虛擬化技術在電臺音頻災備系統中的應用

何文宇

【摘要】為確保音頻自動化播出系統的播出安全，絕大多數廣播電臺都會進行冗余備份系統的建設。部署與主系統完全相同的備份系統固然可以獲得很大的安全保障，但是也帶來昂貴的設備投入；并且，播出故障的偶發性和備份系統的角色使得備份設備使用效率很低。本文探討將虛擬化技術應用到電臺音頻播出災備系統中，通過虛擬化技術，達到以最小化的成本來實現安全應用的目標。

【關鍵詞】音頻播出災備系統 虛擬化技術

一. 引言

目前，音頻自動化播出系統已經在大多數廣播電臺中投入使用。一方面，數字化、網絡化技術為廣播電臺的節目采集、制作和播出提供了極大的便利，另一方面，數字系統故障的隱蔽性和不確定性，也為電臺的安全播出造成很大的風險。安全問題其實自計算機誕生之日起就一直存在，比如數據安全、系統安全、應用安全等等，備份就是其中一種保障安全的重要措施。2009年起，我臺開始提出技術災備的概念，把預防和應對重大技術故障與電臺安全播出保障工作提高到防災的高度，按照投資少、效率高、技術簡單的原則著手建設一套獨立而并行于現有播出系統的在線災備系統。在原有主備設施完整的音頻自動化播出系統外新增設一套音頻播出災備系統，復制與主系統完全相同的備份系統固然可以獲得很大的安全保障，但是也帶來昂貴的設備投入，而且計算機設備升級換代迅速，投入大量設備做備份，使用效率和投資回報率都很低。如何以最小化的成本來實現安全應用的目標，成為我們重點研究考慮的問題，而虛擬化技術的發展和推廣應用，為我們提供了一種新的思路。

二. 虛擬化技術簡介

虛擬化簡單來講是一種從邏輯角度出發的資源配置技術，與傳統IT技術比較，虛擬化技術可以動態調度資源，提升資源利用率；提高服務可用性和應用兼容性；降低IT基礎設施運營成本和能耗，加速應用部署。正是上述特點，使得虛擬化技術得到越來越廣泛的應用，目前比較成熟的幾種虛擬化技術有：

1. 服務器虛擬化

服務器虛擬化能通過區分資源的優先次序，隨時將服務器儲備資源分配給最需要的工作負載來簡化管理和提高效率。通過服務器虛擬化技術，用戶可以動態啟用多個虛擬機，來充分發揮服務器的硬件性能，提高運營效率。服務器虛擬化通常使用兩類虛擬化技術，一類是全面硬件仿真系統。此方案模仿物理服務器的本地硬件平臺，用于每個虛擬機。在磁盤上，每個虛擬機完全與其他虛擬機獨立，各自擁有完整的一套操作系統和所有必要的應用軟件。而另一種技術使用基于主機的虛擬化技術。根據這種設計，主機操作系統的一個實例支持多個虛擬操作系統實例，同一個主機操作系統的內核在進程級別處理虛擬服務器的I/O和調度需求。

2. 存儲虛擬化

存儲虛擬化是將多個存儲模塊統一在一個邏輯存儲池中管理起來，從主機和工作站的角度，看到的不是多個硬盤，而是一個分區或者卷，為使用者提供大容量，高數據傳輸性能的存儲系統。虛擬存儲的特點是能提高存儲系統整體訪問帶寬；為存儲資源管理提供了更好的靈活性和擴展性，保障了用戶以往的投資。實現方式可以通過軟件或硬件，實現基于主機、基于存儲器或基于網絡的虛擬存儲。RAID、NAS、SAN到當前的云存儲，都是存儲虛擬化技術發展的產物。

3. 網絡虛擬化

網絡虛擬化是抽象從物理網絡元素中分離網絡流量的一種方式。既可以通過縱向分割使得不同子網相互隔離，但可在同一網絡上訪問自身應用，實現了將物理網絡進行邏輯縱向分割虛擬化為多個網；也可以將多個網絡節點進行橫向整合，虛擬化成一臺邏輯設備。虛擬化整合后的設備組成了一個邏輯單元，在網絡中表現為一個網元節點，管理和配置簡單化，可跨設備鏈路聚合，極大簡化網絡架構，同時進一步增強冗余可靠性。

4. 應用虛擬化

應用虛擬化是把應用對底層系統和硬件的依賴抽象出來，從而解除應用與系統和硬件的耦合關系。應用程序運行在本地的應用虛擬化環境中，屏蔽了底層可能與其它應用產生沖突的內容，簡化了應用程序的部署和升級。

三. 災備系統設計與實現

1. 災備網絡設計

災備系統的作用，是在主備播出系統都出現故障，無法提供服務的情況下，迅速方便的啟動，恢復正常播出業務。考慮到主備播出系統會盡快恢復，災備系統不會長期在線運行的特點，因此在我臺音頻災備系統的設計上，我們不考慮為音頻制作提供支持服務，就是當災備系統運行時，我們只保證各頻道播出工作站的正常播出，音頻網內無法進行音頻的制作、編排和上傳工作。

因此，在災備網絡設計上，我們使用了主備兩臺光纖交換機作為音頻網核心交換機的備份設備，災備交換機上不再劃分VLAN。災備網絡只預留每個直播室播出站的接口以及機房播出服務器接口，不再連接其它接入層交換機。萬一音頻網絡癱瘓，直播室第一時間切換到本地播出，然后人工將各服務器和網絡播出工作站的光纖跳接到災備交換機上，由災備網絡提供網絡服務，達到簡單快速響應的應急效果。災備網絡拓撲如圖1。

2. 災備存儲設計

目前我臺音頻自動化播出系統主要由服務器直連陣列柜的模式構成，主備兩套服務器加陣列柜構成一套播出系統。各頻道之間的播出服務器和數據存儲相對獨立。這種做法結構簡單，實施起來相對容易，相互影響少，但是各服務器磁盤空間無法共享，造成磁盤空間的利用率較低。無法動態調配空間。數據分散存儲，也使得備份更加復雜，不利于數據的管理。

為提高存儲空間的利用和管理安裝的效率，以及從節約成本角度考慮，在災備系統中，我們采用了Microsoft iSCSI Software Target 結合Windows Storage Server的IP SAN解決方案。iSCSI是通過IP網絡，將SCSI區塊數據轉換成網絡封包的一種傳輸標準，它和NAS一樣通過IP網絡來傳輸數據，但在數據存取方式上，則采用與NAS不同的，而與FC-SAN 相同的Block Protocol協議。IPSAN基于以太網技術，設置配置的技術簡單、普通服務器或PC機只需要具備網卡，即可共享和使用大容量的存儲空間。 由于使用標準的TCP/IP協議，數據可在以太網上進行傳輸，不需要專門的光纖通道網絡，對于那些要求流量不太高的應用場合以及預算不充足的用戶，是一個非常好的選擇。

存儲空間的創建、分配和訪問控制由iSCSI Software Target軟件實現。按照音頻播出系統各陣列的實際空間大小劃分出多個虛擬磁盤，虛擬磁盤空間大小將來可以隨時擴展。創建通過IP地址訪問的iSCSI目標，并將虛擬磁盤分配給對應的iSCSI目標。iSCSI目標使得其它設備可以通過IP地址訪問這些虛擬磁盤空間，當作本地磁盤使用。iSCSI Software Target軟件部分管理使用界面如圖2。

我們分別創建了連接災備服務器和音頻播出系統備份服務器的iSCSI目標。在音頻播出系統正常運作時，將這些虛擬磁盤空間分配給備份服務器iSCSI目標。備份服務器掛接該iSCSI目標，將音頻數據備份到虛擬磁盤空間上。當要切換到容災系統時，只需要將虛擬磁盤分配給災備服務器iSCSI目標，不需要進行數據同步，災備服務器就能直接訪問該虛擬磁盤，使用最新的音頻數據進行播出。通過簡單將虛擬磁盤分配給不同的iSCSI目標，我們就能達到數據簡單快速在音頻播出系統和災備系統之間的切換。

3. 災備服務器設計

在災備服務器設計上，我們利用服務器虛擬化技術，采用一臺高性能服務器，在Windows Server 2008上運行Hyper-V，分別按照各頻道的播出服務器，建立對應的虛擬服務器，配置相同的機器名、IP地址等。虛擬機可以進行復制、遷移等操作，相比于物理服務器的安裝過程，這種方式更加方便快捷，統一的管理界面也減輕了技術人員配置、維護的復雜度。音頻播出系統某套服務器發生故障時，直播室第一時間切換到本地播出，然后人工將網絡播出工作站的光纖跳接到災備交換機上，立刻啟動災備系統對應虛擬服務器，掛接對應的虛擬磁盤空間，就能恢復正常播出。由于虛擬服務器搭建方法比較簡單，不再進行詳述。

四. 小結

我臺這套應用了虛擬化技術的音頻災備系統，保持了播出系統的原有架構，投資較少，簡單易行，合理的整合了存儲數據資源，提高了硬件設備的使用效率，降低了技術人員應急維護的復雜度，很好的成為了保障我臺音頻系統安全播出的一個補充。出于對成本和系統重要性等因素的考慮，本系統采用的技術和設備，在安全級別和性能指標上無法與其它對安全有更高要求的災備系統相比較。本文只是拋磚引玉，提出一種將虛擬化技術和安全播出結合起來的思路，以供廣大同業人員參考。