虛擬化容災(zāi)應(yīng)急平臺在非編系統(tǒng)中的應(yīng)用

□ 蔡永嘉

一、前言

非線性編輯網(wǎng)絡(luò)是電視臺制作和存儲節(jié)目的關(guān)鍵平臺，而非編數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是非編網(wǎng)絡(luò)的核心之一，其重要性不言而喻。非編服務(wù)器出現(xiàn)故障會導(dǎo)致服務(wù)停滯，嚴(yán)重影響節(jié)目制作進(jìn)程，甚至造成嚴(yán)重的播出事故。為保證數(shù)據(jù)不丟失、服務(wù)不中斷，提高非編系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，需要應(yīng)用可靠的數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)。雙機(jī)熱備份廣泛應(yīng)用于服務(wù)器的數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)中。在實(shí)際的使用中我們發(fā)現(xiàn)，雙機(jī)熱備在主備服務(wù)器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步復(fù)制環(huán)節(jié)比較脆弱，可能發(fā)生出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤的數(shù)據(jù)庫被同步導(dǎo)致雙機(jī)均不可用的情況。而由于非編數(shù)據(jù)庫較大，數(shù)據(jù)庫備份操作會極大影響數(shù)據(jù)庫性能，因此備份一般在每天的凌晨進(jìn)行。如果發(fā)生故障后直接恢復(fù)備份數(shù)據(jù)，會使當(dāng)天導(dǎo)入的全部素材和當(dāng)天編輯的所有故事板丟失，嚴(yán)重影響節(jié)目制作。為了增強(qiáng)非編網(wǎng)的可靠性，在雙機(jī)備份的基礎(chǔ)上，我們利用一套虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺，對全部三個非編網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行備份，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器2＋1、一對多備份。

二、虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺的實(shí)現(xiàn)原理和核心技術(shù)

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺把非編數(shù)據(jù)庫所在的服務(wù)器硬盤里的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，轉(zhuǎn)換成虛擬機(jī)的虛擬磁盤數(shù)據(jù)。當(dāng)非編數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以在應(yīng)急平臺中利用虛擬化技術(shù)，生成一個與原服務(wù)器系統(tǒng)環(huán)境相同的虛擬機(jī)，并掛載備份的虛擬磁盤，接管原非編數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急支撐。

（一）磁盤同步復(fù)制原理與技術(shù)

在首次生成全鏡像備份時(shí)，業(yè)務(wù)應(yīng)急支撐平臺采用了智能磁盤空間識別技術(shù)。通過識別磁盤分區(qū)的文件系統(tǒng)，根據(jù)文件系統(tǒng)的索引，獲取磁盤上的有效數(shù)據(jù)分布，智能跳過空閑的磁盤空間，可以減少首次生成全鏡像的系統(tǒng)資源消耗和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)備份時(shí)，業(yè)務(wù)應(yīng)急支撐平臺使用了基于磁盤I/O的實(shí)時(shí)復(fù)制技術(shù)。此技術(shù)利用磁盤過濾驅(qū)動，實(shí)時(shí)監(jiān)控磁盤的每個讀寫I/O，并記錄下每次寫入請求時(shí)產(chǎn)生的磁盤數(shù)據(jù)變化，在設(shè)定的同步時(shí)間時(shí)把記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)用到虛擬磁盤上，實(shí)現(xiàn)物理磁盤與虛擬磁盤的同步。磁盤I/O實(shí)時(shí)復(fù)制技術(shù)完全可以適應(yīng)非編系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的同步數(shù)據(jù)應(yīng)用，以較低的部署復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用級容災(zāi)的要求。

磁盤的同步采用異步復(fù)制，可設(shè)定最短5秒、最長7天的復(fù)制間隔。異步模式的系統(tǒng)性能開銷與帶寬資源需求較小，對原生產(chǎn)機(jī)的性能影響極小，實(shí)際測試表明實(shí)時(shí)復(fù)制的CPU占用率約為1%，占用內(nèi)存約61MB。經(jīng)過研究，我們對非編服務(wù)器的備份使用了15分鐘的同步間隔，這樣的間隔已經(jīng)可以滿足數(shù)據(jù)庫保障的需求，能保障數(shù)據(jù)的有效性，在存儲開銷與安全性之間取得平衡。

（二）虛擬磁盤存儲管理技術(shù)

存儲池是虛擬化技術(shù)中的重要資源，應(yīng)急支撐平臺在一套服務(wù)器與存儲上部署了多個服務(wù)器備份，對存儲池的容量有較大需求。平臺的虛擬化存儲池管理器使用精簡虛擬存儲對象，其中只包含原磁盤中的有效數(shù)據(jù)和虛擬化磁盤的索引，且與常用的虛擬化磁盤格式VMDK兼容，可以直接通過復(fù)制的方式復(fù)制虛擬磁盤文件給相應(yīng)的虛擬機(jī)使用，為備份的遷移提供了極大的方便。可以與虛擬化服務(wù)器無縫結(jié)合，支持多種虛擬平臺，為未來可能的服務(wù)器虛擬化改造提供便利。

（三）應(yīng)用環(huán)境虛擬化原理與技術(shù)

現(xiàn)有的CDP（Continual Data Protection，連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)）備份產(chǎn)品很多，這些產(chǎn)品都能完整地復(fù)制磁盤內(nèi)容，做到數(shù)據(jù)級容災(zāi)。但單純地將磁盤鏡像成虛擬磁盤文件并不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)急啟動。大部分產(chǎn)品無法改變服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境，某些CDP 備份的接管需要依賴原服務(wù)器硬件，使用iSCSI遠(yuǎn)程引導(dǎo)的方式啟動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接管。

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺在磁盤復(fù)制時(shí)就直接對原機(jī)相關(guān)驅(qū)動進(jìn)行虛擬化，讓虛擬機(jī)做到與原機(jī)的驅(qū)動級一致，實(shí)現(xiàn)了真正的Mirror P2V（Physical to Virtual）效果。利用虛擬機(jī)加載Mirror P2V復(fù)制后的VMDK虛擬磁盤映像文件，就可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急接管，并且可以實(shí)現(xiàn)一對多接管，即一臺主機(jī)虛擬出多個虛擬機(jī)，可以對內(nèi)網(wǎng)中多臺非編服務(wù)器進(jìn)行應(yīng)急接管。當(dāng)原機(jī)的應(yīng)用程序環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，Mirror P2V能隨時(shí)同步原機(jī)的變化，無須再做調(diào)整，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步與應(yīng)用的虛擬化。

（四）多機(jī)/多鏡像同時(shí)接管技術(shù)

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺可以在每個設(shè)定的間隔時(shí)間時(shí)生成一個系統(tǒng)快照點(diǎn)，每個快照點(diǎn)都可以作為應(yīng)急虛擬機(jī)啟動。對于不同的原機(jī)，應(yīng)急平臺可以同時(shí)啟動它們的應(yīng)急虛擬機(jī)，多個虛擬機(jī)之間互不干擾，獨(dú)立工作。

虛擬機(jī)啟動時(shí)有演練啟動和接管啟動兩種模式，兩種啟動模式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接方式不同。演練模式下的虛擬機(jī)為封閉的網(wǎng)絡(luò)，不干擾原服務(wù)器的工作，可以用來進(jìn)行應(yīng)急演練與數(shù)據(jù)驗(yàn)證；接管模式下虛擬機(jī)直接接入非編網(wǎng)，可以直接接管原服務(wù)器的功能。

（五）系統(tǒng)數(shù)據(jù)無縫恢復(fù)技術(shù)

當(dāng)非編服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺接管原服務(wù)器。在原服務(wù)器修復(fù)完畢后，應(yīng)急平臺上的數(shù)據(jù)庫也產(chǎn)生了許多新的數(shù)據(jù)，此時(shí)就需要把數(shù)據(jù)還原到原服務(wù)器上。而非編網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫較大，還原的過程較長，傳統(tǒng)的恢復(fù)方式需要暫停非編網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行恢復(fù)，會影響非編網(wǎng)的使用，故只能選在深夜時(shí)間進(jìn)行。應(yīng)急平臺使用了無縫恢復(fù)技術(shù)，利用PE啟動恢復(fù)光盤，在不中斷接管非編服務(wù)器系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)了無縫還原數(shù)據(jù)，還原后可以在較短的時(shí)間內(nèi)切換回原機(jī)使用，降低了運(yùn)維管理成本，且對節(jié)目制作的影響較小。

三、虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺的構(gòu)建與應(yīng)用

（一）平臺的架構(gòu)

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺由通信服務(wù)器、存儲服務(wù)器、網(wǎng)站服務(wù)器、客戶端四部分組成。通信服務(wù)器用于管理存儲服務(wù)器和客戶端，為它們之間的通信提供服務(wù)。存儲服務(wù)器存儲了所有客戶端的備份鏡像數(shù)據(jù)。網(wǎng)站服務(wù)器提供管理網(wǎng)頁，讓管理員對整個平臺進(jìn)行管理?？蛻舳司褪切枰獋浞莸脑?wù)器。

（二）平臺功能配置

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺基于虛擬機(jī)快照點(diǎn)進(jìn)行管理。首先在需要進(jìn)行備份的非編服務(wù)器上安裝客戶端，然后在管理網(wǎng)頁對其進(jìn)行配置。經(jīng)過研究，我們將非編服務(wù)器的快照間隔設(shè)置為15分鐘，快照合成快照點(diǎn)間隔設(shè)置為1小時(shí)。這樣一來，如果原機(jī)發(fā)生故障為硬件故障，可以應(yīng)急恢復(fù)15分鐘之內(nèi)的快照點(diǎn)；如果發(fā)生的是數(shù)據(jù)庫邏輯完整性的問題，可以應(yīng)急恢復(fù)15分鐘或者1小時(shí)之內(nèi)的快照點(diǎn)。與傳統(tǒng)的恢復(fù)備份會損失一整天的數(shù)據(jù)相比，應(yīng)急平臺更好地保護(hù)了數(shù)據(jù)。

應(yīng)急平臺啟動的虛擬機(jī)可針對不同的主機(jī)進(jìn)行配置，對CPU核心、內(nèi)存大小、存儲和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都可以依照原機(jī)的配置進(jìn)行設(shè)置。啟動虛擬機(jī)有演練模式和應(yīng)急模式，演練模式下的虛擬機(jī)以NAT的方式啟動，與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)隔離，只能在特定的內(nèi)網(wǎng)訪問虛擬機(jī)，不影響非編網(wǎng)的正常運(yùn)行，這種模式主要用于演示和數(shù)據(jù)驗(yàn)證；接管模式下的虛擬機(jī)以橋接的方式啟動，網(wǎng)段和IP地址與原服務(wù)器的網(wǎng)段及IP地址相同，可接管原服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急服務(wù)。

（三）平臺應(yīng)急操作步驟與演練中的運(yùn)行情況

為了熟悉虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺的操作流程，檢驗(yàn)應(yīng)急平臺的接管效果，測試虛擬機(jī)接管后的性能表現(xiàn)，我們在當(dāng)日節(jié)目全部制作完成后，進(jìn)行了一次應(yīng)急演練。具體操作步驟如下：

1.將非編數(shù)據(jù)庫服務(wù)器備機(jī)、主機(jī)依次關(guān)機(jī)，拔出網(wǎng)線，模擬服務(wù)器中斷。此時(shí)非編網(wǎng)各工作站無法連接到服務(wù)器，已不能正常使用。

2.在應(yīng)急平臺的應(yīng)急演練頁面找到需要接管的主機(jī)，選擇需要的快照點(diǎn)，在彈出的菜單中選擇接管設(shè)置。如圖1。

（1）在彈出的設(shè)置窗口中，依照原服務(wù)器的配置，設(shè)置好分配給虛擬機(jī)的CPU核心、內(nèi)存大小、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，點(diǎn)擊新增按鈕。如圖2。

圖1 快照點(diǎn)的展示與選擇示意圖

圖2 接管主機(jī)配置設(shè)置示意圖

（2）切換到應(yīng)急主機(jī)列表，找到剛剛創(chuàng)建的應(yīng)急主機(jī)，點(diǎn)擊右邊的綠色“啟動”按鈕，系統(tǒng)即在虛擬機(jī)中啟動。如圖3。

圖3 應(yīng)急主機(jī)列表示意圖

（3）檢查虛擬服務(wù)器以及整個非編網(wǎng)的狀態(tài)。各工作站不用做任何設(shè)置，重啟即可連接到虛擬數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。測試結(jié)果表明虛擬服務(wù)器工作狀態(tài)正常，各工作站僅在剛啟動時(shí)稍顯卡頓，約2分鐘后即可正常使用，成功進(jìn)行了應(yīng)急接管。

（4）應(yīng)急演練結(jié)束后，點(diǎn)擊應(yīng)急主機(jī)的“停止”按鈕停止接管系統(tǒng)，原服務(wù)器連接網(wǎng)線并開機(jī)。應(yīng)急演練順利完成。

四、結(jié)語

虛擬化服務(wù)器容災(zāi)應(yīng)急平臺可以隨時(shí)啟動鏡像虛擬機(jī)，立即作為備機(jī)替換被備份的服務(wù)器，防范了非編網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器故障造成的非編系統(tǒng)中斷事故。該平臺不僅系統(tǒng)架構(gòu)簡潔，部署方便，對原系統(tǒng)的性能基本沒有影響，而且應(yīng)急操作簡便，啟動迅速，虛擬機(jī)性能足夠支持非編網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。作為對雙機(jī)熱備份系統(tǒng)的補(bǔ)充，應(yīng)急平臺能補(bǔ)足雙機(jī)熱備系統(tǒng)的短板，實(shí)現(xiàn)2＋1備份，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，對避免非編網(wǎng)服務(wù)中斷導(dǎo)致的重大事故有著重大的意義。