都市频道新闻制作网扩容及增强系统安全性方案

都市频道新闻制作网扩容及增强系统安全性方案

都市频道新闻制作网扩容及增强系统安全性方案

2002中国西部地区电视技术年会优秀论文二等奖

    河南电视台都市频道现在所使用的索贝新闻制作网自投入使用以来，运转正常，有效的提高了新闻制作效率和质量。由于在建设时受资金限制，所以该网存储系统容量较小且采用的是单环的JBOD硬盘阵列形式。随着时间的推移，这样的存储形式无论从容量上还是从安全性上来讲，都已经无法满足节目制作的需求。因此，对新闻制作网进行扩容和系统安全性增强已成为我们工作的当务之急。

一、 都市频道新闻制作网改造前的硬盘阵列情况

    都市频道新闻制作网是一个FC+以太网的双网结构，其中有卡工作站7台，无卡工作站10台。其中两台有卡工作站在离服务器300米以外的机房（通过光纤级联实现连接），单环的JBOD硬盘阵列，一个16口的VIEXL FC交换机，2个带2个千兆模块接口的24口CISCO交换机。系统图如下所示。

1、硬盘阵列安全性考虑

    硬盘阵列存储了新闻制作网络系统中所有的素材和成品节目内容，一旦阵列出现问题，轻则导致系统无法使用，严重时会导致存储内容丢失，不但会使制作者浪费大量的时间、人力、物力，还会给工作造成很大的被动局面。所以说硬盘阵列是新闻制作网络系统中最重要的部分，它的安全性有多大是一个新闻制作网络是否能够正常运做的一个重要指标。
    目前比较常用的硬盘阵列容错技术是RAID。由于介绍RAID技术的文章较多，在本文中只对其中几种常用形式进行简单介绍。
    RAID是由美国加州大学伯克利分校的DA Patterson教授提出的。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，简称为"磁盘阵列"。可以把RAID理解成一种使用磁盘驱动器的排列组合方式，构成逻辑上的一个磁盘驱动器。RAID的具体实现可以靠硬件，譬如磁盘阵列柜；也可以靠软件，Windows NT操作系统就提供软件RAID功能。
RAID 0：

    这是最简单的RAID模式，其工作原理如图2所示。它没有数据冗余功能，所以不适于数据稳定性敏感的应用。在各个单一RAID形式中它提供了最快的性能，也是造价最低的--只要两块硬盘、一个RAID控制器，不需要额外存储设备就可以了。不会因为要在硬盘上存储同样的数据而浪费空间。RAID0因为其相对低廉的造价和明显的性能提升在主流市场上已经流行起来。其实RAID 0（又称为延展技术）是通过RAID控制器把多个硬盘当成一个容量更大、速度更快的硬盘来使用，所以最后要说明的是任何一个硬盘出问题都可能造成整个阵列的数据丢失。

RAID 1：
    RAID 1其实就是镜像技术的实现，其工作原理如图3所示。简单工作原理就是把相同的数据备份存放在两个驱动器，当一个驱动器出现故障，另一个仍然可以维持系统的正常运转。当然恢复故障驱动器也是非常简单的，只要把数据完好的备份拷贝到正常的硬盘上就可以了。数据冗余换来的是数据的安全。不过RAID 1对于系统的性能提高很小。它的相对低廉的价格和易用的特点使它已经成为RAID控制器的主流之一。

RAID 3：
    利用专门奇偶校验实现的延展技术，其工作原理如图4所示。换句话说，就是应用延展技术将数据分布到阵列的各个驱动器上，同时用专门的驱动器存储用于校验的冗余信息。这种形式的优点就是既通过延展技术提高了性能，又利用专门奇偶校验驱动器容纳冗余信息，以保证数据的安全。一般至少需要3块硬盘：两块用于延展，一块做为专门奇偶校验驱动器。不过虽然利用延展技术提高的性能，可以因为奇偶校验在写入数据时又抵消了一部分性能--因为校验信息同时也需要写入校验驱动器。因为需要进行大量的计算，所以需要硬件RAID控制器，软件RAID几乎没有什么实际意义。RAID 3因为延展容量小，所以适于经常处理大文件的应用。

RAID 5：
    RAID 5使用延展技术和分布式奇偶校验来实现。它主要针对专门奇偶校验驱动器所带来的瓶颈而产生的解决方案。利用分布式奇偶校验运算法则，把数据和校验数据写在所有的驱动器中。本技术的要旨在于相对于块数据产生校验块（parity blocks）同时存储于阵列当中--解决了专么校验驱动器所带来的瓶颈问题。不过，校验信息是在写入过程中计算出来的，所以对于写入性能仍有影响。当一个硬盘驱动器出现故障，可以从其它的驱动器之中的数据块分离出校验信息从而恢复数据。由于分布式校验本身属性，恢复数据会比其它的形式复杂。RAID 5也可以通过更改延展容量的大小来满足不同应用的需要，另外还需要硬件RAID控制器。RAID 5是目前最流行的RAID应用形式，因为它综合最好的性能、冗余能力、存储能力为一体。当然价格也是不菲的。
RAID 0+1：

    复合使用RAID 0是为了提高磁盘性能，使用RAID 1为了提高容错性能。假设有8块硬盘，将它们4个一组分成两个阵列--称为基阵列，每个基阵列用RAID 0模式连接。然后就有了两个延展模式的基阵列。然后将这两个基阵列用RAID 1模式连接--也就是让其中一个基阵列作为另一个的镜像。如果一个延展模式的基阵列中的硬盘出现故障了，那么这个延展阵列也将全部瘫痪。不过另一个延展阵列仍然可以维持系统工作，并且可以利用其来恢复数据。
    为了确定到底使用哪一种RAID方式来做容错处理，我们对其中几种RAID方式应用于SCSI硬盘阵列和FC硬盘阵列做了实际测试，测试方式及结果如下：

的有效存储容量只有总硬盘物理容量的一半，而且在实际测试中其读写速度和稳定性都不太理想。RAID3方式损失的存储容量是总硬盘物理容量的1/N（N为系统总硬盘数量），读写速度和稳定性较好。RAID5方式损失的存储容量与存储数据量的多少成正比，其读写速度和稳定性最好。如果单从这些来看，无疑应选择使用RAID5方式，但RAID5控制器价格远远高于RAID3控制器（EDI RAID3双控制器硬盘塔价格约为120000元人民币，而EDI RAID5双控制器硬盘塔价格约为200000元人民币），从性价比的角度考虑，无需为增加10%的性能而多付出50%的代价。同时，我们还考虑到了RAID控制器的备份问题，采用了双RAID控制器，这样，即使有一个控制器出现问题，另一个控制器就会自动接管所有工作，保证系统的安全运行。综上所述，我们在系统改造方案中选用了RAID3双控制器容错方式。

2、硬盘容量的考虑
    系统原有FC硬盘阵列有12块36G的硬盘，总容量为432G，可存储25个小时的节目内容（压缩比为4：1）；本地SCSI硬盘阵列为4块18G的硬盘，容量为72G，存储高质量素材对应的低质量（压缩比为30：1）素材。扩容后的FC RAID3硬盘阵列有12块73G的硬盘，总容量为730G，存储41个小时的节目内容；本地SCSI年个硬盘阵列为6块36G的硬盘，做RAID3容错，容量为180G，存储高质量素材对应的低质量素材。
3、FC硬盘阵列做过RAID后，对新闻网服务器CPU资源占用的考虑
    FC硬盘阵列做过RAID后，对服务器CPU资源占用很小。因为这种情况下，服务器把整个RAID当成一个逻辑盘进行处理，数据如何在硬盘中分布是由RAID控制器进行处理；而在带区集方式中，需要由操作系统处理数据在硬盘阵列中的分布，增加了操作系统的负担。所以采用RAID方式，使服务器和工作站的负担更轻，减少了它们因系统资源不足而引起死机的机率，从而使系统也更加安全和稳定。
4、硬盘阵列的应急考虑
    正因为我们采用了具有容错功能的RAID3技术和双RAID控制器，所以无论是阵列中任何一块硬盘失效还是一个控制器失效，其容错功能都能支持网络系统继续使用，直至更换失效部件，恢复原有工作状态。

三、 系统安装及测试

    在上述方案的具体实施中，要考虑到不能妨碍新闻节目的正常制作和播出，其工作步骤如下：

1、 将网络上所有需要使用的片头、宣传片、字幕模版文件下载进行备份。
2、 将网络上所有未编辑完成的节目、素材及未播出的节目下载进行备份。
3、 待当日播出的节目制作完成后，提前将第二天一早播出的节目制作出来，以防不测。
4、 关闭所有工作站和服务器及网络设备。
5、 更换FC硬盘阵列和SCSI硬盘阵列。使用服务器现有系统备份硬盘作为系统硬盘重新配置系统。重新安装网络管理软件。重新注册用户帐号和分配用户空间。对所有工作站进行系统调整。
6、 将备份的字幕模版文件恢复，重新上载各类节目素材。
7、 使用工作站模拟实际工作状态进行系统性能测试。
    另外，在系统升级过程中，如果出现任何无法及时解决的问题，我们都可以将原来的系统盘、FC硬盘阵列和SCSI硬盘阵列恢复到系统中去，将系统恢复到原有的状态，不会影响正常的节目制作。
四、 综述
    我们根据实际工作中遇到的问题和需求，对新闻制作网络系统的存储系统进行了扩容和升级。运行至今，系统稳定，各项指标也符合要求。

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