擴展數(shù)字家庭的存儲容量

前言

數(shù)字內(nèi)容的增長大大推動了數(shù)字家庭對于以磁盤為基礎的存儲需求。個人錄像機(PVR)或者個人計算機(PC)隨機內(nèi)置的單個驅(qū)動器已經(jīng)不能滿足消費者的要求。因此，這就刺激了附加存儲器市場的巨大增長：外部驅(qū)動器市場從2004年到2005年增長超過149%，而且預計在2005年到2010年之間增長超過263%。

本文介紹的數(shù)字家庭的存儲容量擴展解決方案。實用便捷，用戶可隨時增添硬盤驅(qū)動器，而無需打開他們的PVR或PC機殼。

數(shù)字家庭需要更大的存儲容量

家庭錄像、電視節(jié)目、電影與音樂，所有這些內(nèi)容都是以數(shù)字形式存儲，而且它們大多數(shù)存放在數(shù)字家庭的某塊硬盤上，它們的數(shù)量也比以前增多。數(shù)字文件的規(guī)模在變大，從數(shù)碼相機百萬級像素的快速升級，當今標準清晰度電視將升級為高清晰度電視(HDTV)，數(shù)字媒體的質(zhì)量正在提高，因此存儲這些內(nèi)容的文件規(guī)模也隨之增大。目前，標準清晰度電視節(jié)目存儲率大約是2.3 GB/小時，而高清晰度電視存儲率則是平均8.6 GB/小時左右。那就意味著，帶有250GB硬盤驅(qū)動器的一臺數(shù)字錄像機(DVR)能夠存儲大約110小時的標準清晰度節(jié)目，而它只能存儲30小時左右的高清晰度節(jié)目。根據(jù)傳播集團TDG公司的最新報告指出，每個家庭的個人內(nèi)容或者家庭參考數(shù)據(jù)的數(shù)量將從2005年的322GB左右增加到2010年的1933GB左右。

外部硬盤擴容的便攜管理

外部存儲硬盤盒是擴展數(shù)字存儲日益流行的一種有效方式；不過，管理跨多個磁盤的(可能兼有內(nèi)部磁盤與外部磁盤的)存儲可能是非常困難的。因為每個驅(qū)動器都是以一個單獨的“分卷”或者驅(qū)動器字母(C：、D：、E：等)形式出現(xiàn)并管理，當用戶添加驅(qū)動器時，系統(tǒng)的復雜性也在增加。在為存滿數(shù)據(jù)的系統(tǒng)添加新的驅(qū)動器時，用戶必須重新建立一個類似的文件結構。不過，這樣做將會創(chuàng)建一個存儲在兩個磁盤中的分段文件結構，需要用戶強制記住哪個驅(qū)動器存放了哪個文件。這種額外附加的復雜性很快帶來了新問題，比如，文件XYZ是在驅(qū)動器C：中還是在E：中呢?

當然，用戶也可以有其他選擇：每次使用新驅(qū)動器時，他們將花費幾個小時重新清理并移植數(shù)據(jù)。更為糟糕的是，某些軟件可能不允許將內(nèi)容放在多個位置上。它們可能希望將所有內(nèi)容放入指定的單一文件夾，避免使用第二個驅(qū)動器字母。因此，當用戶能夠通過添加一個驅(qū)動器獲得更大的存儲容量時，管理跨越多個驅(qū)動器的數(shù)據(jù)將是非常困難的。

另外一個問題就是，大多數(shù)消費產(chǎn)品的擴展能力，比如說個人錄像機，也是非常有限的。通常也只提供單個額外的驅(qū)動器連接，它只允許連接一個單獨的額外驅(qū)動器。在那個驅(qū)動器用完之后，就沒有更多的擴展選擇了。

一個全面的解決方案將允許用戶隨著時間的推移非常方便地增加存儲，從而解除個人錄像機后面的擴展端口數(shù)的限制，而且還不需要他們花費時間來管理文件系統(tǒng)。

容量擴展的實現(xiàn)

容量擴展是利用存儲處理器將硬盤驅(qū)動器連接在一起，并允許它們以單個驅(qū)動器的方式運行。容量擴展在概念上非常簡單，它對于改變存儲在數(shù)字家庭中的管理方式具有強大的內(nèi)在影響。不過，在想象容量擴展的好處之前，理解它的技術基礎將大有裨益。

容量擴展借助以前僅在企業(yè)級層面應用的若干技術，并將它們應用于數(shù)字家庭當中，其目的就在于：對于消費者來說，向現(xiàn)有設備添加基于磁盤的存儲的復雜工作將變得簡單易行。其中需要用到的技術包括虛擬化、串行、堆疊、在線擴展與eSATA等。

虛擬化

容量擴展允許用戶為他們現(xiàn)有的數(shù)字存儲器增加空間，同時保持維護管理單個驅(qū)動器的方便性。為了實現(xiàn)這個目標，容量擴展借用了來自企業(yè)級存儲空間的一個叫做虛擬化的概念。實際上，虛擬化意味著在一個系統(tǒng)中不考慮其物理配置來存儲所有數(shù)字內(nèi)容，而且它們是以單個分卷的形式出現(xiàn)并進行管理。在企業(yè)級層次上，這在過去就意味著采用多個服務器—僅用來存儲數(shù)據(jù)的專用計算機—并通過單個虛擬接口訪問并控制它們。

對于消費者來說，通過類似的方式工作使用一個存儲處理器實現(xiàn)容量擴展，該處理器是位于物理存儲設備與操作系統(tǒng)之間的一個芯片。這種存儲處理器遠勝于簡單的驅(qū)動器控制器，它接管了與它連接的所有存儲設備，而且讓它們對于操作系統(tǒng)來說看起來像是單個驅(qū)動器，這種處理叫做“存儲虛擬化”。

圖1  硬盤驅(qū)動器管理的虛擬化

串行、堆疊與在線擴展

誠然，存儲虛擬化在使得存儲對消費者易用方面已經(jīng)有了很大進展，但是光靠虛擬化仍然不夠。容量擴展包括牽涉到存儲增長問題的其他功能。其中一個重要的考慮就是驅(qū)動器如何相互作用。“串行”描述了一個驅(qū)動器相互緊挨“層疊”在一起的模型，只有在上一個驅(qū)動器物理盤存滿后才使用下一個。這種方式的優(yōu)點就是，用戶可以利用不同規(guī)格的驅(qū)動器的全部容量。

圖2  多個硬盤驅(qū)動器的串連

堆疊是將硬盤驅(qū)動器以菊花鏈方式聚集起來，并將其虛擬化作為單個硬盤驅(qū)動器出現(xiàn)。這就意味著驅(qū)動器不需要為了虛擬化全部連接到同一個芯片上。此時，存儲處理器芯片擔當節(jié)點，它能夠連接到其他存儲處理器和硬盤驅(qū)動器上。在這個模型中，eSATA(外部串行ATA接口)成為將存儲處理器連接在一起的總線。

圖3  堆疊，菊花鏈，驅(qū)動器

在線擴展僅僅意味著，新的驅(qū)動器能夠被添加到一個現(xiàn)有的驅(qū)動器組當中，而不會丟失已經(jīng)存在于分卷中的任何數(shù)據(jù)。這就把用戶從必須在每次添加一個驅(qū)動器時重新格式化存儲器中解放出來，而且，非常重要的是，它能夠讓存儲器與時俱進地擴展。

高速eSATA接口

最新一代的eSATA Gen2的速度最高可以達到300MB/s。目前的硬盤驅(qū)動器速度大約在60MB/s，單根eSATA電纜能夠傳輸來自至多五個全速工作驅(qū)動器的數(shù)據(jù)。相反，與其連接的最快的外部連接1394b(也稱為火線B)接口的速度僅為80MB/s，這就意味著即便是只連接兩個驅(qū)動器，由于電纜速度的限制，使用1394b的性能也將下降40%。USB 2.0接口對速度的限制更大，其速度僅為eSATA的1/6左右。eSATA的高帶寬能力使容量擴展變得切實可行。

圖4 eSATA與1394b和USB的比較

容量擴展的好處

帶有容量擴展的智能存儲處理器使得可以隨時間逐步增長的基于磁盤的易用存儲成為現(xiàn)實。容量擴展允許用戶將其所有的驅(qū)動器視為單個虛擬分區(qū)卷，從而簡化了文件管理并降低了主機軟件的復雜性。這個模型通過在一個菊鏈中進行eSATA層疊并支持多個磁盤，從而使得用戶避免個人錄像機的單個擴展驅(qū)動器的限制。

隨著時間的推移，構建數(shù)10TB存儲容量還要比您一次購買全部存儲便宜一些。硬盤驅(qū)動器價格持續(xù)下降的趨勢，意味著今后指定容量的驅(qū)動器將會比今天的成本更低，因此延期購買任何單個驅(qū)動器都會幫助您節(jié)省費用。

舉例來說，在2003年，如果基于硬盤驅(qū)動器的外部存儲器1GB的平均價格為1美元，那么，10TB的存儲容量將需要花費1000美元。與此相反，如果用戶從2003年到2006年每年購買250 GB(隨著其存儲需求增長)，那么，到現(xiàn)在他也將擁有10TB的存儲容量，而只需要花費約689美元，比一次全部買齊節(jié)省了30%以上。

圖5 eSATA5個驅(qū)動器連接在一個堆疊拓撲中

容量擴展所涉及的所有技術全部在存儲處理器中直接實施，從而這種功能可以在任何平臺上使用，包括個人錄像機、高清晰數(shù)字錄像機/數(shù)字電視、個人網(wǎng)絡接入服務器以及臺式機附加存儲驅(qū)動器等。

結語

容量擴展為用戶提供了一種按照自己的意愿隨時將存儲添加到現(xiàn)有設備的簡單方法，同時使得用戶每GB的成本最小化。它以一個芯片為基礎， 該芯片可以利用eSATA速度并使用存儲虛擬化將連接驅(qū)動器作為單個分卷來進行管理。這些芯片也可以層疊在一起，它允許一次性或者逐步將驅(qū)動器堆疊在一起。