面向大数据的自适应多光驱刻录系统设计与实现

翟红

摘 要：智慧校园通过无所不在的物联网将现实校园与数字校园连在一起，但一些数据由于其特殊性对安全性要求较高，不能随意使用移动存储设备存储数据，尤其是军校这样的特殊单位。在平常的普通办公中又经常需要大量刻录数据，但目前的光存储通用设备手动操作，只适用于单用户环境下使用，不宜在多用户环境下自动完成光盘的刻录和复制功能。很多自动存储装置价格昂贵，且该类产品大多功能单一，自动化程度低。由此文中提出并设计了一种面向大数据的自适应多光驱刻录系统，该系统能够对采集的大量信息进行自动分类存储，将用户应用系统与该自适应多光驱自动刻录系统连接，可实现对数据自动存储与备份，具有操作便捷、安全可靠的特征。

关键词：大数据;自适应;刻录光驱;物联网技术;信息分类;智慧校园

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

随着军校的智慧校园[1]信息化建设，数据具有非常重要的地位，由于其数据的特殊性，因而对其存储流转的安全性较高[2]。光存储由其高安全性的特点依然是当前重要数据存储流转的可靠方法之一[3]。光存储设备主要有光盘刻录机和光盘拷贝机，常用的光盘刻录机只有一个光驱，刻录速度较慢，无法实现对多张光盘同时刻录;光盘拷贝机自带控制器和多个光驱，可以完全脱离计算机使用，但其只能实现对光盘的复制功能[4]。传统的军校数据存储流转使用的光存储通用设备不仅需要手动操作，且适用于单用户环境下使用，不宜在多用户环境下自动完成光盘的刻录和复制功能。很多自动存储装置价格昂贵，且该类产品大多功能单一，自动化程度低。由此可见，对多源异构大数据进行有效的存储和管理是智慧军校建设中非常重要的研究领域。

本文设计一种面向大数据的自适应多光驱刻录系统，采用软硬件一体化嵌入式主板开发设计，兼顾了性能和灵活性的统一，能最大限度地满足大数据光存储的需求，可以根据用户需要自行选择刻录设备的数量，同时实现一个母盘中的数据同时复制多个数据光盘。该系统提供二次开发接口，支持应用扩展和产品固件升级。

1 系统整体设计

1.1 系统硬件框架设计

面向大数据的自适应多光驱刻录系统的硬件结构如图1所示。

嵌入式主板：作为该自动刻录装置的嵌入式主板，主要负责接收来自用户应用系统的待刻录数据，并且向其他模块发送工作指令，管理刻录缓冲池与RAID连接线，检测刻录设备的工作状态，负责刻录或者复制任务的指令分发。

RAID连接线：负责系统刻录设备与嵌入式主板的连接控制，是刻录设备与主板之间数据传送的高速通道。

数据缓冲池：用于暂存用户通过接口传送的待刻录数据或者是复制母盘的镜像数据，用户可以根据实际情况对数据缓冲池的容量进行数据分类，并且可以自行设置数据分类的容量大小[5]。

刻录设备：负责用户数据信息的刻录或者复制。

人机交互终端：负责显示刻录装置的操作信息、工作状态以及预警信息。

语音装置：负责播报语音信息。

预警信息：采用指示灯以及蜂鸣器提醒刻录或者复制状态的运行状态。

机箱：负责将自适应多光驱刻录装置各种部件封装起来，避免器件直接暴露在用户面前，以达到安全使用的目的。

电源：负责给自适应多光驱装置提供工作电源。

1.2 系统软件设计

系统软件流程如图2所示。

首先由管理人员启动后，直接实时监测被监控磁盘（在调试系统中设计的是监视一个大容量的数据文件夹），当新数据流入后，根据其关键属性分类进入分类缓存区，当分类缓存中的某一个缓存区满，达到刻录窗口容量时，缓存指针指向下一个缓存区，并生成刻录指令。同时检测刻录设备中的空闲设备，当检测到有空闲刻录设备后，进行光盘刻录，刻录完成后进行数据校验，正确提示刻录完成后，删除刻录完成的缓存数据，循环检测缓存区，直到所有缓存区都没有缓存数据任务时，任务结束。复制功能和刻录功能类似，不同之处是，当刻录机收到复制的指令后，检测母盘与其他光盘是否正常读写，若未正常读写提示重新放入光盘，若母盘与其他光盘都可正常读写，则读取母盘数据到数据缓冲池，制作数据镜像并分发到空闲刻录光驱。复制完成后进行数据校验，验证结果为正确，则删除复制完成的缓存数据，任务结束。

系统软件采用基于VS 2010 環境的C#语言开发编写[6]。服务器默认系统配置：CPU 2.6 GHz，内存2.0 GB以上，硬盘100 GB以上;数据库：Microsoft SQL Server 2008;操作系统：Windows 7。

1.3 数据分类缓存模块设计

数据分类缓存模块主要功能是将传输过来的数据根据其关键属性将其分类缓存，当某一分类缓存中的一个缓存区达到刻录窗口值时，给显示模块发送刻录消息。分类的方法实现是根据对海量存储系统中元数据管理需求的分析[7]，建立5张二维表：File表、File_Attribute表、Allocation表、Authorization表和Affiliation表。

File表保存文件和目录的基本信息，ID是文件或目录的唯一标识，PathName为文件或目录的访问路径和文件名，DPID为该文件上层目录的标识。

Fife_Attribute表保存文件和目录的属性，ID是文件或目录的唯一标识，AttributeType为文件属性的类型，ArtributeValue为文件各属性所对应的值。此时文件所有属性均以字符串的形式保存，使用时再转换为其对应的类型。如ID是l的文件包含Size，Type，Owner和ModifyTime属性，此时File_Attribute表中包含（l，Size，int，‘100），

（l，Type，ehar，‘normal），（l，Owner，ehar，‘root）和（l，ModifyTime，time，‘20090626）等元组。

Allocation表保存文件中数据所在的数据块信息，ID是文件的唯一标识，segmentID为文件中数据所在数据块的标识。

Authorization表保存文件和目录访问授权的信息，ID是文件或目录的唯一标识，AC是文件或目录的访问授权。

Affiliation表保存文件和目錄与所有上层目录之间的所属关系，ID是文件和目录的唯一标识，PID为文件或目录的所有上层目录标识。

数据分类缓存模块的关键函数主要有：文件分类函数ClassificationFiles（）;文件缓存函数DataStore（）;获取文件属性函数GetFileAttribute（）。

1.4 显示模块及软件界面设计

显示模块的主要功能是读取指令消息，显示当前系统各设备的运行状态，以及对于系统运行中的提示信息给予显示。读取的指令消息分为刻录指令和复制指令，当指令为刻录指令时，接收数据缓存模块的消息参数，将其显示并传递给数据刻录模块;读取的指令为复制指令时，将指令发送给复制模块，并显示母盘和其他光驱的信息。

显示模块的关键函数主要有：获取指令函数GetOrder（）;

获得错误信息函数GetResultInfo（）;显示信息函数ShowInfo（）。软件界面设计如图3所示。

2 系统性能测试与分析

2.1 自动刻录测试

检测缓冲池分类数据容量大小达到刻录窗口容量，生成刻录指令，刻录，测试结果如图4所示。

刻录完成后，进行数据校验，数据校验错误，提示重新放入光盘。数据校验错误如图5所示。

2.2 复制测试

检测母盘与其他光盘正常读写，读取母盘数据到数据缓冲池，制作数据镜像，并分发至空闲刻录光驱，同步刻录，刻录成功结果如图6所示。

复制完成进行数据校验，数据校验错误，提示重新放入盘。数据校验错误如图7所示。

2.3 测试结果分析

本系统成功地实现了面向大数据的自适应多光驱刻录系统。刻录装置一旦接收到嵌入式主板的刻录指令，就开始检测数据缓冲池，并通过RAID连接线实时查询是否有空闲刻录设备，对数据进行刻录;并将刻录完成指令转换后传送至显示装置、语音装置和预警装置，提示用户。当刻录装置接收到复制指令后，嵌入式主板先检测刻录母盘和空光盘是否读写正常，然后从刻录机中读取母盘数据，镜像到刻录装置的硬盘中，再将镜像分多路发送到装有空光盘的刻录机设备，管理所有的刻录设备同步进行镜像刻录，刻录进度可以在触摸屏显示器上直观地显示出来。

3 结 语

本文所提系统由于采用软硬件一体化嵌入式主板开发设计，兼顾了性能和灵活性的统一，能最大限度地满足大数据光存储的需求。该系统可以根据用户需要自行选择刻录设备的数量;可以实现一个母盘中的数据同时复制多个数据光盘;还可以提供二次开发接口，支持应用扩展和产品固件升级。

参考文献

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[2]王智慧，刘沣元.物联网技术在智慧校园中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（6）：20.

[3]郑穆.光存储技术发展趋势[J].电子技术与软件工程，2018（4）：188-189.

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[5] WONG P C，SHEN H W，JOHNSON C R，et al. The top 10 challenges in extreme-scale visual analytics [J]. IEEE computer graphics and applications，2012，32（4）： 63-67.

[6]马晓铭.网络光盘库主控系统的设计与实现[D].南京：南京航空航天大学，2011.

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[9]周建宁，季君，彭璇，等.公安内外网数据交换平台的设计研究

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