■呂廣川

本文主要介紹了廣西電視臺(tái)新聞非編網(wǎng)的存儲(chǔ)體系的規(guī)劃，并通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)的合理配置以及對(duì)訪問(wèn)、查詢(xún)和故障應(yīng)急恢復(fù)等方面的具體實(shí)施，精心打造出了高清新聞制作網(wǎng)的核心安全管理體系。

在過(guò)去十年中，每個(gè)行業(yè)都經(jīng)歷了數(shù)據(jù)成指數(shù)般的增長(zhǎng)，不斷發(fā)展的視音頻非線性編輯網(wǎng)絡(luò)也面臨這同樣的問(wèn)題，除了對(duì)容量的要求之外，數(shù)據(jù)的管理、保護(hù)以及對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的即時(shí)訪問(wèn)也越來(lái)越受重視。為了滿足這方面的需要，近年來(lái)出現(xiàn)了如下三種大容量存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲(chǔ)(Directed-Attached Storage,DAS)，網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)(Network-Attached Storage,NAS)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network,SAN)。廣西電視臺(tái)新聞中心非編網(wǎng)從三者中選擇了SAN的基本文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并組成了Xsan作為新的存儲(chǔ)體系。

一、三種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)介紹和SAN文件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

DAS 在DAS 系統(tǒng)中，存儲(chǔ)設(shè)備（磁盤(pán)）通過(guò)SCSI 總線或光纖通道直接與服務(wù)器相連，該服務(wù)器使用兼容的磁盤(pán)文件系統(tǒng)管理存儲(chǔ)設(shè)備，并通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)外提供共享文件服務(wù)，如AFP,SMB/CIFS,NFS 等協(xié)議文件。

NAS 看起來(lái)更像是一個(gè)帶有操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備。與DAS 一樣，借助于局域網(wǎng)和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議，不同類(lèi)型的客戶機(jī)可以共享存儲(chǔ)設(shè)備。NAS 系統(tǒng)使用一個(gè)專(zhuān)用的OS，它在處理文件共享設(shè)置和存儲(chǔ)器的維護(hù)方面要比通用的操作系統(tǒng)容易得多。

SAN 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)是一種將存儲(chǔ)設(shè)備集中在一起的技術(shù)，它允許服務(wù)器和客戶機(jī)把這些設(shè)備視為一個(gè)虛擬的整體來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)看起來(lái)就像是直接連接在本地主機(jī)上一樣（DAS）。但是跟DAS不一樣的是，通過(guò)使用諸如Xsan 這樣的SAN 文件系統(tǒng)，所有的服務(wù)器可以同時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。這些服務(wù)器也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議與局域網(wǎng)中的其他機(jī)器共享資源。

相對(duì)于DAS 和NAS、SAN 具有以下特點(diǎn)：

高性能、并發(fā)的文件共享：DAS、NAS 是通過(guò)文件共享協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)共享的。與此不同的是，典型的SAN 系統(tǒng)使用高速光纖通道來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。SCSI 數(shù)據(jù)和命令使用高速光纖通道協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)快速文件訪問(wèn)和更高效的文件共享。這樣就允許很多用戶同時(shí)共用一條工作流，從而便利了多用戶相互合作，也就提高了生產(chǎn)率。

基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)管理：SAN 把所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一為一個(gè)整體，使得對(duì)存儲(chǔ)資源的管理和利用可以更加靈活高效。存儲(chǔ)設(shè)備可以用光纖交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上所有的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。

消除單點(diǎn)故障：在SAN 網(wǎng)絡(luò)中，有多個(gè)服務(wù)器連接到存儲(chǔ)設(shè)備上，因此消除了單點(diǎn)故障。如果一臺(tái)服務(wù)器出了問(wèn)題，其他的可以取代它的工作。

圖1

靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌菏褂肧AN 文件系統(tǒng)，比如說(shuō)Xsan，網(wǎng)絡(luò)容量可以很容易地隨著存儲(chǔ)需求的增長(zhǎng)而擴(kuò)展。要擴(kuò)展現(xiàn)有SAN 的容量或者構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，只需添加一些適用的Xserve RAID 存儲(chǔ)體即可。Xserve RAID 是蘋(píng)果計(jì)算機(jī)的機(jī)架型大量存儲(chǔ)媒體，可以最大用到14 個(gè)熱插拔的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，可支持多種版本的磁盤(pán)數(shù)組，添加更多的運(yùn)行Xsan 的服務(wù)器就可以增大網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高處理請(qǐng)求的能力。這些新增的系統(tǒng)可以立即獲得對(duì)存儲(chǔ)器塊級(jí)別的訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)中所有服務(wù)器的服務(wù)，這些服務(wù)包括文件共享、媒體流共享、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。

二、Xsan 概述

1.Xsan 的工作原理

從圖1 可以看到Xsan 里面右邊的客戶端第5 組團(tuán)通過(guò)以太網(wǎng)連接到服務(wù)器，服務(wù)器通過(guò)光纖交換機(jī)2連接到存儲(chǔ)池組成了一個(gè)SAN 網(wǎng)絡(luò)。左邊的幾個(gè)客戶端組成4 組團(tuán)通過(guò)光纖交換機(jī)2 直接連接到存儲(chǔ)池1，再加上媒體數(shù)據(jù)服務(wù)器3，也組成一個(gè)SAN。這兩個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的SAN組合在一起就稱(chēng)之為Xsan?？蛻舳嗽L問(wèn)存儲(chǔ)池時(shí)就要通過(guò)媒體數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取讀寫(xiě)權(quán)限，獲得權(quán)限之后就能通過(guò)光纖網(wǎng)直接對(duì)存儲(chǔ)池進(jìn)行文件的存儲(chǔ)。這樣媒體數(shù)據(jù)服務(wù)器就起到了管理的作用，卻不會(huì)影響到客戶端和存儲(chǔ)池之間的讀寫(xiě)速度。這功能提供了一個(gè)強(qiáng)大靈活的存儲(chǔ)管理解決方案，在視音頻后期制作過(guò)程中減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的復(fù)制次數(shù)，更適合電視制作流程中更有效地使用和共享數(shù)據(jù)。

2.實(shí)現(xiàn)Xsan 的硬件解決方案

通過(guò)使用多款服務(wù)器和客戶端的軟硬件產(chǎn)品，共同提供可靠的解決方案。

SAN 存儲(chǔ)集：Xsan 把所有存儲(chǔ)設(shè)備看作一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)集。要增加它的容量，只需向光纖網(wǎng)絡(luò)上添加X(jué)serve RAID 存儲(chǔ)體而已。

光纖通道網(wǎng)絡(luò)：SAN 存儲(chǔ)集、元數(shù)據(jù)控制器、Xsan 客戶機(jī)之間的光纖通道由一個(gè)或多個(gè)光纖通道交換機(jī)連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行光纖通道協(xié)議(FCP)。

Xsan 元數(shù)據(jù)控制器：元數(shù)據(jù)控制器是一種類(lèi)似于協(xié)同配合的軟件機(jī)制。每當(dāng)一個(gè)Xsan 客戶機(jī)要讀寫(xiě)一個(gè)文件，它要先從元數(shù)據(jù)控制器獲得許可，然后通過(guò)高速光纖通道直接讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。任何一臺(tái)運(yùn)行Xsan 的蘋(píng)果工作站或Xserve 都可以成為元數(shù)據(jù)控制器。

Xsan 客戶機(jī)：運(yùn)行Xsan 的普通電腦、工作站或服務(wù)器。它們都可以對(duì)SAN 存儲(chǔ)集中的文件進(jìn)行塊級(jí)別的直接訪問(wèn)，并擁有完全的讀寫(xiě)權(quán)限。當(dāng)對(duì)性能的要求提高時(shí)，可以添加更多的服務(wù)器來(lái)適應(yīng)。

以太網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)是無(wú)邊界的，這意味著所有通過(guò)以太網(wǎng)連接在SAN 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都可以獲得文件服務(wù)。高速光纖通道可以保證高性能的吞吐率。

網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)：一個(gè)裝有蘋(píng)果操作系統(tǒng)和Xsan 服務(wù)控制管理軟件的Xserve 服務(wù)器可以支持不限數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)共享SAN 的數(shù)據(jù)。這些網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)通過(guò)相應(yīng)的文件共享協(xié)議如AFP、SMB/CIFS、NFS 來(lái)實(shí)現(xiàn)在三大常見(jiàn)操作系統(tǒng)異構(gòu)環(huán)境下的文件共享。

三、SAN 的日常管理

為保證單機(jī)實(shí)時(shí)性能的需求，提高制作效率，我們硬件設(shè)備采用Apple 公司Mac Pro 8 核CPU 工作站和采用四核64位Intel Xeon 處理器的Xserve 高性能服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)管理核心平臺(tái)采用64位SAN 網(wǎng)絡(luò)管理軟件Xsan 2.0，該管理軟件具備更為強(qiáng)大的擴(kuò)展能力與更加便捷的用戶界面，管理員可以通過(guò)Xsan 系統(tǒng)統(tǒng)一管理所有高清制作站點(diǎn)，包括卷的加載、權(quán)限的設(shè)置、帶寬及流量的統(tǒng)一管理等。從San 管理軟件、高清編輯工作站、中央存儲(chǔ)、非編軟件，到工作站操作系統(tǒng)均由同一公司開(kāi)發(fā)提供，最大保證了內(nèi)部所有系統(tǒng)的安全和簡(jiǎn)易化管理。

通過(guò)系統(tǒng)自帶的Xsan Admin2，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)日常SAN 的更為簡(jiǎn)易的管理。

1.存儲(chǔ)配置

通過(guò)Xsan Admin，例如擴(kuò)展卷、最佳配置卷設(shè)置或管理文件系統(tǒng)權(quán)限等復(fù)雜任務(wù)，現(xiàn)在變得更為輕松和較少發(fā)生故障。SAN 的組件邏輯上以設(shè)備呈現(xiàn)——由計(jì)算機(jī)、卷標(biāo)和 LUNs 構(gòu)成（如圖2 所示）。

2.訪問(wèn)控制

可以通過(guò)卷標(biāo)的 LUN Mapping（地圖）和 LUN Masking（遮罩）的兩個(gè)功能控制指定計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的不同卷標(biāo)。目的是使用不同的主機(jī)只能訪問(wèn)到不同的卷，從而更方便地進(jìn)行存儲(chǔ)資源的管理與調(diào)配?？梢詫⑻O(píng)果操作系統(tǒng)上運(yùn)行的 Xsan 與開(kāi)放式目錄在共享卷標(biāo)中一起使用管理應(yīng)用程序、用戶和工作組訪問(wèn)指定的文件夾和文件。

圖2：新聞制作網(wǎng)GXTV_Xsan Admin2

3.系統(tǒng)通知

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄SAN 文件系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)吞吐量，可以設(shè)置一旦系統(tǒng)運(yùn)行處于指定水平之下，系統(tǒng)發(fā)送郵件和呼叫器通知。另外，Xsan記錄元數(shù)據(jù)控制器的活動(dòng)和每個(gè)卷標(biāo)的客戶端訪問(wèn)日志，用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上任意蘋(píng)果操作系統(tǒng)瀏覽這些日志文件。

4.文件查找

當(dāng)在線存儲(chǔ)空間高達(dá)兆位字節(jié)時(shí)，找到所需的文件好像大海撈針。憑借 Xsan 2 的點(diǎn)光（Spotlight）的快速查找功能，就可以輕松、迅速地查找到想要的文件。

通過(guò)豐富的詞匯表，搜索結(jié)果變得更準(zhǔn)確。它包括布林邏輯運(yùn)算、引用語(yǔ)搜索、類(lèi)別標(biāo)簽和支持范圍的選項(xiàng)。同時(shí)，通過(guò)操作系統(tǒng)中的快速查找（Quick Look）和3D 封面瀏覽（Cover Flow）功能，用戶即可瞬間瀏覽上百個(gè)文件而不需要打開(kāi)它們。

四、網(wǎng)絡(luò)管理安全保障

1.元數(shù)據(jù)控制器故障恢復(fù)

Xsan 使用一個(gè)稱(chēng)作元數(shù)據(jù)控制器的系統(tǒng)與 SAN 連接以管理存儲(chǔ)共享的訪問(wèn)。如果該系統(tǒng)由于任何原因發(fā)生故障，Xsan 選擇 SAN 系統(tǒng)的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)接管它的運(yùn)用。只要SAN 的任何系統(tǒng)處于活動(dòng)狀態(tài)，層疊元數(shù)據(jù)控制器故障恢復(fù)就能確保用戶訪問(wèn)自己的數(shù)據(jù)。

使用 Xsan Admin 2 管理控制器，還可以確定每個(gè)卷表故障恢復(fù)的優(yōu)先級(jí)，并且設(shè)置指定的元數(shù)據(jù)控制器指定具體的卷標(biāo)。復(fù)雜的算法確保發(fā)生適當(dāng)?shù)倪B續(xù)性，避免“集群裂腦”的情況或多元數(shù)據(jù)控制器沖突，發(fā)生“集群裂腦”時(shí)兩部服務(wù)器會(huì)同時(shí)掛載該存儲(chǔ)裝置，亦同時(shí)存取相同的檔案，因此若共享存儲(chǔ)裝備缺乏良好的鎖定機(jī)制，更可能使得存儲(chǔ)裝置上的檔案因同時(shí)讀寫(xiě)而損壞。

一旦文件系統(tǒng)客戶端選擇了一個(gè)新元數(shù)據(jù)控制器，發(fā)生故障的系統(tǒng)會(huì)被切斷，直到故障得以解決。在實(shí)際中我們部署了一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為備用控制器，運(yùn)用備用控制器不需中斷用戶服務(wù)即可更新 Xsan 軟件。

2.多路徑光纖通道

Apple 的光纖通道主機(jī)總線適配器(HBAs)是一塊雙端口或四端口的卡，為每個(gè) Mac 桌面或 Xserve 系統(tǒng)提供二個(gè)或四個(gè)到SAN 的連接。多路徑光纖通道利用多連接：如果一條光纖通道路徑發(fā)生故障，Xsan 可以繼續(xù)使用另外的一條作為存儲(chǔ)訪問(wèn)路徑，消除線纜層的潛在故障因素。

根據(jù)負(fù)載和可用性自動(dòng)找到所有從客戶端到不同存儲(chǔ)卷標(biāo)的數(shù)據(jù)路徑。這樣有兩個(gè)主要的益處，即不需影響用戶的工作即可處理任何故障，同時(shí)，所有的路徑通過(guò)負(fù)載平衡保證最大限度地提升系統(tǒng)的性能和可靠性。

3.日志文件系統(tǒng)

Xsan 是一個(gè)日志文件系統(tǒng)，在發(fā)生災(zāi)難性的故障時(shí)，瞬間即可恢復(fù)。日志數(shù)據(jù)包括文件系統(tǒng)的處理記錄。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或元數(shù)據(jù)控制器意外切斷后，不需進(jìn)行耗時(shí)的數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)，存儲(chǔ)即可恢復(fù)到在線狀態(tài)。

五、結(jié)束語(yǔ)

借助Xsan 上述的優(yōu)勢(shì)，完整地實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)體系規(guī)劃以及最優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)管理，從而為廣西電視臺(tái)新聞中心新聞非編網(wǎng)打造了一個(gè)穩(wěn)定、安全和高效的核心運(yùn)行環(huán)境。目前已經(jīng)有多個(gè)欄目在非編網(wǎng)里進(jìn)行編輯制作、存儲(chǔ)、傳輸和交互，極大地提高了新聞制作效率，降低了新聞節(jié)目制作成本，實(shí)現(xiàn)了新聞節(jié)目制作向高清全面轉(zhuǎn)換的新跨越。

名詞解釋

1.AFP 是Apple 操作系統(tǒng)通訊協(xié)議，SMB/CIFS 是Windows 下的通訊協(xié)議，NFS 是Sun 下的通訊協(xié)議。

2.“集群裂腦”(split-brain)指在集群環(huán)境中的節(jié)點(diǎn)間的心跳線同時(shí)斷掉后，集群系統(tǒng)所處于的一種特殊狀態(tài)。

參考資料

1.廣西電視臺(tái)新聞網(wǎng)項(xiàng)目竣工報(bào)告

2.蘋(píng)果公司MAC 操作系統(tǒng)、XSAN 說(shuō)明書(shū)

3.蘋(píng)果公司官方網(wǎng)站http://www.apple.com.cn/