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都市頻道新聞制作網(wǎng)擴(kuò)容及增強(qiáng)系統(tǒng)安全性方案
都市頻道新聞制作網(wǎng)擴(kuò)容及增強(qiáng)系統(tǒng)安全性方案
2002中國(guó)西部地區(qū)電視技術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文二等獎(jiǎng)河南電視臺(tái)都市頻道現(xiàn)在所使用的索貝新聞制作網(wǎng)自投入使用以來，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，有效的提高了新聞制作效率和質(zhì)量。由于在建設(shè)時(shí)受資金限制，所以該網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量較小且采用的是單環(huán)的JBOD硬盤陣列形式。隨著時(shí)間的推移，這樣的存儲(chǔ)形式無論從容量上還是從安全性上來講，都已經(jīng)無法滿足節(jié)目制作的需求。因此，對(duì)新聞制作網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容和系統(tǒng)安全性增強(qiáng)已成為我們工作的當(dāng)務(wù)之急。
一、 都市頻道新聞制作網(wǎng)改造前的硬盤陣列情況
都市頻道新聞制作網(wǎng)是一個(gè)FC+以太網(wǎng)的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中有卡工作站7臺(tái)，無卡工作站10臺(tái)。其中兩臺(tái)有卡工作站在離服務(wù)器300米以外的機(jī)房（通過光纖級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)連接），單環(huán)的JBOD硬盤陣列，一個(gè)16口的VIEXL FC交換機(jī)，2個(gè)帶2個(gè)千兆模塊接口的24口CISCO交換機(jī)。系統(tǒng)圖如下所示。
1、硬盤陣列安全性考慮
硬盤陣列存儲(chǔ)了新聞制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有的素材和成品節(jié)目?jī)?nèi)容，一旦陣列出現(xiàn)問題，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)內(nèi)容丟失，不但會(huì)使制作者浪費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力，還會(huì)給工作造成很大的被動(dòng)局面。所以說硬盤陣列是新聞制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最重要的部分，它的安全性有多大是一個(gè)新聞制作網(wǎng)絡(luò)是否能夠正常運(yùn)做的一個(gè)重要指標(biāo)。
目前比較常用的硬盤陣列容錯(cuò)技術(shù)是RAID。由于介紹RAID技術(shù)的文章較多，在本文中只對(duì)其中幾種常用形式進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
RAID是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的DA Patterson教授提出的。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，簡(jiǎn)稱為"磁盤陣列"�？梢园裄AID理解成一種使用磁盤驅(qū)動(dòng)器的排列組合方式，構(gòu)成邏輯上的一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器。RAID的具體實(shí)現(xiàn)可以靠硬件，譬如磁盤陣列柜；也可以靠軟件，Windows NT操作系統(tǒng)就提供軟件RAID功能。
RAID 0：
這是最簡(jiǎn)單的RAID模式，其工作原理如圖2所示。它沒有數(shù)據(jù)冗余功能，所以不適于數(shù)據(jù)穩(wěn)定性敏感的應(yīng)用。在各個(gè)單一RAID形式中它提供了最快的性能，也是造價(jià)最低的--只要兩塊硬盤、一個(gè)RAID控制器，不需要額外存儲(chǔ)設(shè)備就可以了。不會(huì)因?yàn)橐谟脖P上存儲(chǔ)同樣的數(shù)據(jù)而浪費(fèi)空間。RAID0因?yàn)槠湎鄬?duì)低廉的造價(jià)和明顯的性能提升在主流市場(chǎng)上已經(jīng)流行起來。其實(shí)RAID 0（又稱為延展技術(shù)）是通過RAID控制器把多個(gè)硬盤當(dāng)成一個(gè)容量更大、速度更快的硬盤來使用，所以最后要說明的是任何一個(gè)硬盤出問題都可能造成整個(gè)陣列的數(shù)據(jù)丟失。
RAID 1：
RAID 1其實(shí)就是鏡像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，其工作原理如圖3所示。簡(jiǎn)單工作原理就是把相同的數(shù)據(jù)備份存放在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障，另一個(gè)仍然可以維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然恢復(fù)故障驅(qū)動(dòng)器也是非常簡(jiǎn)單的，只要把數(shù)據(jù)完好的備份拷貝到正常的硬盤上就可以了。數(shù)據(jù)冗余換來的是數(shù)據(jù)的安全。不過RAID 1對(duì)于系統(tǒng)的性能提高很小。它的相對(duì)低廉的價(jià)格和易用的特點(diǎn)使它已經(jīng)成為RAID控制器的主流之一。
RAID 3：
利用專門奇偶校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的延展技術(shù)，其工作原理如圖4所示。換句話說，就是應(yīng)用延展技術(shù)將數(shù)據(jù)分布到陣列的各個(gè)驅(qū)動(dòng)器上，同時(shí)用專門的驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)用于校驗(yàn)的冗余信息。這種形式的優(yōu)點(diǎn)就是既通過延展技術(shù)提高了性能，又利用專門奇偶校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器容納冗余信息，以保證數(shù)據(jù)的安全。一般至少需要3塊硬盤：兩塊用于延展，一塊做為專門奇偶校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器。不過雖然利用延展技術(shù)提高的性能，可以因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)在寫入數(shù)據(jù)時(shí)又抵消了一部分性能--因?yàn)樾ｒ?yàn)信息同時(shí)也需要寫入校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)樾枰M(jìn)行大量的計(jì)算，所以需要硬件RAID控制器，軟件RAID幾乎沒有什么實(shí)際意義。RAID 3因?yàn)檠诱谷萘啃。赃m于經(jīng)常處理大文件的應(yīng)用。
RAID 5：
RAID 5使用延展技術(shù)和分布式奇偶校驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。它主要針對(duì)專門奇偶校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器所帶來的瓶頸而產(chǎn)生的解決方案。利用分布式奇偶校驗(yàn)運(yùn)算法則，把數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫在所有的驅(qū)動(dòng)器中。本技術(shù)的要旨在于相對(duì)于塊數(shù)據(jù)產(chǎn)生校驗(yàn)塊（parity blocks）同時(shí)存儲(chǔ)于陣列當(dāng)中--解決了專么校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器所帶來的瓶頸問題。不過，校驗(yàn)信息是在寫入過程中計(jì)算出來的，所以對(duì)于寫入性能仍有影響。當(dāng)一個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障，可以從其它的驅(qū)動(dòng)器之中的數(shù)據(jù)塊分離出校驗(yàn)信息從而恢復(fù)數(shù)據(jù)。由于分布式校驗(yàn)本身屬性，恢復(fù)數(shù)據(jù)會(huì)比其它的形式復(fù)雜。RAID 5也可以通過更改延展容量的大小來滿足不同應(yīng)用的需要，另外還需要硬件RAID控制器。RAID 5是目前最流行的RAID應(yīng)用形式，因?yàn)樗C合最好的性能、冗余能力、存儲(chǔ)能力為一體。當(dāng)然價(jià)格也是不菲的。
RAID 0+1：
復(fù)合使用RAID 0是為了提高磁盤性能，使用RAID 1為了提高容錯(cuò)性能。假設(shè)有8塊硬盤，將它們4個(gè)一組分成兩個(gè)陣列--稱為基陣列，每個(gè)基陣列用RAID 0模式連接。然后就有了兩個(gè)延展模式的基陣列。然后將這兩個(gè)基陣列用RAID 1模式連接--也就是讓其中一個(gè)基陣列作為另一個(gè)的鏡像。如果一個(gè)延展模式的基陣列中的硬盤出現(xiàn)故障了，那么這個(gè)延展陣列也將全部癱瘓。不過另一個(gè)延展陣列仍然可以維持系統(tǒng)工作，并且可以利用其來恢復(fù)數(shù)據(jù)。
為了確定到底使用哪一種RAID方式來做容錯(cuò)處理，我們對(duì)其中幾種RAID方式應(yīng)用于SCSI硬盤陣列和FC硬盤陣列做了實(shí)際測(cè)試，測(cè)試方式及結(jié)果如下：
的有效存儲(chǔ)容量只有總硬盤物理容量的一半，而且在實(shí)際測(cè)試中其讀寫速度和穩(wěn)定性都不太理想。RAID3方式損失的存儲(chǔ)容量是總硬盤物理容量的1/N（N為系統(tǒng)總硬盤數(shù)量），讀寫速度和穩(wěn)定性較好。RAID5方式損失的存儲(chǔ)容量與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量的多少成正比，其讀寫速度和穩(wěn)定性最好。如果單從這些來看，無疑應(yīng)選擇使用RAID5方式，但RAID5控制器價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于RAID3控制器（EDI RAID3雙控制器硬盤塔價(jià)格約為120000元人民幣，而EDI RAID5雙控制器硬盤塔價(jià)格約為200000元人民幣），從性價(jià)比的角度考慮，無需為增加10%的性能而多付出50%的代價(jià)。同時(shí)，我們還考慮到了RAID控制器的備份問題，采用了雙RAID控制器，這樣，即使有一個(gè)控制器出現(xiàn)問題，另一個(gè)控制器就會(huì)自動(dòng)接管所有工作，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。綜上所述，我們?cè)谙到y(tǒng)改造方案中選用了RAID3雙控制器容錯(cuò)方式。
2、硬盤容量的考慮
系統(tǒng)原有FC硬盤陣列有12塊36G的硬盤，總?cè)萘繛?32G，可存儲(chǔ)25個(gè)小時(shí)的節(jié)目?jī)?nèi)容（壓縮比為4：1）；本地SCSI硬盤陣列為4塊18G的硬盤，容量為72G，存儲(chǔ)高質(zhì)量素材對(duì)應(yīng)的低質(zhì)量（壓縮比為30：1）素材。擴(kuò)容后的FC RAID3硬盤陣列有12塊73G的硬盤，總?cè)萘繛?30G，存儲(chǔ)41個(gè)小時(shí)的節(jié)目?jī)?nèi)容；本地SCSI年個(gè)硬盤陣列為6塊36G的硬盤，做RAID3容錯(cuò)，容量為180G，存儲(chǔ)高質(zhì)量素材對(duì)應(yīng)的低質(zhì)量素材。
3、FC硬盤陣列做過RAID后，對(duì)新聞網(wǎng)服務(wù)器CPU資源占用的考慮
FC硬盤陣列做過RAID后，對(duì)服務(wù)器CPU資源占用很小。因?yàn)檫@種情況下，服務(wù)器把整個(gè)RAID當(dāng)成一個(gè)邏輯盤進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)如何在硬盤中分布是由RAID控制器進(jìn)行處理；而在帶區(qū)集方式中，需要由操作系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)在硬盤陣列中的分布，增加了操作系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。所以采用RAID方式，使服務(wù)器和工作站的負(fù)擔(dān)更輕，減少了它們因系統(tǒng)資源不足而引起死機(jī)的機(jī)率，從而使系統(tǒng)也更加安全和穩(wěn)定。
4、硬盤陣列的應(yīng)急考慮
正因?yàn)槲覀儾捎昧司哂腥蒎e(cuò)功能的RAID3技術(shù)和雙RAID控制器，所以無論是陣列中任何一塊硬盤失效還是一個(gè)控制器失效，其容錯(cuò)功能都能支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)繼續(xù)使用，直至更換失效部件，恢復(fù)原有工作狀態(tài)。
三、 系統(tǒng)安裝及測(cè)試
在上述方案的具體實(shí)施中，要考慮到不能妨礙新聞節(jié)目的正常制作和播出，其工作步驟如下：
1、 將網(wǎng)絡(luò)上所有需要使用的片頭、宣傳片、字幕模版文件下載進(jìn)行備份。
2、 將網(wǎng)絡(luò)上所有未編輯完成的節(jié)目、素材及未播出的節(jié)目下載進(jìn)行備份。
3、 待當(dāng)日播出的節(jié)目制作完成后，提前將第二天一早播出的節(jié)目制作出來，以防不測(cè)。
4、 關(guān)閉所有工作站和服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
5、 更換FC硬盤陣列和SCSI硬盤陣列。使用服務(wù)器現(xiàn)有系統(tǒng)備份硬盤作為系統(tǒng)硬盤重新配置系統(tǒng)。重新安裝網(wǎng)絡(luò)管理軟件。重新注冊(cè)用戶帳號(hào)和分配用戶空間。對(duì)所有工作站進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。
6、 將備份的字幕模版文件恢復(fù)，重新上載各類節(jié)目素材。
7、 使用工作站模擬實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)性能測(cè)試。
另外，在系統(tǒng)升級(jí)過程中，如果出現(xiàn)任何無法及時(shí)解決的問題，我們都可以將原來的系統(tǒng)盤、FC硬盤陣列和SCSI硬盤陣列恢復(fù)到系統(tǒng)中去，將系統(tǒng)恢復(fù)到原有的狀態(tài)，不會(huì)影響正常的節(jié)目制作。
四、 綜述
我們根據(jù)實(shí)際工作中遇到的問題和需求，對(duì)新聞制作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)容和升級(jí)。運(yùn)行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)也符合要求。
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