Операционные системы и жесткие диски

Для того чтобы компьютер мог работать, ему требуется соответствующее аппаратное обеспечение и такое программное обеспечение, которое сможет «понимать» все устройства компьютера. При загрузке компьютера мы в первую очередь видим различные таблицы BIOS (Basic Input/Output System , базовая система ввода/вывода), в которых указаны его аппаратная конфигурация, жесткие диски, видеоадаптеры, клавиатура, мышь, последовательные и параллельные порты и т. д.

После того как BIOS определит аппаратную конфигурацию компьютера, он обращается к специальной секции жесткого диска, которая называется загрузочной областью, где ищет операционную систему.

Операционная система (ОС) – это программное обеспечение, которое обычно находится на жестком диске, и, после того как оно загружено в память компьютера, предоставляет пользователю графический интерфейс и позволяет взаимодействовать всем компонентам компьютера, загружая для них драйверы.

Также ОС позволяет вводить и исполнять команды в том виде, как они определены пользователем или программой. Само название «операционная система» говорит о ее предназначении, в ее среде работают все приложения и специализированные программы, такие, как процессоры таблиц, графические и текстовые редакторы.

Многие цифровые видеорегистраторы, используемые в видеонаблюдении построены на базе компьютера и используют одну из нескольких популярных ОС, а функция видеозаписи в них реализована за счет специализированной программы и плат видеоввода. В цифровых видеорегистраторах на базе ПК чаще всего используются такие ОС, как Windows и Linux. Существуют и другие ОС, как, например, Unix, Solaris и Mac OSX, но они не нашли применения в видеонаблюдении, поэтому в рамках книги они не рассматриваются.

Некоторые цифровые видеорегистраторы загружают ОС не с жесткого диска, а из микросхемы памяти (обычно, флэш‑память или энергонезависимая память EPROM). Иногда вы увидите, что производители цифровых видеорегистраторов будут писать в технических характеристиках, что в их устройствах используется такие ОС, как Real Time Operating System (RTOS) или встраиваемые ОС (Embedded OS ). Цифровые видеорегистраторы со встраиваемыми ОС несколько проще в эксплуатации. Встраиваемые ОС меньше по размеру и быстрее загружаются. Если в цифровом видеорегистраторе используется обычная ОС, то в случае сбоя жесткого диска ее придется устанавливать заново. Этого не придется делать в случае со встраиваемыми ОС, так как небольшой размер позволяет хранить их в микросхеме энергонезависимой памяти, что повышает общую надежность. Впрочем, у таких цифровых видеорегистраторов есть одно серьезное ограничение, встраиваемые ОС сложнее обновлять, и они не столь гибкие, как ОС, загружаемые с жесткого диска.

В индустрии безопасности требования, предъявляемые к стабильности ОС, всегда были очень высоки. Требования же к долгосрочному и бесперебойному функционированию оборудования в видеонаблюдении иногда еще выше, чем требования, предъявляемые к веб‑серверу с большим количеством посетителей, и всегда выше, чем требования, предъявляемые к офисному или домашнему компьютеру.

Веб‑сервер еще можно отключить на несколько минут или даже часов для технического обслуживания, но в видеонаблюдении цифровой видеорегистратор должен работать непрерывно в течение многих месяцев, а возможно, и лет. А это очень непростая задача. Интенсивность записи и считывания информации с жесткого диска у цифрового видеорегистратора значительно выше, чем, например, у веб‑сервера, так как потоки видеоинформации значительно больше, чем потоки информации с веб‑страниц или электронной почты. Не все операционные системы и даже не все компьютерные комплектующие пригодны для длительного бесперебойного функционирования. Одной из причин, по которой большинство веб‑серверов в Интернете работают под управлением Linux, является долгосрочная стабильность этой ОС. Конечно, нельзя сказать, что популярные и широко распространенные ОС семейства Windows совершенно непригодны для нашей цели, но читатель должен знать, что, по статистике, идентичные конфигурации компьютеров на базе процессоров Intel (а таких процессоров большинство на рынке ПК), работают быстрее под управлением Linux, нежели чем под управлением Windows.

Linux – еще сравнительно молодая операционная система, созданная финским студентом по имени Линус Торвальд. Эта ОС была разработана на основе Unix, одной из старейших и надежнейших ОС, которая, к сожалению, под лицензией. Своим успехом и столь быстрым развитием Linux обязан концепции открытого кода, то есть исходный код операционной системы бесплатно доступен каждому в рамках Стандартной Общественной Лицензии GNU. Когда появилась первая версия Linux и стала доступной всем бесплатно, единственное требование автора этой ОС заключалось в том, что каждое усовершенствование системы или новый драйвер, разработанные другими людьми, должны быть доступны каждому.

Тысячи разработчиков программного обеспечения, студентов и энтузиастов единодушно приняли идею открытого кода ОС. Именно поэтому Linux со временем становится все более популярным и все время совершенствуется, а, кроме того, для этой ОС выходит все больше разнообразных приложений, и постоянно расширяется список поддерживаемого оборудования. Стабильность Linux – это всего лишь черта, унаследованная от концепции Unix, но и она постоянно повышается с выходом новых версий ядра и файловых систем. Существует большое количество вариантов Linux, которые называются дистрибутивами, но используют одно и тоже ядро (kernel , которое и является настоящим ядром операционной системы).

Однако, каждый дистрибутив имеет различный набор из дополнений, программ, инструментов и графических оболочек, которые поставляются бесплатно.

Когда Linux используется в цифровом видеорегистраторе, то это выгодно не только с позиций сиюминутной коммерческой выгоды, но и с позиции долгосрочных вложений, так как и в будущем вам не потребуется платить какие‑либо лицензионные отчисления за ОС. Если в цифровом видеорегистраторе выйдет из строя системный жесткий диск (а это может произойти с любым жестким диском независимо от используемой ОС), то установка новой версии Linux не потребует от вас никаких платежей и многократного ввода серийных номеров с регистрации в Интернете, как это бывает в случае с Windows.

Некоторые производители цифровых видеорегистраторов используют версии Windows, которые были доработаны и адаптированы с учетом их специфических требований. Эти версии будут значительно стабильнее и надежнее стандартной версии Windows от Microsoft.

Существует мнение, что встраиваемые ОС еще более надежны и стабильны, так как они хранятся в энергонезависимой памяти и им не страшны сбои жесткого диска.

В случае сбоя жесткого диска или электропитания цифровой видеорегистратор со встраиваемой ОС быстро перезагрузится и продолжит запись. ОС переустанавливать не нужно даже в том случае, если жесткий диск полностью выйдет из строя, а потребуется только его заменить. Для некоторых это будет оптимальным решением. Впрочем, у него существует и ряд ограничений: в таких цифровых видеорегистраторах сложно обновлять ОС и драйверы, а потому возникают сложности с подключением новых устройств. Кроме того, здесь будет отсутствовать ряд не основных, но полезных функций. Обычно цифровые видеорегистраторы с полностью установленной ОС (Windows или Linux) имеют значительно больше различных функций и программ, так как они не ограничены размером флэш‑памяти. Встраиваемые ОС из‑за размеров флэш‑памяти имеют ограниченную функциональность.

Рис. 9.55. В настоящее время можно насчитать не менее пары сотен моделей цифровых видеорегистраторов, которые используются в системах видеонаблюдения

Современные ПК с полным набором программ потребуют от 2 до 5 гигабайт жесткого диска. Здесь учитывается не только размер установленной ОС, но и все необходимые приложения, такие, как процессоры таблиц, текстовые и графические редакторы, веб‑броузеры и другое необходимое для работы ПО. Кроме того, значительный объем будет занимать информация, созданная пользователем, а ее объем будет во многом зависеть от того, работаете ли вы только с текстовыми файлами или с текстом и изображениями или даже с видео.

Цифровые видеорегистраторы, используемые в видеонаблюдении, являются своего рода исключением из этого правила, так как они будут использовать максимально доступный объем жесткого диска.

Сейчас уже доступны жесткие диски емкостью 300 Гбайт, что позволяет нарастить суммарный объем внутренних жестких дисков для одного цифрового видеорегистратора свыше 1 Тбайт, используя 4 таких диска.

Некоторые крупномасштабные системы могут включать в себя даже внешние SCSI или RAID‑массивы. Типичный цифровой видеорегистратор, который мы применяем в видеонаблюдении, будет работать постоянно, днем и ночью, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, без выключения и перезагрузки (в идеальном случае). Сами цифровые видеорегистраторы бесспорно являются симбиозом программного обеспечения и жестких дисков. Если одно или другое даст сбой, то мы получим нефункционирующий цифровой видеорегистратор и потерю важных записей.

Рис. 9.56. Одно из самых важных электромеханических устройств цифрового видеорегистратора

Необходимость более полного понимания технологии жестких дисков и их ограничений сейчас особенно остро чувствуется в видеонаблюдении. Даже самая стабильная ОС будет зависеть от надежности аппаратного обеспечения. Если оно выйдет из строя, то ОС тоже не будет функционировать, даже если с технической точки зрения сбой произошел не по вине ОС. В любом компьютере самыми уязвимыми с точки зрения надежности являются движущиеся детали, а именно охлаждающие вентиляторы и вращающиеся жесткие диски. Эти компоненты компьютера чаще всего выходят из строя по причине износа и стирания, а также от повышенной температуры, пыли, влажности, ударов и тряски. Некоторые из этих проблем успешно решаются только некоторыми производителями цифровых видеорегистраторов. К сожалению, приходится констатировать тот факт, что к моменту написания этой книги большинство производителей цифровых видеорегистраторов даже не рассматривают этих проблем. И только очень немногие производители, движимые конкуренцией на рынке, готовы затратить больше усилий и средств, используя более качественное аппаратное обеспечение и закладывая на стадиях разработки и производства способы и средства его защиты. В большинстве же случаев все будет зависеть от поставщиков и инсталляторов и от того, как они сумеют объяснить заказчикам важность создания, поддержания постоянных комфортных условий для функционирования оборудования, которое должно находиться в чистых и хорошо кондиционируемых помещениях.

Жесткие диски – это самая важная часть цифрового видеорегистратора, которая имеет движущиеся части (вращающиеся диски). В первую очередь жесткие диски важны потому, что на них хранится записанная информация, поэтому в этой главе мы уделим им особое внимание.

Анализ всех особенностей различных ОС, которые в настоящее время используются в цифровых видеорегистраторах, далеко выходит за рамки нашей книги, но мы остановимся на файловых системах, которые используются в различных ОС для хранения информации (в том числе файлов с видеоизображением) на жестких дисках.