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都市頻道新聞制作網(wǎng)擴容及增強系統(tǒng)安全性方案
都市頻道新聞制作網(wǎng)擴容及增強系統(tǒng)安全性方案
2002中國西部地區(qū)電視技術年會優(yōu)秀論文二等獎河南電視臺都市頻道現(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。由于在建設時受資金限制，所以該網(wǎng)存儲系統(tǒng)容量較小且采用的是單環(huán)的JBOD硬盤陣列形式。隨著時間的推移，這樣的存儲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，對新聞制作網(wǎng)進行擴容和系統(tǒng)安全性增強已成為我們工作的當務之急。
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FC+以太網(wǎng)的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中有卡工作站7臺，無卡工作站10臺。其中兩臺有卡工作站在離服務器300米以外的機房（通過光纖級聯(lián)實現(xiàn)連接），單環(huán)的JBOD硬盤陣列，一個16口的VIEXL FC交換機，2個帶2個千兆模塊接口的24口CISCO交換機。系統(tǒng)圖如下所示。
1、硬盤陣列安全性考慮
硬盤陣列存儲了新聞制作網(wǎng)絡系統(tǒng)中所有的素材和成品節(jié)目內(nèi)容，一旦陣列出現(xiàn)問題，輕則導致系統(tǒng)無法使用，嚴重時會導致存儲內(nèi)容丟失，不但會使制作者浪費大量的時間、人力、物力，還會給工作造成很大的被動局面。所以說硬盤陣列是新聞制作網(wǎng)絡系統(tǒng)中最重要的部分，它的安全性有多大是一個新聞制作網(wǎng)絡是否能夠正常運做的一個重要指標。
目前比較常用的硬盤陣列容錯技術是RAID。由于介紹RAID技術的文章較多，在本文中只對其中幾種常用形式進行簡單介紹。
RAID是由美國加州大學伯克利分校的DA Patterson教授提出的。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，簡稱為"磁盤陣列"�？梢园裄AID理解成一種使用磁盤驅(qū)動器的排列組合方式，構(gòu)成邏輯上的一個磁盤驅(qū)動器。RAID的具體實現(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)定性敏感的應用。在各個單一RAID形式中它提供了最快的性能，也是造價最低的--只要兩塊硬盤、一個RAID控制器，不需要額外存儲設備就可以了。不會因為要在硬盤上存儲同樣的數(shù)據(jù)而浪費空間。RAID0因為其相對低廉的造價和明顯的性能提升在主流市場上已經(jīng)流行起來。其實RAID 0（又稱為延展技術）是通過RAID控制器把多個硬盤當成一個容量更大、速度更快的硬盤來使用，所以最后要說明的是任何一個硬盤出問題都可能造成整個陣列的數(shù)據(jù)丟失。
RAID 1：
RAID 1其實就是鏡像技術的實現(xiàn)，其工作原理如圖3所示。簡單工作原理就是把相同的數(shù)據(jù)備份存放在兩個驅(qū)動器，當一個驅(qū)動器出現(xiàn)故障，另一個仍然可以維持系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。當然恢復故障驅(qū)動器也是非常簡單的，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對于系統(tǒng)的性能提高很小。它的相對低廉的價格和易用的特點使它已經(jīng)成為RAID控制器的主流之一。
RAID 3：
利用專門奇偶校驗實現(xiàn)的延展技術，其工作原理如圖4所示。換句話說，就是應用延展技術將數(shù)據(jù)分布到陣列的各個驅(qū)動器上，同時用專門的驅(qū)動器存儲用于校驗的冗余信息。這種形式的優(yōu)點就是既通過延展技術提高了性能，又利用專門奇偶校驗驅(qū)動器容納冗余信息，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驅(qū)動器。不過雖然利用延展技術提高的性能，可以因為奇偶校驗在寫入數(shù)據(jù)時又抵消了一部分性能--因為校驗信息同時也需要寫入校驗驅(qū)動器。因為需要進行大量的計算，所以需要硬件RAID控制器，軟件RAID幾乎沒有什么實際意義。RAID 3因為延展容量小，所以適于經(jīng)常處理大文件的應用。
RAID 5：
RAID 5使用延展技術和分布式奇偶校驗來實現(xiàn)。它主要針對專門奇偶校驗驅(qū)動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運算法則，把數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)寫在所有的驅(qū)動器中。本技術的要旨在于相對于塊數(shù)據(jù)產(chǎn)生校驗塊（parity blocks）同時存儲于陣列當中--解決了專么校驗驅(qū)動器所帶來的瓶頸問題。不過，校驗信息是在寫入過程中計算出來的，所以對于寫入性能仍有影響。當一個硬盤驅(qū)動器出現(xiàn)故障，可以從其它的驅(qū)動器之中的數(shù)據(jù)塊分離出校驗信息從而恢復數(shù)據(jù)。由于分布式校驗本身屬性，恢復數(shù)據(jù)會比其它的形式復雜。RAID 5也可以通過更改延展容量的大小來滿足不同應用的需要，另外還需要硬件RAID控制器。RAID 5是目前最流行的RAID應用形式，因為它綜合最好的性能、冗余能力、存儲能力為一體。當然價格也是不菲的。
RAID 0+1：
復合使用RAID 0是為了提高磁盤性能，使用RAID 1為了提高容錯性能。假設有8塊硬盤，將它們4個一組分成兩個陣列--稱為基陣列，每個基陣列用RAID 0模式連接。然后就有了兩個延展模式的基陣列。然后將這兩個基陣列用RAID 1模式連接--也就是讓其中一個基陣列作為另一個的鏡像。如果一個延展模式的基陣列中的硬盤出現(xiàn)故障了，那么這個延展陣列也將全部癱瘓。不過另一個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數(shù)據(jù)。
為了確定到底使用哪一種RAID方式來做容錯處理，我們對其中幾種RAID方式應用于SCSI硬盤陣列和FC硬盤陣列做了實際測試，測試方式及結(jié)果如下：
的有效存儲容量只有總硬盤物理容量的一半，而且在實際測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方式損失的存儲容量與存儲數(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，無疑應選擇使用RAID5方式，但RAID5控制器價格遠遠高于RAID3控制器（EDI RAID3雙控制器硬盤塔價格約為120000元人民幣，而EDI RAID5雙控制器硬盤塔價格約為200000元人民幣），從性價比的角度考慮，無需為增加10%的性能而多付出50%的代價。同時，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，即使有一個控制器出現(xiàn)問題，另一個控制器就會自動接管所有工作，保證系統(tǒng)的安全運行。綜上所述，我們在系統(tǒng)改造方案中選用了RAID3雙控制器容錯方式。
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25個小時的節(jié)目內(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，存儲高質(zhì)量素材對應的低質(zhì)量（壓縮比為30：1）素材。擴容后的FC RAID3硬盤陣列有12塊73G的硬盤，總?cè)萘繛?30G，存儲41個小時的節(jié)目內(nèi)容；本地SCSI年個硬盤陣列為6塊36G的硬盤，做RAID3容錯，容量為180G，存儲高質(zhì)量素材對應的低質(zhì)量素材。
3、FC硬盤陣列做過RAID后，對新聞網(wǎng)服務器CPU資源占用的考慮
FC硬盤陣列做過RAID后，對服務器CPU資源占用很小。因為這種情況下，服務器把整個RAID當成一個邏輯盤進行處理，數(shù)據(jù)如何在硬盤中分布是由RAID控制器進行處理；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)的負擔。所以采用RAID方式，使服務器和工作站的負擔更輕，減少了它們因系統(tǒng)資源不足而引起死機的機率，從而使系統(tǒng)也更加安全和穩(wěn)定。
4、硬盤陣列的應急考慮
正因為我們采用了具有容錯功能的RAID3技術和雙RAID控制器，所以無論是陣列中任何一塊硬盤失效還是一個控制器失效，其容錯功能都能支持網(wǎng)絡系統(tǒng)繼續(xù)使用，直至更換失效部件，恢復原有工作狀態(tài)。
三、 系統(tǒng)安裝及測試
在上述方案的具體實施中，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)絡上所有需要使用的片頭、宣傳片、字幕模版文件下載進行備份。
2、 將網(wǎng)絡上所有未編輯完成的節(jié)目、素材及未播出的節(jié)目下載進行備份。
3、 待當日播出的節(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。
4、 關閉所有工作站和服務器及網(wǎng)絡設備。
5、 更換FC硬盤陣列和SCSI硬盤陣列。使用服務器現(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)絡管理軟件。重新注冊用戶帳號和分配用戶空間。對所有工作站進行系統(tǒng)調(diào)整。
6、 將備份的字幕模版文件恢復，重新上載各類節(jié)目素材。
7、 使用工作站模擬實際工作狀態(tài)進行系統(tǒng)性能測試。
另外，在系統(tǒng)升級過程中，如果出現(xiàn)任何無法及時解決的問題，我們都可以將原來的系統(tǒng)盤、FC硬盤陣列和SCSI硬盤陣列恢復到系統(tǒng)中去，將系統(tǒng)恢復到原有的狀態(tài)，不會影響正常的節(jié)目制作。
四、 綜述
我們根據(jù)實際工作中遇到的問題和需求，對新聞制作網(wǎng)絡系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)進行了擴容和升級。運行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定，各項指標也符合要求。
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