[摘要]數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為電視臺播出系統(tǒng)的核心，其安全性和穩(wěn)定性尤為重要，總局62號令也對播出數(shù)據(jù)庫提出了明確的要求。本文介紹了江蘇臺如何根據(jù)自身播出系統(tǒng)的特點，對各數(shù)據(jù)庫雙機(jī)熱播方案進(jìn)行比較，并介紹了通過NEC集群軟件實現(xiàn)了鏡像型數(shù)據(jù)庫集群，對該集群的特點做了簡單介紹。

[關(guān)鍵詞]播出系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫 集群 雙機(jī)熱備 鏡像

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為播出業(yè)務(wù)支撐的核心，是最為關(guān)鍵的系統(tǒng)平臺軟件，整個系統(tǒng)中除了視音頻文件之外，其他所有節(jié)目的元數(shù)據(jù)信息、用戶信息、系統(tǒng)配置信息以及系統(tǒng)日志都是由數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，其重要性不言而喻。一旦數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障勢必會影響到節(jié)目的正常播出，甚至造成嚴(yán)重的播出事故。

在國家廣電總局62號令《廣播電視安全播出管理規(guī)定》上對電視播出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫也提出了明確要求：二級以上的電視臺播出系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器應(yīng)采用雙機(jī)熱備方式，并能自動切換。而江蘇臺播出系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)庫沒有實現(xiàn)雙機(jī)熱備和自動故障切換。為了滿足62號令要求，進(jìn)一步確保安全播出，我們對我臺播出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行了升級。

一、原數(shù)據(jù)庫概況

江蘇臺播出原數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由3臺HP DL380服務(wù)器組成，操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Server，數(shù)據(jù)庫選用SQL Server2005企業(yè)版，其架構(gòu)如圖1所示：

主數(shù)據(jù)庫每一個小時通過快照發(fā)布將數(shù)據(jù)推送至備數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)主、備數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步。同時主數(shù)據(jù)庫按照策略定時做本地的完整備份和差異備份，并定期將備份文件推送至備數(shù)據(jù)庫。采取這種方式雖然能實現(xiàn)主、備數(shù)據(jù)庫之間的切換，但是主、備數(shù)據(jù)庫的在切換前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)操作并且不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時同步，切換時需要手動修改DNS配置不能實現(xiàn)自動切換，不滿足總局62號令要求。

二、各種雙機(jī)熱播方案比較

目前數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)中性能最優(yōu)秀最穩(wěn)定的當(dāng)屬Oracle RAC，但是根據(jù)我臺本次數(shù)據(jù)庫改造為在線進(jìn)行的實際情況，若將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)更換成Oracle RAC，那么所有播出相關(guān)的應(yīng)用軟件都需要進(jìn)行修改，系統(tǒng)變動太大，風(fēng)險太高。

所以我們最終決定仍然使用sQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的雙機(jī)熱備，盡量將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)升級改造對整個系統(tǒng)的影響降到最小。前期通過調(diào)研，我們對以下幾種方案進(jìn)行了比較：

方案一：通過MSCS構(gòu)建SQL Server集群實現(xiàn)雙機(jī)熱備

MSCS是一個Windows Server企業(yè)版中的內(nèi)建功能。它支持兩個或者更多服務(wù)器節(jié)點連接起來形成一個“集群”，來獲得更高的可用性和對數(shù)據(jù)和應(yīng)用更簡便的管理。MSCS可以自動的檢查到服務(wù)器或者應(yīng)用的失效，并從中恢復(fù)。

這種集群設(shè)計使用軟件“心跳”來檢測應(yīng)用或者服務(wù)器的失效。在服務(wù)器失效的事件中，它會自動將資源（比如磁盤和IP地址）的所有權(quán)從失效的服務(wù)器轉(zhuǎn)移到活動的服務(wù)器。為了保持主、備機(jī)數(shù)據(jù)的一致性，采取這種方式構(gòu)建集群要使用共享盤陣，硬件成本投入相對較高，且共享盤陣為一單潰點。

方案二：通過SQL Server鏡像功能實現(xiàn)雙機(jī)熱備

通過SQL Server系統(tǒng)自身的鏡像功能實現(xiàn)雙機(jī)熱備，需要主機(jī)、備機(jī)以及見證共3臺服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫鏡像是將數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理從一個SQL Server數(shù)據(jù)庫移動到不同SQL Server環(huán)境中的另一個SQL Server數(shù)據(jù)庫中。鏡像數(shù)據(jù)庫不能直接訪問，它只用在錯誤恢復(fù)的情況下才可以被訪問。見證服務(wù)器是在判斷什么時候進(jìn)行錯誤恢復(fù)的時候，用于主數(shù)據(jù)庫和鏡像之間內(nèi)部交流，當(dāng)主數(shù)據(jù)庫服務(wù)出現(xiàn)異常時，它實現(xiàn)了2比1投票的能力，可通過見證服務(wù)器實現(xiàn)主、備服務(wù)器的自動切換。

通過這種方式不需要額外增加軟、硬件就能實現(xiàn)雙機(jī)熱備，但是主、備服務(wù)器提供的服務(wù)地址不一樣，需要應(yīng)用軟件本身支持主、備數(shù)據(jù)庫服務(wù)地址的切換。而我臺播出軟件本身不支持主、備數(shù)據(jù)庫服務(wù)地址切換，需要修改播出軟件，或者使用第三方軟件虛擬出一個統(tǒng)一的服務(wù)地址，才能實現(xiàn)真正的熱備切換。

方案三：通過第三方軟件實現(xiàn)雙機(jī)熱備

目前市場上有很多第三方的集群軟件（比如：NEC ExpressCluster、LifeKeeper、EMC Legato等），它們都是通過軟件實現(xiàn)主、備機(jī)的數(shù)據(jù)同步，可監(jiān)控包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)在內(nèi)的系統(tǒng)資源與應(yīng)用的狀態(tài)，在第一個服務(wù)器無法修復(fù)故障的情況下，自動故障恢復(fù)至第二個服務(wù)器，集群軟件一般也支持共享盤陣方式。這些集群軟件能夠提供虛擬IP，實現(xiàn)虛擬IP與實際服務(wù)器問的無縫切換，從而提高系統(tǒng)的高可用性。

根據(jù)對上述三種方案的分析對比，本著以對系統(tǒng)影響最小和方便運維的原則，我們最終選擇了采用NEC EXPRESSCLUSTER構(gòu)建鏡像型的數(shù)據(jù)庫集群。主要從以下幾方面考慮的：

1.就三種方案而言，只有一、三兩個方案比較符合我們實際情況，對系統(tǒng)的變動最小，最為可行。

2.使用MSCS集群管理服務(wù)必須要配置共享盤陣，而配置共享盤陣除了增加了投入外也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使系統(tǒng)存在單潰點。

3.通過測試?yán)肗EC 集群軟件構(gòu)建的鏡像型集群從穩(wěn)定性、故障切換、數(shù)據(jù)恢復(fù)等各方便都能滿足我們的要求。

三、通過NEC EXPRESSCLUSTER構(gòu)建鏡像型集群

本次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)改造方案采用鏡像型集群，集群系統(tǒng)中的SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器有二臺，其中一臺為待機(jī)服務(wù)器，進(jìn)行熱備，在這二臺服務(wù)器上都需要安裝NEC EXPRESSCLUSTER集群軟件。其中一臺服務(wù)器發(fā)生故障（故障包括IP地址，OS死機(jī)、MSSQL服務(wù)故障、硬件故障等）都將切換到待機(jī)服務(wù)器上。

同時配置了一臺冷備服務(wù)器，主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為發(fā)布服務(wù)器，定期生成播出數(shù)據(jù)庫的快照并發(fā)布，冷備服務(wù)器采用訂閱快照的方式實現(xiàn)與主數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)復(fù)制。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

1.硬件配置

本系統(tǒng)采用兩個HP DL 380 G7服務(wù)器構(gòu)成數(shù)據(jù)庫集群，每臺服務(wù)器以RAID 1方式配置了兩個RAID組，一個用于操作系統(tǒng)，另外一個用于存儲數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件。每臺服務(wù)器配置兩塊千兆以太網(wǎng)卡分別用于心跳檢測和數(shù)據(jù)訪問。

2.軟件配置

兩臺服務(wù)器分別安裝了Windows Server 2008企業(yè)版，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用SQL Server 2008，集群軟件選用NEC EXPRESSCLUSTER X 3.0 forWindows。

3.數(shù)據(jù)庫集群配置

·硬盤分區(qū)配置

如圖2所示，首先在硬盤分區(qū)上，基于NECEXPRESSCLUSTER集群軟件構(gòu)建鏡像型集群，每臺服務(wù)器都需要需要單獨劃分“集群分區(qū)”和“數(shù)據(jù)分區(qū)”，并且要求兩臺服務(wù)器分區(qū)使用的盤符名必須相同，鏡像分區(qū)必須以Byte為單位大小完全一致，否則可能造成數(shù)據(jù)無法正常同步。此外，集群分區(qū)必須使用RAW文件系統(tǒng)，RAw文件系統(tǒng)是指一個沒有被NT文件系統(tǒng)（FAT或NTFS）格式化的磁盤分區(qū)。

集群中每臺服務(wù)器均配置了雙網(wǎng)卡，其中一個網(wǎng)卡用于主、備服務(wù)器問心跳連接，另外一個網(wǎng)卡連接接入交換機(jī)，EXPRESSCLUSTER軟件能夠虛擬出一個浮動IP對外提供服務(wù)，這樣可以實現(xiàn)主、備機(jī)切換時對客戶端而言是完全透明的。

·失效切換組配置

如圖3所示，本方案中配置了一個名為“failoverl”的失效切換組，該組包括三個資源：1.名為“NMS-DB”的浮動IP地址資源，由它實現(xiàn)系統(tǒng)對外的浮動IP地址“172.27.104.5”是指向哪臺服務(wù)器；2.名為“mdl”的鏡像磁盤資源，通過它確定當(dāng)前哪臺服務(wù)器的磁盤處于在線狀態(tài)，哪臺服務(wù)器的磁盤處于鏡像狀態(tài)；3.名為“service-sql”的服務(wù)資源，通過它確定是哪臺服務(wù)器提供sql server數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

在集群檢測到在線服務(wù)器故障進(jìn)行失效切換時，這3個資源同時切換到待機(jī)服務(wù)器上。

·監(jiān)視資源配置：

監(jiān)視資源是指對指定監(jiān)視對象進(jìn)行監(jiān)視的資源，發(fā)現(xiàn)監(jiān)視對象出現(xiàn)異常時，重啟組資源或進(jìn)行失效切換，由它向集群系統(tǒng)提供是否進(jìn)行“失效切換”的依據(jù)。如圖三所示，本系統(tǒng)方案中配置了4個監(jiān)視資源，分別是：1.ipw網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視資源，通過它監(jiān)視集群中個服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)是否正常；2.mdn wl監(jiān)視用于鏡像連接的網(wǎng)絡(luò)。若使用指定鏡像連接進(jìn)行鏡像數(shù)據(jù)通信失敗，則判斷為異常；3.mdwl對鏡像分區(qū)設(shè)備（鏡像驅(qū)動程序）的完整性進(jìn)行監(jiān)視；4.serivew-sql監(jiān)視集群中各服務(wù)器sqlserver服務(wù)是否正常。若監(jiān)視資源發(fā)現(xiàn)在線服務(wù)器相關(guān)資源出現(xiàn)異常，它會控制集群自動進(jìn)行失效切換，若僅是待機(jī)服務(wù)器資源異常，它會進(jìn)行報警提示。

四、數(shù)據(jù)庫集群測試

采用這種方案我們比較擔(dān)心的主要有幾點：第一、集群軟件本身是否穩(wěn)定，會不會因為集群軟件的問題造成系統(tǒng)異常；第二、通過軟件數(shù)據(jù)鏡像是否能確保故障切換時數(shù)據(jù)的一致性，以及數(shù)據(jù)恢復(fù)的效率；第三、實際運行中，集群軟件是否能有效地檢測到系統(tǒng)故障，從而進(jìn)行自動切換。為此，我們做了以下測試：

1.集群故障偵測及失效切換測試

在測試中，我們模擬了主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中斷、sqlserver服務(wù)器停止以及系統(tǒng)關(guān)機(jī)等故障，集群管理軟件都能夠在15-20秒內(nèi)檢測到故障，并完成主、備切換。經(jīng)過測試，切換過程完全透明，客戶端不需要執(zhí)行任何操作，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)僅在這10幾秒的故障偵測和切換過程中不能正常訪問，基本不會對系統(tǒng)運行造成任何影響，用戶體驗很好。

2.數(shù)據(jù)恢復(fù)測試

通過集群管理軟件手動執(zhí)行主、備服務(wù)器磁盤完全鏡像，經(jīng)過測試以目前江蘇臺數(shù)據(jù)庫大小為1GB為例，執(zhí)行全盤恢復(fù)僅需要2分鐘左右，而差異恢復(fù)僅需要幾秒鐘時間。

3.集群穩(wěn)定性測試

針對集群穩(wěn)定性做了幾組測試：對備服務(wù)器非正常關(guān)機(jī)；對主服務(wù)器非正常關(guān)機(jī)；對主、備服務(wù)器同時非正常關(guān)機(jī)。測試結(jié)果顯示單臺服務(wù)器非正常關(guān)機(jī)，集群均能夠有效進(jìn)行故障偵測和切換，并且不會影響到集群和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行，在機(jī)器重新啟動后，集群能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)恢復(fù)。在主、備服務(wù)器均非正常關(guān)機(jī)的情況下，再次啟動集群恢復(fù)時間相對較長，需要約20分鐘左右。

4.卸載集群測試

我們分別對主、備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的NEC集群軟件進(jìn)行了卸載，在卸載后主、備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器均能獨立正常工作。這個測試實驗表明，即便出現(xiàn)集群軟件完全宕機(jī)無法使用的極端情況，我們還可以通過卸載集群軟件的方法來確保數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正常運行。

五、總結(jié)

數(shù)據(jù)庫作為播出系統(tǒng)的核心，對它進(jìn)行在線的改造往往比新建系統(tǒng)難得多，所以我們在做方案設(shè)計時也進(jìn)行了反復(fù)的斟酌，主要考慮在滿足總局62號令要求的前提下如何安全、平穩(wěn)地完成數(shù)據(jù)庫的改造。目前江蘇臺采用的這種純軟方式構(gòu)建的數(shù)據(jù)集群架構(gòu)既經(jīng)濟(jì)、又安全，運行了近一年未出現(xiàn)任何異常，為我臺的安全播出提供了有力的保障。