zależnie od konstrukcji urządzenia i zastosowanego oprogramowania. Z punktu widzenia użytkownika ważniejsze jest więc sprawdzenie, czy konkretny rejestrator obsługuje potrzebną konfigurację, niż rodzaj mechanizmu działającego w tle.
Przy rozbudowie istniejącego monitoringu warto zweryfikować ten parametr przed zakupem dodatkowych dysków. Nie każdy rejestrator wyposażony w kilka zatok automatycznie oferuje wszystkie poziomy RAID.
W niewielkiej instalacji nagrania mogą być przechowywane bezpośrednio na dyskach rejestratora NVR.
W większych systemach architektura może wyglądać inaczej. Za zarządzanie kamerami, użytkownikami, nagraniami i wieloma lokalizacjami może odpowiadać Video Management System, współpracujący z serwerami oraz osobną pamięcią masową.
RAID jest wtedy jednym z mechanizmów zwiększających odporność warstwy odpowiedzialnej za przechowywanie nagrań.
Może być uzupełniany innymi rozwiązaniami, np. zapisem na kartach pamięci w kamerach podczas chwilowej utraty połączenia z serwerem, dodatkowymi lokalizacjami przechowywania albo replikacją szczególnie ważnych danych.
Nie ma jednej architektury odpowiedniej dla każdego obiektu. Rozwiązanie powinno wynikać z liczby kamer, wymaganej retencji nagrań oraz znaczenia ciągłości zapisu.
To jedno z najważniejszych rozróżnień przy planowaniu pamięci masowej.
RAID nie jest kopią zapasową.
W zależności od poziomu pozwala zachować dostęp do danych po awarii określonej liczby dysków. Nie zabezpiecza jednak automatycznie przed wszystkimi sytuacjami prowadzącymi do utraty nagrań.
Macierz sama w sobie nie chroni np. przed:
Dlatego RAID należy traktować jako element zwiększający dostępność danych i odporność systemu na awarie dysków, a nie jako zabezpieczenie przed każdym możliwym scenariuszem utraty nagrań.
Jeśli określone materiały mają szczególne znaczenie, warto przewidzieć również sposób przechowywania ich kopii poza podstawową macierzą.
Nie ma jednego poziomu RAID odpowiedniego do każdego systemu monitoringu.
W uproszczeniu można przyjąć:
| Sytuacja | Co można rozważyć |
|---|---|
| Dwa dyski i potrzeba prostej redundancji | RAID 1 |
| Trzy lub więcej dysków i potrzeba kompromisu między pojemnością a odpornością na awarię jednego nośnika | RAID 5 |
| Większa macierz i potrzeba odporności na awarię dwóch dysków | RAID 6 |
| Szczególne wymagania dotyczące wydajności i redundancji | inne konfiguracje, np. RAID 10 |
Nie należy jednak podejmować decyzji tylko na podstawie liczby nośników.
Znaczenie mają również:
RAID powinien być więc częścią projektu pamięci masowej, a nie funkcją wybieraną niezależnie od pozostałych parametrów monitoringu.
Nie. W niewielkiej instalacji składającej się z kilku kamer i podstawowego rejestratora zastosowanie RAID może być nieuzasadnione lub technicznie niemożliwe.
Znaczenie macierzy rośnie przede wszystkim wtedy, gdy:
Najpierw należy więc określić wymagania systemu, a dopiero później zdecydować, czy i jaki RAID będzie potrzebny.
RAID nie musi być skomplikowany z punktu widzenia osoby planującej monitoring. Najważniejsze jest zrozumienie kilku zasad.
Po pierwsze, macierz pozwala kilku dyskom pracować jako jeden logiczny system pamięci masowej.
Po drugie, nie każdy RAID zapewnia redundancję. RAID 0 jej nie oferuje, natomiast RAID 1, RAID 5 i RAID 6 umożliwiają zachowanie dostępu do danych po określonej liczbie awarii dysków.
Po trzecie, większa odporność zwykle oznacza mniejszą przestrzeń użytkową. Dlatego przy obliczaniu pojemności archiwum trzeba od razu uwzględnić wybraną konfigurację RAID.
Po czwarte, RAID nie zastępuje kopii zapasowej i nie zabezpiecza przed wszystkimi sposobami utraty danych.
Wreszcie, konfigurację pamięci warto planować razem z całym systemem monitoringu. Liczba i pojemność dysków, poziom RAID, możliwości rejestratora lub serwera oraz wymagany okres przechowywania nagrań są ze sobą bezpośrednio powiązane.
Przy większych instalacjach zaplanowanie tych elementów już na etapie projektu pozwala dobrać rozwiązanie zapewniające potrzebną pojemność oraz odpowiedni poziom odporności na awarie nośników – bez niepotrzebnego zwiększania kosztów i komplikowania całego systemu.
