虛擬化技術在制播系統應用的研究

徐 旭

(建湖廣播電視臺 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，業務系統龐大且升級困難、管理方法紛繁復雜、硬件資源利用率不平衡、系統故障恢復時間長等一系列弊端已經開始顯現。作為熱門的IT 技術，虛擬化技術能提高資源的利用率，降低系統運行成本，提高桌面的可管理性和安全性，增強硬件和應用程序的可用性，為制播系統提供動態靈活、安全可靠的基礎構架。

1 虛擬化的概念

虛擬化是指對操作對象的物理實施和配置做抽象分析，并將抽象分析結果轉化為完整的邏輯對象，通過將邏輯對象重新分解定義模擬成一個符合期望的操作對象實體，進而脫離物理對象層面的約束，以效能最大化的目的靈活應用物理對象資源的技術。當前虛擬化技術主要有3 個分支:存儲虛擬化、服務器虛擬化及桌面和應用虛擬化［1］。

2 虛擬化技術在制播系統中的應用

2.1 存儲虛擬化

無論基于何種構架，高碼率視音頻數據的存儲與共享都要求存儲系統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、高傳輸速度的優點，已在中小規模制播系統得到了廣泛的應用。

本臺大洋非線性編輯系統正是基于IP SAN 構架，核心存儲設備為DFT RS－3016I－S30，其內部通過四通道高速流量控制器HSTD 與RAID5 磁盤陣列相連。內嵌于HSTD 的VMV存儲虛擬化軟件將存儲空間虛擬成一個大的存儲池，再以LUN 的方式提供給服務器使用。VMV 可以動態增加、縮小虛擬存儲池的大小，并在不停機的前提下創建虛擬磁盤和更改磁盤大小。通過LUN 映射可阻止應用主機對共享存儲HEART、SQL 分區的數據訪問，確保系統安全，同時單LUN 可以支持多物理端口的并發工作，從而大大提高訪問帶寬，如圖1 所示。

虛擬存儲技術RAID、LUN 的應用能為整個數據交換提供了高帶寬、高容錯的集中存儲訪問，但也存在一些問題，如果應用需求有所變化，往往需要重做RAID 和LUN，從底層向上再一次初始化，這就需要做數據遷移，并可能引出一大堆需要處理的問題。最新的虛擬存儲技術VSAN 可支持基于策略的存儲管理，在不停機的情況下，通過直接修改策略來滿足應用對存儲的新需求，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

低的虛擬化環境中，還不能應用在高可用的制播系統中。

2.2 服務器虛擬化

制播系統由于其業務的多樣性、復雜性，需運行多種不同用途的服務器，同時為滿足系統安全性要求，每臺服務器均需配備熱備，服務器數量多且利用率不高。本臺大洋非線性編輯系統已采用傳統的MSCS 集群方式對AD、SQL、MDC、文稿服務器進行整合，服務器數量顯著減少，但還存在部署復雜、負載不均衡等缺點，如進一步應用VMware vSphere 服務器虛擬化技術將物理機遷移至虛擬機中(圖2)，與MSCS 集群方式相比還具有更靈活的系統部署、更優化的資源利用、更高的可用性優點。

圖2 大洋非線性編輯系統VMware vSphere 虛擬化方案

在設置vSphere 集群時，一般最小設計3 臺ESXi 主機、1個共享存儲、1 臺vCenter Server(可放置在ESXi 虛擬機中)或1 臺vSphere Client，這樣集群上運行的虛擬機以及運行在虛擬機中的應用程序，都是高可用的，而HA 同FT 的區別在于FT 是在HA 的基礎上實現的，虛擬機切換時，HA 存在一個中斷時間(操作系統重新啟動時間)，從而造成業務的短時間中斷，FT 則可以做到類似傳統熱備的零切換時間，保證業務系統不受影響［2］。當前FT 唯一的不足在于處于容錯的虛擬機只能分配一個CPU，而不支持多CPU，這就使得一些負載較重的服務器無法通過FT 技術實現高可用。

值得一提的是，vSphere 的一些高級功能，例如vMotion、DRS、HA、FT，非常依賴于高速共享存儲，這是因為虛擬機被封裝成一個檔案文件和若干相關環境配置文件并被存儲在共享存儲中，共享存儲性能的好壞及服務器到存儲的連接速度，都會影響虛擬機的性能，此種情況下應優先考慮使用SAN，不建議使用VSAN，除VSAN 可用性較低外，另一個原因是如果使用VSAN，就不能利用DRS 及DPM 功能整合虛擬機從而待機運行節省能源。

2.3 桌面和應用虛擬化

制播網應與外網完全隔離，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訪問需求，同時在日常工作中還要訪問各類管理系統、撰寫文稿、收發郵件以及瀏覽媒資素材，這就需要建立單獨的桌面系統和應用平臺，而這正是桌面和應用虛擬化技術的強項。如果應用需要完整的桌面環境，通過VMware Horizon 桌面虛擬化軟件在服務器端定制安裝好操作系統、防病毒軟件、安全補丁、應用軟件的模板計算機，可快速部署多個虛擬桌面，客戶端通過PCoIP 協議［3］直接訪問虛擬桌面。對于不需完整桌面環境的一些應用，應用虛擬化提供端到端的應用交付服務可以解決這一問題，以XenApp 應用虛擬化軟件來說，客戶端可通過ICA 協議的1494 端口直接訪問應用服務器，如圖3 所示。

圖3 XenApp 應用虛擬化界面(截圖)

桌面虛擬化和應用虛擬化均支持應用安裝配置集中化，靈活支持應用對客戶端軟件版本的特殊要求，減少管理和支持成本。都只傳輸鍵盤鼠標信號及屏幕變化信息而不傳輸數據。所有數據存放在后臺，終端不存儲業務數據。都可集中控制終端用戶權限，如禁止拷貝、粘貼、打印、上傳下載、禁止訪問特定應用等，從而既保證了內外網互訪下系統的安全穩定，又提高了用戶的工作效率。

桌面虛擬化和應用虛擬化的區別在于:桌面虛擬化可提供完整的桌面運行環境，用戶使用體驗好，但虛擬桌面每個用戶都需要一個虛擬機，這就需要占用更多的資源和存儲空間;應用虛擬化所需資源和存儲空間少，只需一臺服務器就可為多個用戶提供服務，但諸如16 bit 應用、基于內核的應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，桌面虛擬化和應用虛擬化已經整合在一起，從而實現通過單一平臺向位于任何地點、使用任何設備的終端用戶安全地提供虛擬桌面或僅提供應用。

在制播系統中，一些標準應用，如網絡訪問、文稿服務、收發郵件等，都能通過應用虛擬化來發布，但諸如審片、無卡剪輯、3D 視頻等對圖形化要求較高的應用即使運行在虛擬桌面下目前也存在一些困難，主要表現為虛擬化軟件對硬件板卡底層運行環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vGPU 的應用將有助于改變這一狀況，與傳統的GPU 共享以及GPU 直通模式相比，vGPU 具有獨特的優勢: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)轉換，因此延遲更低;與GPU 直通模式不同，vGPU 能夠同時在多個虛擬機之間共享一個GPU。

3 總結

作為隨著網絡時代應運而生的現代技術，虛擬化的發展方興未艾，目前除存儲虛擬化外，服務器虛擬化、桌面和應用虛擬化在制播系統中的應用均處于起步摸索階段，還有很多技術上的障礙沒有克服，因此就目前而言，制播系統只能采用部分虛擬化的構架。對于基層廣電科技工作者來說，接觸前沿虛擬化技術的機會不多，只有不斷地去了解、研究虛擬化技術，才能在日后的工作中更好地測試、應用虛擬化技術。相信隨著虛擬化技術的進步和發展，終將在制播系統得到廣泛的應用。

［1］孫麗麗，王偉峰. 網絡存儲與虛擬化技術［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2013.

［2］胡嘉璽.虛擬智慧:VMware vSphere 運營實錄［M］.北京:清華大學出版社，2011.

［3］王春海.VMware 虛擬化與云計算應用案例詳解［M］.北京:中國鐵道出版社，2013.

［4］馬博峰.VMware、Citrix 和Microsoft 虛擬化技術詳解與應用實踐［M］.北京:機械工業出版社，2013.