主頁（http://www.www.xzhtuan.com）：DVR文件系統(tǒng)及硬盤發(fā)展趨勢

    嵌入式DVR與PC機一樣，都存在硬盤文件系統(tǒng)。嵌入式DVR硬盤文件系統(tǒng)可分為兩類，一是與PC機相同的FAT文件系統(tǒng)，第二種是嵌入式DVR生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的，適合存儲大容量媒體數(shù)據(jù)流的專業(yè)文件系統(tǒng)。

通用文件系統(tǒng)的不足之處
    目前市場上，PC-basedDVR一般基于Windows系統(tǒng)，文件系統(tǒng)一般采用NTFS或FAT32；而嵌入式DVR所采用的文件系統(tǒng)則與廠商選擇的嵌入式操作系統(tǒng)有密切的關(guān)系。目前嵌入式DVR中所采用的嵌入式操作系統(tǒng)有RTOS、pSOS、嵌入式Linux、vxWorks等，而采用的文件系統(tǒng)則有較多種類，如MS-DOS兼容文件系統(tǒng)、UNIX兼容文件系統(tǒng)、Windows兼容文件系統(tǒng)等。

    PC系統(tǒng)使用的FAT文件系統(tǒng)，對于長時間錄像產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)包（幾G到數(shù)十G的數(shù)據(jù)）無法管理，只能進(jìn)行分包，將一段完整的錄像，分為若干個小的文件包，如5、10、30分鐘自動形成一個文件，或者150M、200M作為一個文件。因此容易產(chǎn)生包與包之間丟幀現(xiàn)象，同時硬盤磁頭需要頻繁地讀寫數(shù)據(jù)與文件索引，磁頭頻繁跳動，對于每天十幾到二十四小時連續(xù)讀寫硬盤的DVR系統(tǒng)，極容易造成硬盤故障。同時硬盤錄滿后，需要刪除整段文件，但新錄制的文件與老的文件大小不同，由此會在硬盤上產(chǎn)生大量碎片空間，影響硬盤的使用和系統(tǒng)效率。另外，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)用做錄像機錄像資料管理還存在兩個風(fēng)險，一是文件分配表如果損壞，則錄像資料大多會丟失，二是系統(tǒng)突然斷電或遭到人為破壞，當(dāng)前的錄像數(shù)據(jù)不能夠保存。

    針對FAT文件系統(tǒng)在媒體數(shù)據(jù)流存儲領(lǐng)域中的不足之處，專業(yè)公司開發(fā)了適合媒體數(shù)據(jù)流存儲方式的硬盤管理文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以高效率地管理整個硬盤，不受錄像數(shù)據(jù)包大小影響，錄像機從開始到結(jié)束為一個錄像機段，錄像機段長度可從幾秒鐘到幾十小時，數(shù)據(jù)可從幾K到幾十T。采用這種硬盤管理方式，克服了FAT系統(tǒng)對長時間錄像管理存在的缺陷。由于不存在分包錄像，因此也不存在包與包之間丟幀現(xiàn)象；磁頭不需要頻繁讀寫數(shù)據(jù)與文件索引，延長硬盤使用壽命；硬盤錄滿后，采用逐幀覆蓋技術(shù)，不存在硬盤碎片�？梢詫⒂脖P形象地比做一盤錄像機帶，硬盤任何地方的錯誤，不會影響前面或后面的錄像。在突然斷電的情況下，也能保存斷電前瞬間的圖像；同時，原始錄像資料盤數(shù)據(jù)與PC不兼容，無法在PC上直接修改，保證原始資料的保密性和可靠性。

    但由于開發(fā)難度和資金投入的限制，多數(shù)嵌入式DVR生產(chǎn)企業(yè)仍然會采用FAT文件存儲方式對硬盤錄像機進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。從嵌入式DVR硬盤文件系統(tǒng)的發(fā)展方向看，長時間穩(wěn)定錄像采用這種方式可以大幅度提高硬盤錄像機的可靠性，但需要專業(yè)公司具備開發(fā)硬盤操作系統(tǒng)的能力與經(jīng)驗，目前國內(nèi)只有少數(shù)幾個廠家擁有該項技術(shù)。

專業(yè)文件系統(tǒng)
儲存結(jié)構(gòu)
    為了提高靈活性，系統(tǒng)將硬盤進(jìn)行分區(qū)。一個硬盤最多劃分為兩個區(qū)（又稱為驅(qū)動器）。系統(tǒng)預(yù)留了一分區(qū)扇區(qū)，保存在該扇區(qū)的分區(qū)信息結(jié)構(gòu)包括著硬盤的操作狀態(tài)、校驗標(biāo)記等一些重要信息，同時還包含兩個分區(qū)的硬盤參數(shù)表（即DPT）。DPT又包含每個分區(qū)的儲存特征、總的簇數(shù)等信息。硬盤分區(qū)：
分區(qū)扇區(qū)
分區(qū)信息結(jié)構(gòu)（含兩個硬盤參數(shù)表）：扇區(qū)號，硬盤信息
第一分區(qū)
．驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)
．目錄區(qū)
．索引區(qū)
．?dāng)?shù)據(jù)區(qū)
第二分區(qū)
．驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)
．目錄區(qū)
．索引區(qū)
．?dāng)?shù)據(jù)區(qū)

    驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)是文件系統(tǒng)訪問驅(qū)動器的依據(jù)，它包含驅(qū)動器的操作狀態(tài)、儲存特征、鏈表指針、校驗標(biāo)記等信息。硬盤排列時，根據(jù)驅(qū)動器的操作狀態(tài)（特別是錄像起止時間），驅(qū)動器形成雙向鏈表，鏈表指針被填充。硬盤格式化時，根據(jù)硬盤容量和分區(qū)個數(shù)生成DPT，再用DPT來初始化每個分區(qū)的驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)，并保存到對應(yīng)扇區(qū)。硬盤初始化時，根據(jù)DPT中的驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)扇區(qū)偏移直接得到驅(qū)動器參數(shù)結(jié)構(gòu)。

    對于大數(shù)據(jù)量的流媒體應(yīng)用，系統(tǒng)采用單位比較大的簇來管理數(shù)據(jù)，這樣可以提高效率，而數(shù)據(jù)碎片的影響可以忽略不計。每簇與目錄區(qū)和索引區(qū)中的目錄結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)物理上一一對應(yīng)。寫數(shù)據(jù)時，目錄結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)、簇在物理上都是順序申請的，按照申請的時間先后次序，各個通道混合存放。

    其中簇標(biāo)志用于標(biāo)識文件的起始和結(jié)束，數(shù)據(jù)標(biāo)志和數(shù)據(jù)屬性用于文件的查找和定位，關(guān)聯(lián)屬性將特定通道的簇鏈接起來，主要用于文件的連續(xù)讀取。

簇標(biāo)志
    該簇為空閑簇或所在文件的首簇、擴展首簇、非首簇的標(biāo)志。

數(shù)據(jù)標(biāo)志
    該簇錄像數(shù)據(jù)的通道號、音視頻標(biāo)志、報警標(biāo)志。

數(shù)據(jù)屬性
    該簇錄像數(shù)據(jù)的起止時間、長度、圖像質(zhì)量。

關(guān)聯(lián)屬性
    該簇為文件的第幾簇，以及該簇在所在文件的首簇號、下項簇號、上項簇號。

保留
    索引結(jié)構(gòu)包含簇內(nèi)數(shù)據(jù)的通道號、音視頻標(biāo)志、報警標(biāo)志。由于索引結(jié)構(gòu)占用空間小，實際上使用索引結(jié)構(gòu)代替目錄結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)標(biāo)志來實現(xiàn)文件的查找，可以提高效率。

緩沖管理
    由于對索引區(qū)及目錄區(qū)的讀寫操作比較頻繁，存在空間、時間局部性，如果每次讀寫直接對底層接口進(jìn)行調(diào)用，比較浪費資源，而從系統(tǒng)中開一緩沖數(shù)組進(jìn)行管理，從而減少真正的讀寫次數(shù)。而對數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫不存在上述特性，所以對數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫可以直接調(diào)用底層接口函數(shù)。

    為了提高緩沖的命中率，緩沖開設(shè)大小應(yīng)該大于64個扇區(qū)單元，如果系統(tǒng)內(nèi)存資源不存在問題，則加大開設(shè)的緩沖數(shù)。在大的緩沖數(shù)開設(shè)情況下，系統(tǒng)存在緩沖查找的時間開銷，為減小這部分開銷，在定位緩沖時采用hash查找。Hash表的長度定為緩沖數(shù)的2倍以上。由于訪問上順序特性，hash函數(shù)可以直接從LBA的低位生成。

    在突然斷電的情況下，為了能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)，對目錄區(qū)必須進(jìn)行隨時保存，所以緩沖在任意情況下都能進(jìn)行同步，同步方式有單緩沖、單驅(qū)動器、所有緩沖。

電源管理
    硬盤正常運行的功耗都比較大，一般都帶電源管理功能，它基本上分為三種工作狀態(tài)，分別為尋道、空閑、待命�？臻e狀態(tài)硬盤的電機還是運轉(zhuǎn)的，待命狀態(tài)時硬盤的電機是停轉(zhuǎn)的，但它接受命令的輸入。
(中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)