虛擬化技術(shù)在制播系統(tǒng)應(yīng)用的研究

徐 旭

(建湖廣播電視臺(tái) 總工室，江蘇 建湖224700)

近年來，隨著廣播電視制播需求的不斷增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)龐大且升級(jí)困難、管理方法紛繁復(fù)雜、硬件資源利用率不平衡、系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等一系列弊端已經(jīng)開始顯現(xiàn)。作為熱門的IT 技術(shù)，虛擬化技術(shù)能提高資源的利用率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高桌面的可管理性和安全性，增強(qiáng)硬件和應(yīng)用程序的可用性，為制播系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)靈活、安全可靠的基礎(chǔ)構(gòu)架。

1 虛擬化的概念

虛擬化是指對(duì)操作對(duì)象的物理實(shí)施和配置做抽象分析，并將抽象分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為完整的邏輯對(duì)象，通過將邏輯對(duì)象重新分解定義模擬成一個(gè)符合期望的操作對(duì)象實(shí)體，進(jìn)而脫離物理對(duì)象層面的約束，以效能最大化的目的靈活應(yīng)用物理對(duì)象資源的技術(shù)。當(dāng)前虛擬化技術(shù)主要有3 個(gè)分支:存儲(chǔ)虛擬化、服務(wù)器虛擬化及桌面和應(yīng)用虛擬化［1］。

2 虛擬化技術(shù)在制播系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 存儲(chǔ)虛擬化

無論基于何種構(gòu)架，高碼率視音頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與共享都要求存儲(chǔ)系統(tǒng)具備極高的安全性和傳輸速度，IP SAN 由于其安全、低廉、開放、大容量、高傳輸速度的優(yōu)點(diǎn)，已在中小規(guī)模制播系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

本臺(tái)大洋非線性編輯系統(tǒng)正是基于IP SAN 構(gòu)架，核心存儲(chǔ)設(shè)備為DFT RS－3016I－S30，其內(nèi)部通過四通道高速流量控制器HSTD 與RAID5 磁盤陣列相連。內(nèi)嵌于HSTD 的VMV存儲(chǔ)虛擬化軟件將存儲(chǔ)空間虛擬成一個(gè)大的存儲(chǔ)池，再以LUN 的方式提供給服務(wù)器使用。VMV 可以動(dòng)態(tài)增加、縮小虛擬存儲(chǔ)池的大小，并在不停機(jī)的前提下創(chuàng)建虛擬磁盤和更改磁盤大小。通過LUN 映射可阻止應(yīng)用主機(jī)對(duì)共享存儲(chǔ)HEART、SQL 分區(qū)的數(shù)據(jù)訪問，確保系統(tǒng)安全，同時(shí)單LUN 可以支持多物理端口的并發(fā)工作，從而大大提高訪問帶寬，如圖1 所示。

虛擬存儲(chǔ)技術(shù)RAID、LUN 的應(yīng)用能為整個(gè)數(shù)據(jù)交換提供了高帶寬、高容錯(cuò)的集中存儲(chǔ)訪問，但也存在一些問題，如果應(yīng)用需求有所變化，往往需要重做RAID 和LUN，從底層向上再一次初始化，這就需要做數(shù)據(jù)遷移，并可能引出一大堆需要處理的問題。最新的虛擬存儲(chǔ)技術(shù)VSAN 可支持基于策略的存儲(chǔ)管理，在不停機(jī)的情況下，通過直接修改策略來滿足應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)的新需求，但到目前為止VSAN 只能部署在可用性要求較

圖1 DFT RS－3016I－S30 LUN 映射

低的虛擬化環(huán)境中，還不能應(yīng)用在高可用的制播系統(tǒng)中。

2.2 服務(wù)器虛擬化

制播系統(tǒng)由于其業(yè)務(wù)的多樣性、復(fù)雜性，需運(yùn)行多種不同用途的服務(wù)器，同時(shí)為滿足系統(tǒng)安全性要求，每臺(tái)服務(wù)器均需配備熱備，服務(wù)器數(shù)量多且利用率不高。本臺(tái)大洋非線性編輯系統(tǒng)已采用傳統(tǒng)的MSCS 集群方式對(duì)AD、SQL、MDC、文稿服務(wù)器進(jìn)行整合，服務(wù)器數(shù)量顯著減少，但還存在部署復(fù)雜、負(fù)載不均衡等缺點(diǎn)，如進(jìn)一步應(yīng)用VMware vSphere 服務(wù)器虛擬化技術(shù)將物理機(jī)遷移至虛擬機(jī)中(圖2)，與MSCS 集群方式相比還具有更靈活的系統(tǒng)部署、更優(yōu)化的資源利用、更高的可用性優(yōu)點(diǎn)。

圖2 大洋非線性編輯系統(tǒng)VMware vSphere 虛擬化方案

在設(shè)置vSphere 集群時(shí)，一般最小設(shè)計(jì)3 臺(tái)ESXi 主機(jī)、1個(gè)共享存儲(chǔ)、1 臺(tái)vCenter Server(可放置在ESXi 虛擬機(jī)中)或1 臺(tái)vSphere Client，這樣集群上運(yùn)行的虛擬機(jī)以及運(yùn)行在虛擬機(jī)中的應(yīng)用程序，都是高可用的，而HA 同F(xiàn)T 的區(qū)別在于FT 是在HA 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，虛擬機(jī)切換時(shí)，HA 存在一個(gè)中斷時(shí)間(操作系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)間)，從而造成業(yè)務(wù)的短時(shí)間中斷，F(xiàn)T 則可以做到類似傳統(tǒng)熱備的零切換時(shí)間，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)不受影響［2］。當(dāng)前FT 唯一的不足在于處于容錯(cuò)的虛擬機(jī)只能分配一個(gè)CPU，而不支持多CPU，這就使得一些負(fù)載較重的服務(wù)器無法通過FT 技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可用。

值得一提的是，vSphere 的一些高級(jí)功能，例如vMotion、DRS、HA、FT，非常依賴于高速共享存儲(chǔ)，這是因?yàn)樘摂M機(jī)被封裝成一個(gè)檔案文件和若干相關(guān)環(huán)境配置文件并被存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)中，共享存儲(chǔ)性能的好壞及服務(wù)器到存儲(chǔ)的連接速度，都會(huì)影響虛擬機(jī)的性能，此種情況下應(yīng)優(yōu)先考慮使用SAN，不建議使用VSAN，除VSAN 可用性較低外，另一個(gè)原因是如果使用VSAN，就不能利用DRS 及DPM 功能整合虛擬機(jī)從而待機(jī)運(yùn)行節(jié)省能源。

2.3 桌面和應(yīng)用虛擬化

制播網(wǎng)應(yīng)與外網(wǎng)完全隔離，以此杜絕安全威脅，但在制播過程中為獲取信息，工作人員仍有一定的外網(wǎng)訪問需求，同時(shí)在日常工作中還要訪問各類管理系統(tǒng)、撰寫文稿、收發(fā)郵件以及瀏覽媒資素材，這就需要建立單獨(dú)的桌面系統(tǒng)和應(yīng)用平臺(tái)，而這正是桌面和應(yīng)用虛擬化技術(shù)的強(qiáng)項(xiàng)。如果應(yīng)用需要完整的桌面環(huán)境，通過VMware Horizon 桌面虛擬化軟件在服務(wù)器端定制安裝好操作系統(tǒng)、防病毒軟件、安全補(bǔ)丁、應(yīng)用軟件的模板計(jì)算機(jī)，可快速部署多個(gè)虛擬桌面，客戶端通過PCoIP 協(xié)議［3］直接訪問虛擬桌面。對(duì)于不需完整桌面環(huán)境的一些應(yīng)用，應(yīng)用虛擬化提供端到端的應(yīng)用交付服務(wù)可以解決這一問題，以XenApp 應(yīng)用虛擬化軟件來說，客戶端可通過ICA 協(xié)議的1494 端口直接訪問應(yīng)用服務(wù)器，如圖3 所示。

圖3 XenApp 應(yīng)用虛擬化界面(截圖)

桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化均支持應(yīng)用安裝配置集中化，靈活支持應(yīng)用對(duì)客戶端軟件版本的特殊要求，減少管理和支持成本。都只傳輸鍵盤鼠標(biāo)信號(hào)及屏幕變化信息而不傳輸數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)存放在后臺(tái)，終端不存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。都可集中控制終端用戶權(quán)限，如禁止拷貝、粘貼、打印、上傳下載、禁止訪問特定應(yīng)用等，從而既保證了內(nèi)外網(wǎng)互訪下系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，又提高了用戶的工作效率。

桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化的區(qū)別在于:桌面虛擬化可提供完整的桌面運(yùn)行環(huán)境，用戶使用體驗(yàn)好，但虛擬桌面每個(gè)用戶都需要一個(gè)虛擬機(jī)，這就需要占用更多的資源和存儲(chǔ)空間;應(yīng)用虛擬化所需資源和存儲(chǔ)空間少，只需一臺(tái)服務(wù)器就可為多個(gè)用戶提供服務(wù)，但諸如16 bit 應(yīng)用、基于內(nèi)核的應(yīng)用等并不能被虛擬化，只能通過桌面虛擬化的方案來解決［4］。在最新的虛擬化軟件中，桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化已經(jīng)整合在一起，從而實(shí)現(xiàn)通過單一平臺(tái)向位于任何地點(diǎn)、使用任何設(shè)備的終端用戶安全地提供虛擬桌面或僅提供應(yīng)用。

在制播系統(tǒng)中，一些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)訪問、文稿服務(wù)、收發(fā)郵件等，都能通過應(yīng)用虛擬化來發(fā)布，但諸如審片、無卡剪輯、3D 視頻等對(duì)圖形化要求較高的應(yīng)用即使運(yùn)行在虛擬桌面下目前也存在一些困難，主要表現(xiàn)為虛擬化軟件對(duì)硬件板卡底層運(yùn)行環(huán)境的不支持和視頻處理能力的不足。虛擬化軟件的更新和GPU 虛擬化技術(shù)vGPU 的應(yīng)用將有助于改變這一狀況，與傳統(tǒng)的GPU 共享以及GPU 直通模式相比，vGPU 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):與GPU 共享模式不同，vGPU 沒有額外的抽象層或者API(比如DirectX 和OpenGL)轉(zhuǎn)換，因此延遲更低;與GPU 直通模式不同，vGPU 能夠同時(shí)在多個(gè)虛擬機(jī)之間共享一個(gè)GPU。

3 總結(jié)

作為隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的現(xiàn)代技術(shù)，虛擬化的發(fā)展方興未艾，目前除存儲(chǔ)虛擬化外，服務(wù)器虛擬化、桌面和應(yīng)用虛擬化在制播系統(tǒng)中的應(yīng)用均處于起步摸索階段，還有很多技術(shù)上的障礙沒有克服，因此就目前而言，制播系統(tǒng)只能采用部分虛擬化的構(gòu)架。對(duì)于基層廣電科技工作者來說，接觸前沿虛擬化技術(shù)的機(jī)會(huì)不多，只有不斷地去了解、研究虛擬化技術(shù)，才能在日后的工作中更好地測(cè)試、應(yīng)用虛擬化技術(shù)。相信隨著虛擬化技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，終將在制播系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。

［1］孫麗麗，王偉峰. 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與虛擬化技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

［2］胡嘉璽.虛擬智慧:VMware vSphere 運(yùn)營(yíng)實(shí)錄［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.

［3］王春海.VMware 虛擬化與云計(jì)算應(yīng)用案例詳解［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.

［4］馬博峰.VMware、Citrix 和Microsoft 虛擬化技術(shù)詳解與應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.