文 ｜ 李道航

前言

近年來，各家廣電單位和機(jī)構(gòu)都在加快數(shù)字化建設(shè)的腳步和進(jìn)程，并試圖采用先進(jìn)信息技術(shù)武裝自己，以提高業(yè)務(wù)生產(chǎn)力和工作效率，從而增強(qiáng)本單位的競爭能力和發(fā)展能力。廣電機(jī)構(gòu)的信息化建設(shè)，從初期的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，到后期的標(biāo)清轉(zhuǎn)高清，從信息孤島走向面向?qū)ο蟮娜_互聯(lián)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)字化程度越來越高，信息系統(tǒng)的建設(shè)也越來越龐大，數(shù)據(jù)中心的雛形初步顯現(xiàn)。但在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營和維護(hù)中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如果無法解決這些問題，不僅不會提高生產(chǎn)力，反而還會降低生產(chǎn)效率。本文分析了廣電數(shù)據(jù)中心運(yùn)營中的問題，并討論如何采用時下先進(jìn)的信息技術(shù)去解決這些問題。但是，建設(shè)新一代廣電數(shù)據(jù)中心并不是一蹴而就的事情，還需要不斷地思考，在實(shí)踐中摸索前進(jìn)。

廣電數(shù)據(jù)中心運(yùn)營中的問題

目前廣電業(yè)務(wù)系統(tǒng)，諸如：制作、新聞、播出、媒資等，全面地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。但隨著數(shù)據(jù)中心的逐漸形成，系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營也暴露出了諸多的問題，這些問題越來越阻礙業(yè)務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展，也困擾著系統(tǒng)運(yùn)營部門。在運(yùn)營廣電數(shù)據(jù)中心時，主要遇到的問題有：

1)信息系統(tǒng)趨于復(fù)雜，管理日趨繁瑣，要求越來越多的維護(hù)人員

廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)主要分為兩方面：首先是信息基礎(chǔ)平臺的軟硬件集成，諸如：服務(wù)器的架設(shè)，以太網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)實(shí)施、以及存儲網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的集成；其次是廣電業(yè)務(wù)軟件的邏輯實(shí)現(xiàn)和流程梳理。數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，存儲共享子系統(tǒng)，中間件子系統(tǒng)等不同的信息基礎(chǔ)模塊，都有不同的管理方法，且對專業(yè)技術(shù)的要求很高，需要不同的專業(yè)技術(shù)人才進(jìn)行管理，此外上層應(yīng)用的接口和流程更是十分繁雜，需要專人梳理和維護(hù)。隨著數(shù)據(jù)中心的不斷升級改造，這種矛盾越來越凸顯，系統(tǒng)管理人員的工作壓力越來越大，很容易出現(xiàn)差錯，不利于安全生產(chǎn)。此外，隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，對管理人員的數(shù)量和水平要求越來越高，系統(tǒng)維護(hù)成本也在逐年增高。

2)數(shù)據(jù)中心的資源利用不均衡，資源閑置的問題時有發(fā)生

在廣電數(shù)據(jù)中心內(nèi)，服務(wù)器資源的利用并不十分均勻，諸如：消息服務(wù)器、接口服務(wù)器、域控服務(wù)器、系統(tǒng)管理服務(wù)器等，它們往往閑置了大量的計(jì)算及I/O資源 ，但考慮到業(yè)務(wù)隔離和安全生產(chǎn)，又需要將它們分隔部署在不同的主機(jī)上。此外，在系統(tǒng)運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)，部分主機(jī)的業(yè)務(wù)運(yùn)行有明顯的忙時和閑時，諸如：轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、渲染服務(wù)器和歸檔遷移服務(wù)器。它們業(yè)務(wù)特點(diǎn)是：業(yè)務(wù)分時段集中運(yùn)行，當(dāng)批量任務(wù)執(zhí)行完成后就會進(jìn)入閑置狀態(tài)，每天這樣的高并發(fā)時間點(diǎn)并不多，故也會造成計(jì)算及I/O資源在個別時段的閑置浪費(fèi)。

3)數(shù)據(jù)中心的軟硬件升級頻率較快，業(yè)務(wù)系統(tǒng)面臨著很大風(fēng)險

不論是“摩爾定律”還是“鐘擺效應(yīng)”，IT設(shè)備的更新?lián)Q代進(jìn)入了一個高頻時代，業(yè)務(wù)系統(tǒng)升級擴(kuò)容時，往往只能選擇最新設(shè)備，然而舊版操作系統(tǒng)可否和新硬件兼容，舊版業(yè)務(wù)軟件可否和新版操作系統(tǒng)兼容，這都是我們必須要面對的問題。這個現(xiàn)實(shí)制約著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。系統(tǒng)固化、缺乏彈性，是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的一大缺陷。

4) 存儲雙網(wǎng)架構(gòu)的使用困難重重

信息化建設(shè)初期，由于LAN+SAN的雙網(wǎng)架構(gòu)可以提供無與倫比的高帶寬和低延遲性能，故深受廣電單位喜愛，廣泛應(yīng)用于節(jié)目制作和媒資系統(tǒng)中。但隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)信息系統(tǒng)的增多，雙網(wǎng)架構(gòu)的集成、設(shè)計(jì)、實(shí)施越來越復(fù)雜，不僅要解決LAN和SAN兩套網(wǎng)絡(luò)的路由問題，還要解決跨SAN島的文件系統(tǒng)互訪問題。此外，SAN文件系統(tǒng)的擴(kuò)容也并不是輕而易舉且絕對安全的，近年來SAN文件系統(tǒng)擴(kuò)容失敗導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的問題也有發(fā)生。因此,LAN+SAN的方案雖然適合局部建設(shè)高性能業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但卻不宜在數(shù)據(jù)中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)全臺業(yè)務(wù)的整合。

5)分級存儲系統(tǒng)的隔代兼容問題開始凸顯

在廣電數(shù)據(jù)中心中，通常使用歸檔系統(tǒng)進(jìn)行視音頻資料的長期存儲。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用數(shù)據(jù)流磁帶庫作為近線存儲的主要設(shè)備。目前主流的磁帶機(jī)是LTO5類型的，其已經(jīng)無法讀取LTO2規(guī)格的磁帶了。隨著下一代LTO6磁帶機(jī)的出現(xiàn)，新帶機(jī)無法讀取老磁帶的問題將更加突出。部分信息化建設(shè)較早的單位存在較多的LTO3及LTO2磁帶，屆時老款磁帶機(jī)一旦損壞，那么老介質(zhì)中的數(shù)據(jù)也將無法讀取。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心所存在問題還有很多，那么遇到問題后，如何去化解呢？新一代廣電數(shù)據(jù)中心該如何建設(shè)呢？這將是下面要討論的問題。

新一代廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)要點(diǎn)

為了保證廣電業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，消除系統(tǒng)瓶頸，提升管理水平，需要設(shè)計(jì)全新一代的廣電數(shù)據(jù)中心。其和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比，具有IT資源自由調(diào)度，業(yè)務(wù)系統(tǒng)靈活擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)融合高速通信，以及存儲統(tǒng)一管理和節(jié)能減排等特點(diǎn)。在具體實(shí)踐中需要考慮以下幾點(diǎn)：

建設(shè)動態(tài)數(shù)據(jù)中心

前文中提到，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心面臨管理復(fù)雜，資源利用不充分，系統(tǒng)固化缺乏彈性等問題。那么新一代廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)思想一定是動態(tài)靈活。

在當(dāng)前的歷史時期下，“云計(jì)算”已經(jīng)成為信息技術(shù)中最為引人關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，關(guān)于云計(jì)算到底是什么，卻是百家爭鳴眾說紛紜。這里我們不想給云計(jì)算下定義，而是想借助云計(jì)算的思想去解決廣電數(shù)據(jù)中心的問題。云計(jì)算的思想是：像用水用電一樣的使用計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲資源。資源調(diào)用完全靈活且按需分配。為了實(shí)現(xiàn)資源的池化、以及靈活調(diào)度，需要借助虛擬化技術(shù)。虛擬化工具(Hypervisor)將硬件資源切分為成若干個區(qū)域，通過在小區(qū)域內(nèi)運(yùn)行虛擬機(jī)（參見圖1）來實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)在同一硬件平臺上的整合。

采用虛擬化技術(shù)后，業(yè)務(wù)與計(jì)算平臺得以分離，業(yè)務(wù)可以運(yùn)行在指定的虛擬機(jī)上，虛擬機(jī)可以運(yùn)行在指定的服務(wù)器上，這就實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的靈活規(guī)劃和彈性部署。同時，計(jì)算資源的顆粒度較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心更小，在一臺服務(wù)器上可以同時運(yùn)行多個應(yīng)用，既實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)隔離又提升了服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，使得業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行更加高效，系統(tǒng)建設(shè)也簡單了很多。

同時，虛擬化技術(shù)可以解決軟件與硬件的版本兼容性問題。虛擬化工具可以鋪設(shè)在最新的服務(wù)器硬件平臺上，在其上可以運(yùn)行舊版的操作系統(tǒng)和業(yè)務(wù)軟件。當(dāng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要升級到新硬件上時，可以將舊硬件上的虛擬機(jī)，在鋪設(shè)完虛擬化工具的新服務(wù)器硬件上啟動并運(yùn)行，無須進(jìn)行業(yè)務(wù)軟件的移植和升級，這使得業(yè)務(wù)系統(tǒng)的升級更加安全可靠，風(fēng)險更低。

此外，利用虛擬化技術(shù)的動態(tài)遷移，高可用以及負(fù)載均衡等高級特性，可以改善數(shù)據(jù)中心的生態(tài)環(huán)境，使得資源的使用更具靈活性。同時虛擬化工具為不同的基礎(chǔ)模塊（如：數(shù)據(jù)庫、中間件、文件共享）提供了統(tǒng)一的系統(tǒng)管理方法，減輕管理員的運(yùn)維負(fù)擔(dān)，減少了運(yùn)維人員的數(shù)量，大大降低了數(shù)據(jù)中心的管理成本。

動態(tài)遷移功能可以在不間斷業(yè)務(wù)的情況下，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)在不同服務(wù)器上的轉(zhuǎn)移，基本沒有計(jì)劃內(nèi)停機(jī)。虛擬化動態(tài)遷移功能為建設(shè)動態(tài)數(shù)據(jù)中心提供了很好的工具。如圖2所示。

圖2 操作系統(tǒng)動態(tài)遷移示意圖

圖3 虛擬化平臺高可用示意圖

同時，采用虛擬化的高可用特性后，當(dāng)宿主服務(wù)器宕機(jī)后，高可用功能可以將已宕機(jī)服務(wù)器上的虛擬機(jī)自動在其他負(fù)載較低的服務(wù)器上啟動，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動恢復(fù)。較強(qiáng)的系統(tǒng)自愈能力，也是動態(tài)數(shù)據(jù)中心的一大特性。如圖3所示。

使用虛擬化技術(shù)，可以整合非板卡類應(yīng)用，如：輕量級數(shù)據(jù)庫、中間件服務(wù)，視音頻轉(zhuǎn)碼、技審服務(wù)，策略服務(wù)，全文檢索服務(wù)，編目檢索，新聞稿件，簡單音視頻剪輯等。而對于高清非編、有卡播出、GPU渲染，以及收錄采集等需要專業(yè)板卡支持的應(yīng)用，仍然采用物理機(jī)進(jìn)行部署。因此新一代的廣電數(shù)據(jù)中心不會是完全虛擬化的格局，而是一個虛實(shí)結(jié)合的信息系統(tǒng)。

綜上，在傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)中融入云計(jì)算思想和虛擬化技術(shù)，動態(tài)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)將初步形成，在該架構(gòu)中虛擬化服務(wù)器主要完成大量無卡應(yīng)用的整合，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的最大化利用。同時，對于無法進(jìn)入虛擬化環(huán)境的有卡應(yīng)用，可以使用物理服務(wù)器集群和圖形工作站集群承載，形成對虛擬化環(huán)境的補(bǔ)充。如圖4所示。

網(wǎng)絡(luò)融合與高速通訊

傳統(tǒng)廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)適逢千兆以太網(wǎng)普及的年代，單位內(nèi)已經(jīng)建立起了一套成熟的通訊網(wǎng)絡(luò)，部分單位還構(gòu)建了匯聚層甚至核心層的多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。但為了實(shí)現(xiàn)高清制播，業(yè)務(wù)系統(tǒng)仍然要采用LAN+SAN的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。雙網(wǎng)架構(gòu)固然性能優(yōu)異，但日常運(yùn)維卻十分復(fù)雜，前文也曾提到過。

圖4 動態(tài)勢據(jù)中心拓?fù)鋱D

新一代廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)正處于以太網(wǎng)絡(luò)全面提速的歷史時期，隨著10Gb以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的全面成熟和統(tǒng)一，萬兆網(wǎng)絡(luò)正在得到快速普及。由于萬兆以太網(wǎng)的速度提升明顯，且延時控制較好，故無需組建LAN+SAN的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而采用LAN的單網(wǎng)結(jié)構(gòu)即可滿足業(yè)務(wù)要求。雙網(wǎng)變單網(wǎng)，形成業(yè)務(wù)通訊、存儲訪問以及安全控制的融合網(wǎng)絡(luò)將是新一代廣電數(shù)據(jù)中心的又一建設(shè)要點(diǎn)。

1) 建設(shè)高速互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)

為了適應(yīng)廣電數(shù)據(jù)中心在今后5~10年的發(fā)展，主干及分支網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)具備一定的領(lǐng)先性。新一代廣電數(shù)據(jù)中心的總體架構(gòu)按照網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖5所示。

接入層內(nèi)部的輕I/O主機(jī)依然采用性價比出色的千兆電纜作為接入方案，對于遷移服務(wù)器等對網(wǎng)絡(luò)I/O使用較多的主機(jī)，可嘗試采用10G-Base-T的萬兆電纜作為接入方案。對于接入層到匯聚層，匯聚層到核心層，則需要選擇萬兆光纜的高速通信方案?？紤]到全臺數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都需要納入骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換，則核心層交換機(jī)應(yīng)盡量支持40GE的高速互聯(lián)通道，保障高清視頻文件在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的高速遷移。上行鏈路的設(shè)計(jì)可采用ECMP等價路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的全負(fù)載均衡，ECMP即為到達(dá)同一個目的IP或者目的網(wǎng)段存在多條Cost值相等的不同路由路徑，當(dāng)設(shè)備支持等價路由時，發(fā)往該目的IP或者目的網(wǎng)段的三層轉(zhuǎn)發(fā)流量就可以通過不同的路徑分擔(dān)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，并在其中某些路徑出現(xiàn)故障時，由其它路徑代替完成轉(zhuǎn)發(fā)處理，實(shí)現(xiàn)路由冗余備份功能。

2) 多協(xié)議的融合，多業(yè)務(wù)的融合

圖5 新一代廣電數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

廣電數(shù)據(jù)中心是一個綜合網(wǎng)絡(luò)，其涵蓋了不同業(yè)務(wù)的通訊，如：控制信令、消息傳遞、設(shè)備管理、存儲訪問、數(shù)據(jù)遷移等。在新一代數(shù)據(jù)中心中，雙網(wǎng)變單網(wǎng)，業(yè)務(wù)邏輯與存儲訪問進(jìn)行了融合，其全部在骨干網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行交換，其對網(wǎng)絡(luò)整體吞吐能力提出了苛刻要求。在這張大網(wǎng)中將運(yùn)行TCP/UDP，iSCSI ，RDMA，F(xiàn)TP，http等多種協(xié)議。為了使業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需要針對不同的業(yè)務(wù)及訪問協(xié)議，進(jìn)行嚴(yán)格的IP地址規(guī)劃，避免相互間的干擾。

如圖5所示，雙網(wǎng)融合為單網(wǎng)后，中心存儲體將架設(shè)在核心層和匯聚層。為了不影響其他業(yè)務(wù)的正常通訊，對于IP存儲主機(jī)通道的接入網(wǎng)口應(yīng)在以太交換機(jī)上劃分VLAN，以隔離廣播。同時，在主機(jī)訪問存儲時，最好采用獨(dú)立的以太網(wǎng)通道，避免和其他元數(shù)據(jù)通訊共用同一網(wǎng)口，以避免大流量文件訪問時，增加網(wǎng)絡(luò)端口延遲，造成數(shù)據(jù)庫及WEB通訊的卡滯。

新型存儲與統(tǒng)一存儲

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中采用數(shù)據(jù)流磁帶作為大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲的高性價比解決方案，但正如前文所述，數(shù)據(jù)流磁帶的隔代支持不好，新設(shè)備無法讀取舊磁帶的問題已經(jīng)開始顯現(xiàn)。那么在新一代廣電數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，如何去化解此問題呢。

圖6 RDX存儲介質(zhì)及驅(qū)動器

隨著存儲技術(shù)發(fā)展，一種新型存儲開始流行，被稱為可移動盤的存儲技術(shù)（RDX）。RDX的外觀和尺寸和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流磁帶相近。內(nèi)部采用低轉(zhuǎn)速硬盤作為存儲介質(zhì)。RDX存儲體可以實(shí)現(xiàn)RDX介質(zhì)的離線保管，這就意味著RDX存儲體內(nèi)可以不斷補(bǔ)充新的RDX介質(zhì)。RDX磁盤匣采用耐磨性設(shè)計(jì)，具有防震功能，為數(shù)據(jù)和安全處理提供最大的保護(hù)。其向前與向后的兼容性允許用戶按照需求升級至更高的容量，這意味著今后推出更高容量的RDX磁盤匣也同樣能夠在現(xiàn)有的RDX系統(tǒng)中操作和使用。如圖6所示。

RDX存儲體的接口采用iSCSI，遷移服務(wù)器可以通過iSCSI initiator連接到RDX設(shè)備，像使用數(shù)據(jù)流磁帶機(jī)一樣使用RDX存儲體。因此，RDX和歸檔系統(tǒng)的對接也無需改變。

除了RDX可移動存儲技術(shù)外，統(tǒng)一存儲以及融合存儲的出現(xiàn)也在沖擊著傳統(tǒng)磁帶歸檔存儲系統(tǒng)。除了在同一存儲體上融合iSCSI，NAS和FCoE等多種文件訪問協(xié)議外，部分存儲廠家開始集成面向?qū)ο蟮拇鎯夹g(shù)。這種面向?qū)ο蟮拇鎯夹g(shù)，一方面具有NAS的文件共享機(jī)制，另一方面也兼顧了SAN的高效塊級訪問機(jī)制，同時它具有超大的統(tǒng)一命名空間十分適宜進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲。隨著存儲技術(shù)的發(fā)展，硬盤容量越做越大，性價比越來越好，部分面向?qū)ο蟮拇鎯w還集成了數(shù)據(jù)流動功能和磁盤睡眠功能，長期歸檔的冷數(shù)據(jù)會流動到低轉(zhuǎn)速可睡眠的磁盤上，每GB的存儲成本大大降低，數(shù)據(jù)長期存儲的管理成本也大大下降。

在新一代廣電數(shù)據(jù)中心中采用新型存儲或統(tǒng)一存儲，不僅可以解決數(shù)據(jù)流磁帶隔代兼容的問題，同時，由于沒有機(jī)械部件的移動及磁帶卷帶等操作，存儲遷移的效率以及設(shè)備的使用壽命都將優(yōu)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流磁帶庫。

結(jié)束語

新一代廣電數(shù)據(jù)中心具備動態(tài)靈活、網(wǎng)絡(luò)融合以及統(tǒng)一存儲的特點(diǎn)，它將為廣電業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供更高效的基礎(chǔ)設(shè)施。在未來的工作中，我們將會不斷摸索和實(shí)踐，建設(shè)并利用好新一代廣電數(shù)據(jù)中心，將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，努力提升本單位的競爭力和可持續(xù)發(fā)展的能力。