分布式數(shù)字音頻系統(tǒng)的構(gòu)建

【摘要】在一個(gè)地理位置比較分散的大學(xué)中，數(shù)據(jù)會(huì)分布在不同的位置的校區(qū)或?qū)W院中，而如何方便地管理數(shù)據(jù)，成為要探討的問題。文章主要討論數(shù)字音頻工作站系統(tǒng)如何能夠訪問和管理物理上分布在網(wǎng)絡(luò)各處的數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字音頻工作站;分布式系統(tǒng);分布式文件系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)08—0049—03

數(shù)字音頻工作站是一種集中多種音頻處理工具的高效音頻處理工具，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，必然會(huì)將多個(gè)數(shù)字音頻工作站聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)資源共享及網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理。在單獨(dú)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，數(shù)據(jù)可以集中存放在一個(gè)服務(wù)器中，應(yīng)該要考慮容錯(cuò)的問題。而在一個(gè)地理位置比較分散的大學(xué)和學(xué)?；锇橹?，數(shù)據(jù)會(huì)分布在不同位置的校區(qū)或?qū)W院中。而如何能夠使用戶方便地訪問和管理物理上分布在網(wǎng)絡(luò)各處的數(shù)據(jù)，這就需要分布式操作系統(tǒng)的環(huán)境。

一 數(shù)字音頻工作站

數(shù)字音頻工作站系統(tǒng)實(shí)際上就是一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)軟件的控制下，集中了數(shù)字音頻信號(hào)處理、數(shù)字音頻編輯的分軌、信息處理的軟件控制、隨機(jī)硬盤和光盤錄制、顯示、輸出的程序控制等技術(shù)，并以硬盤存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的多軌音頻操作，完成音頻節(jié)目的錄制、管理、編輯、播放等功能的數(shù)字音頻系統(tǒng)，對(duì)節(jié)目進(jìn)行數(shù)字錄音、存儲(chǔ)、剪輯、音效處理、編排、播出、查詢的計(jì)算機(jī)工作模式系統(tǒng)。

數(shù)字音頻工作站采用非線性編輯系統(tǒng)，對(duì)音頻信號(hào)做精密加工和各種效果處理。在不改變音調(diào)的同時(shí)對(duì)聲音進(jìn)行壓縮、擴(kuò)展，可最大限度地減少了干擾和失真，確保了音頻信號(hào)的質(zhì)量。因此，數(shù)字音頻工作站是一個(gè)集計(jì)算機(jī)、調(diào)音臺(tái)、錄音機(jī)、效果器、合成器為一體的數(shù)字音頻系統(tǒng)。

二 分布式系統(tǒng)

分布式系統(tǒng)是由多個(gè)相互連接的處理資源組成的計(jì)算系統(tǒng)，它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)的控制下可合作執(zhí)行一個(gè)共同的任務(wù)，最少依賴于集中的硬件、程序和數(shù)據(jù)。這些處理資源可以是在地理上分散的，也可以是物理上相鄰的。

分布式系統(tǒng)可以用控制、硬件、數(shù)據(jù)這三個(gè)維度加以檢驗(yàn)，同時(shí)還要求資源的分布必須對(duì)用戶透明。如果系統(tǒng)的這三個(gè)維度都達(dá)到一定程度的分散，系統(tǒng)可以被歸類為分布式系統(tǒng)。

如圖1所示，分布式系統(tǒng)由五層組成:第一層是由固件或硬件組成的硬核，該層包括處理器、主存、I/O設(shè)備、終端、鍵盤以及用于數(shù)據(jù)采集和物理過程控制的各種硬件設(shè)備;第二層是分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核，最基本最重要的功能是進(jìn)程通信，還包括進(jìn)程的同步機(jī)制、進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理和I/O管理等;第三層是分布式操作系統(tǒng)的服務(wù)層，為各種廣泛的應(yīng)用提供一些共同的基本服務(wù)，包括實(shí)現(xiàn)基本的資源分配及復(fù)用。這一層由服務(wù)服務(wù)子層和支持子層兩個(gè)子層組成;第四層為中間件服務(wù)層，它的一個(gè)重要目標(biāo)是為了應(yīng)用程序隱匿底層平臺(tái)的異構(gòu)性。中間件系統(tǒng)提供某種程度的全局服務(wù)集成，并只為用戶或應(yīng)用程序提供使用這些服務(wù)的接口;第五層是分布式應(yīng)用層，它包括和各種應(yīng)用有關(guān)的客戶服務(wù)進(jìn)程，主要考慮應(yīng)用結(jié)構(gòu)問題和語言問題。

為了支持分布控制，需要維持一個(gè)分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由分布于多個(gè)計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)上的若干個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成，它提供有效的存取手段來操縱這些結(jié)點(diǎn)上的子數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫在使用上可視為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫，而實(shí)際上它是分布在地理分散的各個(gè)結(jié)點(diǎn)上。當(dāng)然，分布在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的子數(shù)據(jù)庫在邏輯上是相關(guān)的。

數(shù)據(jù)庫中有兩個(gè)部件可以是分布式的:文件與記錄這些文件的目錄?？梢允褂脙煞N方式之一或結(jié)合使用它們來實(shí)現(xiàn)分布，即復(fù)制與分區(qū)。如果一個(gè)數(shù)據(jù)庫有多個(gè)副本在不同的地點(diǎn)，就稱為被復(fù)制。如果一個(gè)數(shù)據(jù)庫被分成位于不同地點(diǎn)的子數(shù)據(jù)庫，就稱為被分區(qū)。

分布式系統(tǒng)的容錯(cuò)是建立在冗余基礎(chǔ)之上的，冗余是設(shè)置超過正常系統(tǒng)操作所需要的信息、資源及時(shí)間。有四種典型的冗余類型:硬件冗余、信息冗余、軟件冗余、時(shí)間冗余。為了提高可靠性和數(shù)據(jù)的訪問性能，數(shù)據(jù)往往有多個(gè)副本，分別存放在系統(tǒng)的不同物理節(jié)點(diǎn)上。因此，保持多個(gè)副本數(shù)據(jù)的一致性及并發(fā)控制是十分重要的。

三 分布式文件系統(tǒng)(DFS)

分布文件系統(tǒng)的特點(diǎn)是:系統(tǒng)中的客戶機(jī)與服務(wù)器具有自治性和多重性，分布文件系統(tǒng)管理著一組分散的存儲(chǔ)器，它的整個(gè)存儲(chǔ)空間由遠(yuǎn)程的、不同的、較小的存儲(chǔ)空間組成。通常，在這些存儲(chǔ)空間的組成部分和文件集合之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。

分布式文件系統(tǒng)(DFS)的目的是允許在物理上分散的用戶使用公共的文件系統(tǒng)、共享數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)空間。分布式文件系統(tǒng)是將分布于不同計(jì)算機(jī)上的文件組合為單一的名稱空間，并使得在網(wǎng)絡(luò)上建立一個(gè)單一的、層次化多重文件服務(wù)器和服務(wù)器共享的工作更為方便的途徑。

分布式文件系統(tǒng)則為服務(wù)器、共享和文件提供統(tǒng)一的命名規(guī)則和映射。因此，分布式文件系統(tǒng)使得將文件服務(wù)器及其共享組織成一個(gè)邏輯層次的設(shè)想成為可能，并大大簡(jiǎn)化了企業(yè)管理使用信息資源的工作。

通過分布式文件系統(tǒng)，可以使分布在多個(gè)服務(wù)器上的文件如同位于網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)位置一樣顯示在用戶面前。由于分布式文件系統(tǒng)將物理存儲(chǔ)映射為邏輯表示，故數(shù)據(jù)的物理位置對(duì)用戶和應(yīng)用而言就變得透明，用戶在訪問文件時(shí)不再需要知道和指定它們的實(shí)際物理位置。也就是說，用戶通過分布式文件系統(tǒng)讀取文件時(shí)，分布式文件系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)給用戶從其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)中讀取文件，用戶并不需要知道這些文件的真正存儲(chǔ)地點(diǎn)。DFS映射為用戶提供了對(duì)他們所需網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一和透明的訪問。

如圖2所示，在Windows Server 2003操作系統(tǒng)中，分布式文件系統(tǒng)映射由一個(gè)DFS根目錄、一個(gè)或多個(gè)DFS鏈接(alink)以及指向一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)的引用組成。

分布式文件系統(tǒng)的安全性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一個(gè)是通信的安全性，在分布式文件系統(tǒng)中建立一個(gè)安全通道實(shí)際上就是建立安全的遠(yuǎn)程過程調(diào)用(RPC)。例如:使用RPCSEC_GSS的通用安全框架，可以在分布式文件系統(tǒng)的不同部分使用不同的認(rèn)證機(jī)制;另一個(gè)是服務(wù)器需要驗(yàn)證用戶的訪問權(quán)限。這是分布式文件系統(tǒng)中的訪問授權(quán)問題，主要通過訪問控制來完成。如圖3所示，我們可以設(shè)置NTFS文件夾的安全權(quán)限。如果單擊“添加”或“刪除”命令按鈕，即可添加或刪除需設(shè)置權(quán)限的用戶或組;如果單擊“允許”或“拒絕”復(fù)選按鈕，即對(duì)所選用戶設(shè)置允許或拒絕的權(quán)限。標(biāo)準(zhǔn)的有完全控制、修改、讀取和運(yùn)行、列出文件夾目錄、讀取、寫入的權(quán)限。通過單擊“高級(jí)”命令按鈕，可以設(shè)置“特別的權(quán)限”，有完全控制、遍歷文件夾/運(yùn)行文件、列出文件夾/讀取數(shù)據(jù)、讀取屬性、讀取擴(kuò)展屬性、創(chuàng)建文件/寫入數(shù)據(jù)、創(chuàng)建文件夾/附加數(shù)據(jù)、寫入屬性、寫入擴(kuò)展屬性、刪除子文件夾及文件、刪除、讀取權(quán)限、更改權(quán)限、取得所有權(quán)。

四 分布式數(shù)字音頻系統(tǒng)的建設(shè)

如圖4所示，處于不同物理位置的數(shù)字音頻工作站通過網(wǎng)絡(luò)相互通信。

由于音頻文件初始狀態(tài)下存放在不同的服務(wù)器的硬盤中，所以要采用通過分布式文件系統(tǒng)，為用戶提供對(duì)他們所需網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一和透明的訪問，用戶在訪問文件時(shí)不再需要知道和指定它們的實(shí)際物理位置。用戶可以利用系統(tǒng)中的軟件將音頻節(jié)目自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)上預(yù)先下載到本地硬盤，以實(shí)現(xiàn)本地處理。等到處理完成后，再將處理后的文件傳到相應(yīng)的分布式文件系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)的安全性是很重要的，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫內(nèi)置的容錯(cuò)特性可以確保重要的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失以及發(fā)生故障以后的恢復(fù)。另外，利用數(shù)據(jù)冗余，并通過數(shù)據(jù)復(fù)制服務(wù)，可使服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫每過一定時(shí)間(此時(shí)間可設(shè)置)進(jìn)行一次同步，從而保證服務(wù)器數(shù)據(jù)庫同步。數(shù)據(jù)冗余在分布式系統(tǒng)中被看作為他的重要的特性，其原因在于:首先，如果在需要的節(jié)點(diǎn)復(fù)制數(shù)據(jù)，則可以提高局部的應(yīng)用性。其次，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，可以操作其它節(jié)點(diǎn)上的復(fù)制數(shù)據(jù)，因此這可以增加系統(tǒng)的有效性。

為了防止網(wǎng)上可能有黑客攻擊，這就需要安裝防火墻和殺毒軟件并在路由器上設(shè)置虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN。這樣為通過一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)(通常是Internet網(wǎng))建立一個(gè)安全的、穩(wěn)定的臨時(shí)隧道連接，可以幫助遠(yuǎn)程用戶、大學(xué)的各個(gè)校區(qū)、各個(gè)學(xué)院同內(nèi)部網(wǎng)建立可信的安全連接，并保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。

隨著廣播制播一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的普及，如何在大范圍保持計(jì)算機(jī)同步和時(shí)間準(zhǔn)確變得日益重要?？刹捎镁W(wǎng)絡(luò)校時(shí)服務(wù)器，服務(wù)器定時(shí)用數(shù)字鐘和校時(shí)卡校時(shí)，各工作站統(tǒng)一采用軟件跟服務(wù)器校時(shí)，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)鐘準(zhǔn)確，保證系統(tǒng)的正確。這樣，可實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程設(shè)備及系統(tǒng)內(nèi)部或設(shè)備及系統(tǒng)之間的同步操作，一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)只要一臺(tái)即可保證整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確和同步。

如圖5所示，為校時(shí)系統(tǒng)的連接圖。校時(shí)卡可安裝在系統(tǒng)任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，通常是安裝在服務(wù)器上，從衛(wèi)星電視射頻信號(hào)中獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他計(jì)算機(jī)可根據(jù)服務(wù)器時(shí)間自動(dòng)核準(zhǔn)。

總結(jié)

分布式數(shù)字音頻系統(tǒng)會(huì)得到迅速的發(fā)展，其原因主要是:

1 它可以解決組織機(jī)構(gòu)分散而數(shù)據(jù)需要相互聯(lián)系的問題。比如多個(gè)大學(xué)，處于不同的城市或城市中的各個(gè)地區(qū)，在業(yè)務(wù)上它們需要處理各自的數(shù)據(jù)，也需要彼此之間的交換和處理，這就需要分布式的系統(tǒng)。

2 如果一個(gè)組織機(jī)構(gòu)需要增加新的相對(duì)自主的組織單位(如不同的項(xiàng)目組)來擴(kuò)充機(jī)構(gòu)，則分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以在對(duì)當(dāng)前機(jī)構(gòu)影響最小的情況下進(jìn)行擴(kuò)充。

3 均衡負(fù)載的需要。數(shù)據(jù)的分解采用使局部應(yīng)用達(dá)到最大，這使得各處理機(jī)之間的相互干擾降到最低。負(fù)載在各處理機(jī)之間分擔(dān)，可以達(dá)到均衡負(fù)載。

4 當(dāng)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)中已存在幾個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而且實(shí)現(xiàn)全局應(yīng)用的必要性增加時(shí)，就可以由這些數(shù)據(jù)庫自下而上構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。這可以簡(jiǎn)化分發(fā)及管理工作。

5 由于控制、數(shù)據(jù)、軟件和硬件的多重性和分散性以及結(jié)構(gòu)上的可動(dòng)態(tài)重組，提高了可靠性。因此在分布式系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍有可能繼續(xù)運(yùn)行。

6 大學(xué)中各校區(qū)與伙伴學(xué)校的應(yīng)用要求。一個(gè)完善的分布式多層應(yīng)用，應(yīng)該滿足安全管理、容錯(cuò)、事務(wù)處理、可伸縮性、負(fù)載平衡、高性能方面的要求。

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