虛擬化技術(shù)在電臺(tái)音頻災(zāi)備系統(tǒng)中的應(yīng)用

何文宇

【摘要】為確保音頻自動(dòng)化播出系統(tǒng)的播出安全，絕大多數(shù)廣播電臺(tái)都會(huì)進(jìn)行冗余備份系統(tǒng)的建設(shè)。部署與主系統(tǒng)完全相同的備份系統(tǒng)固然可以獲得很大的安全保障，但是也帶來昂貴的設(shè)備投入；并且，播出故障的偶發(fā)性和備份系統(tǒng)的角色使得備份設(shè)備使用效率很低。本文探討將虛擬化技術(shù)應(yīng)用到電臺(tái)音頻播出災(zāi)備系統(tǒng)中，通過虛擬化技術(shù)，達(dá)到以最小化的成本來實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】音頻播出災(zāi)備系統(tǒng) 虛擬化技術(shù)

一. 引言

目前，音頻自動(dòng)化播出系統(tǒng)已經(jīng)在大多數(shù)廣播電臺(tái)中投入使用。一方面，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)為廣播電臺(tái)的節(jié)目采集、制作和播出提供了極大的便利，另一方面，數(shù)字系統(tǒng)故障的隱蔽性和不確定性，也為電臺(tái)的安全播出造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。安全問題其實(shí)自計(jì)算機(jī)誕生之日起就一直存在，比如數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全、應(yīng)用安全等等，備份就是其中一種保障安全的重要措施。2009年起，我臺(tái)開始提出技術(shù)災(zāi)備的概念，把預(yù)防和應(yīng)對重大技術(shù)故障與電臺(tái)安全播出保障工作提高到防災(zāi)的高度，按照投資少、效率高、技術(shù)簡單的原則著手建設(shè)一套獨(dú)立而并行于現(xiàn)有播出系統(tǒng)的在線災(zāi)備系統(tǒng)。在原有主備設(shè)施完整的音頻自動(dòng)化播出系統(tǒng)外新增設(shè)一套音頻播出災(zāi)備系統(tǒng)，復(fù)制與主系統(tǒng)完全相同的備份系統(tǒng)固然可以獲得很大的安全保障，但是也帶來昂貴的設(shè)備投入，而且計(jì)算機(jī)設(shè)備升級(jí)換代迅速，投入大量設(shè)備做備份，使用效率和投資回報(bào)率都很低。如何以最小化的成本來實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用的目標(biāo)，成為我們重點(diǎn)研究考慮的問題，而虛擬化技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，為我們提供了一種新的思路。

二. 虛擬化技術(shù)簡介

虛擬化簡單來講是一種從邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，與傳統(tǒng)IT技術(shù)比較，虛擬化技術(shù)可以動(dòng)態(tài)調(diào)度資源，提升資源利用率；提高服務(wù)可用性和應(yīng)用兼容性；降低IT基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營成本和能耗，加速應(yīng)用部署。正是上述特點(diǎn)，使得虛擬化技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用，目前比較成熟的幾種虛擬化技術(shù)有：

1. 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化能通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序，隨時(shí)將服務(wù)器儲(chǔ)備資源分配給最需要的工作負(fù)載來簡化管理和提高效率。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，用戶可以動(dòng)態(tài)啟用多個(gè)虛擬機(jī)，來充分發(fā)揮服務(wù)器的硬件性能，提高運(yùn)營效率。服務(wù)器虛擬化通常使用兩類虛擬化技術(shù)，一類是全面硬件仿真系統(tǒng)。此方案模仿物理服務(wù)器的本地硬件平臺(tái)，用于每個(gè)虛擬機(jī)。在磁盤上，每個(gè)虛擬機(jī)完全與其他虛擬機(jī)獨(dú)立，各自擁有完整的一套操作系統(tǒng)和所有必要的應(yīng)用軟件。而另一種技術(shù)使用基于主機(jī)的虛擬化技術(shù)。根據(jù)這種設(shè)計(jì)，主機(jī)操作系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例支持多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)實(shí)例，同一個(gè)主機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)核在進(jìn)程級(jí)別處理虛擬服務(wù)器的I/O和調(diào)度需求。

2. 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化是將多個(gè)存儲(chǔ)模塊統(tǒng)一在一個(gè)邏輯存儲(chǔ)池中管理起來，從主機(jī)和工作站的角度，看到的不是多個(gè)硬盤，而是一個(gè)分區(qū)或者卷，為使用者提供大容量，高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)。虛擬存儲(chǔ)的特點(diǎn)是能提高存儲(chǔ)系統(tǒng)整體訪問帶寬；為存儲(chǔ)資源管理提供了更好的靈活性和擴(kuò)展性，保障了用戶以往的投資。實(shí)現(xiàn)方式可以通過軟件或硬件，實(shí)現(xiàn)基于主機(jī)、基于存儲(chǔ)器或基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬存儲(chǔ)。RAID、NAS、SAN到當(dāng)前的云存儲(chǔ)，都是存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。

3. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是抽象從物理網(wǎng)絡(luò)元素中分離網(wǎng)絡(luò)流量的一種方式。既可以通過縱向分割使得不同子網(wǎng)相互隔離，但可在同一網(wǎng)絡(luò)上訪問自身應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了將物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯縱向分割虛擬化為多個(gè)網(wǎng)；也可以將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行橫向整合，虛擬化成一臺(tái)邏輯設(shè)備。虛擬化整合后的設(shè)備組成了一個(gè)邏輯單元，在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)，管理和配置簡單化，可跨設(shè)備鏈路聚合，極大簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)冗余可靠性。

4. 應(yīng)用虛擬化

應(yīng)用虛擬化是把應(yīng)用對底層系統(tǒng)和硬件的依賴抽象出來，從而解除應(yīng)用與系統(tǒng)和硬件的耦合關(guān)系。應(yīng)用程序運(yùn)行在本地的應(yīng)用虛擬化環(huán)境中，屏蔽了底層可能與其它應(yīng)用產(chǎn)生沖突的內(nèi)容，簡化了應(yīng)用程序的部署和升級(jí)。

三. 災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1. 災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

災(zāi)備系統(tǒng)的作用，是在主備播出系統(tǒng)都出現(xiàn)故障，無法提供服務(wù)的情況下，迅速方便的啟動(dòng)，恢復(fù)正常播出業(yè)務(wù)?？紤]到主備播出系統(tǒng)會(huì)盡快恢復(fù)，災(zāi)備系統(tǒng)不會(huì)長期在線運(yùn)行的特點(diǎn)，因此在我臺(tái)音頻災(zāi)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，我們不考慮為音頻制作提供支持服務(wù)，就是當(dāng)災(zāi)備系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，我們只保證各頻道播出工作站的正常播出，音頻網(wǎng)內(nèi)無法進(jìn)行音頻的制作、編排和上傳工作。

因此，在災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上，我們使用了主備兩臺(tái)光纖交換機(jī)作為音頻網(wǎng)核心交換機(jī)的備份設(shè)備，災(zāi)備交換機(jī)上不再劃分VLAN。災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)只預(yù)留每個(gè)直播室播出站的接口以及機(jī)房播出服務(wù)器接口，不再連接其它接入層交換機(jī)。萬一音頻網(wǎng)絡(luò)癱瘓，直播室第一時(shí)間切換到本地播出，然后人工將各服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)播出工作站的光纖跳接到災(zāi)備交換機(jī)上，由災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，達(dá)到簡單快速響應(yīng)的應(yīng)急效果。災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1。

2. 災(zāi)備存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

目前我臺(tái)音頻自動(dòng)化播出系統(tǒng)主要由服務(wù)器直連陣列柜的模式構(gòu)成，主備兩套服務(wù)器加陣列柜構(gòu)成一套播出系統(tǒng)。各頻道之間的播出服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相對獨(dú)立。這種做法結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施起來相對容易，相互影響少，但是各服務(wù)器磁盤空間無法共享，造成磁盤空間的利用率較低。無法動(dòng)態(tài)調(diào)配空間。數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)，也使得備份更加復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)的管理。

為提高存儲(chǔ)空間的利用和管理安裝的效率，以及從節(jié)約成本角度考慮，在災(zāi)備系統(tǒng)中，我們采用了Microsoft iSCSI Software Target 結(jié)合Windows Storage Server的IP SAN解決方案。iSCSI是通過IP網(wǎng)絡(luò)，將SCSI區(qū)塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)封包的一種傳輸標(biāo)準(zhǔn)，它和NAS一樣通過IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，但在數(shù)據(jù)存取方式上，則采用與NAS不同的，而與FC-SAN 相同的Block Protocol協(xié)議。IPSAN基于以太網(wǎng)技術(shù)，設(shè)置配置的技術(shù)簡單、普通服務(wù)器或PC機(jī)只需要具備網(wǎng)卡，即可共享和使用大容量的存儲(chǔ)空間。 由于使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)可在以太網(wǎng)上進(jìn)行傳輸，不需要專門的光纖通道網(wǎng)絡(luò)，對于那些要求流量不太高的應(yīng)用場合以及預(yù)算不充足的用戶，是一個(gè)非常好的選擇。

存儲(chǔ)空間的創(chuàng)建、分配和訪問控制由iSCSI Software Target軟件實(shí)現(xiàn)。按照音頻播出系統(tǒng)各陣列的實(shí)際空間大小劃分出多個(gè)虛擬磁盤，虛擬磁盤空間大小將來可以隨時(shí)擴(kuò)展。創(chuàng)建通過IP地址訪問的iSCSI目標(biāo)，并將虛擬磁盤分配給對應(yīng)的iSCSI目標(biāo)。iSCSI目標(biāo)使得其它設(shè)備可以通過IP地址訪問這些虛擬磁盤空間，當(dāng)作本地磁盤使用。iSCSI Software Target軟件部分管理使用界面如圖2。

我們分別創(chuàng)建了連接災(zāi)備服務(wù)器和音頻播出系統(tǒng)備份服務(wù)器的iSCSI目標(biāo)。在音頻播出系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí)，將這些虛擬磁盤空間分配給備份服務(wù)器iSCSI目標(biāo)。備份服務(wù)器掛接該iSCSI目標(biāo)，將音頻數(shù)據(jù)備份到虛擬磁盤空間上。當(dāng)要切換到容災(zāi)系統(tǒng)時(shí)，只需要將虛擬磁盤分配給災(zāi)備服務(wù)器iSCSI目標(biāo)，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，災(zāi)備服務(wù)器就能直接訪問該虛擬磁盤，使用最新的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行播出。通過簡單將虛擬磁盤分配給不同的iSCSI目標(biāo)，我們就能達(dá)到數(shù)據(jù)簡單快速在音頻播出系統(tǒng)和災(zāi)備系統(tǒng)之間的切換。

3. 災(zāi)備服務(wù)器設(shè)計(jì)

在災(zāi)備服務(wù)器設(shè)計(jì)上，我們利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，采用一臺(tái)高性能服務(wù)器，在Windows Server 2008上運(yùn)行Hyper-V，分別按照各頻道的播出服務(wù)器，建立對應(yīng)的虛擬服務(wù)器，配置相同的機(jī)器名、IP地址等。虛擬機(jī)可以進(jìn)行復(fù)制、遷移等操作，相比于物理服務(wù)器的安裝過程，這種方式更加方便快捷，統(tǒng)一的管理界面也減輕了技術(shù)人員配置、維護(hù)的復(fù)雜度。音頻播出系統(tǒng)某套服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，直播室第一時(shí)間切換到本地播出，然后人工將網(wǎng)絡(luò)播出工作站的光纖跳接到災(zāi)備交換機(jī)上，立刻啟動(dòng)災(zāi)備系統(tǒng)對應(yīng)虛擬服務(wù)器，掛接對應(yīng)的虛擬磁盤空間，就能恢復(fù)正常播出。由于虛擬服務(wù)器搭建方法比較簡單，不再進(jìn)行詳述。

四. 小結(jié)

我臺(tái)這套應(yīng)用了虛擬化技術(shù)的音頻災(zāi)備系統(tǒng)，保持了播出系統(tǒng)的原有架構(gòu)，投資較少，簡單易行，合理的整合了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源，提高了硬件設(shè)備的使用效率，降低了技術(shù)人員應(yīng)急維護(hù)的復(fù)雜度，很好的成為了保障我臺(tái)音頻系統(tǒng)安全播出的一個(gè)補(bǔ)充。出于對成本和系統(tǒng)重要性等因素的考慮，本系統(tǒng)采用的技術(shù)和設(shè)備，在安全級(jí)別和性能指標(biāo)上無法與其它對安全有更高要求的災(zāi)備系統(tǒng)相比較。本文只是拋磚引玉，提出一種將虛擬化技術(shù)和安全播出結(jié)合起來的思路，以供廣大同業(yè)人員參考。