基于大容量鏡像NAS存儲結構的設計

鄭 娜，吳 舟，鄭朝亮

(柳州廣播電視臺，廣西 柳州 545006)

基于大容量鏡像NAS存儲結構的設計

鄭 娜，吳 舟，鄭朝亮

(柳州廣播電視臺，廣西 柳州 545006)

針對IP SAN網絡存儲結構的部署與維護，在綜合考慮柳州廣播電視臺業(yè)務發(fā)展和實際需求的基礎上，設計了基于大容量鏡像的NAS存儲結構。結果證明，新的NAS存儲結構簡單，成本低，易于維護，故障排查和處理更迅速，擴展性較高，并且實現(xiàn)了實時同步與快速切換的主備高可用存儲，確保了節(jié)目流程中數(shù)據(jù)的安全性。

IPSAN; FCSAN; NAS; 網絡存儲結構; 交叉?zhèn)浞?/p>

在早些年諸多網絡存儲結構中，存儲區(qū)域網絡(Storage Area Network，SAN)結構作為低延時高性能的代表，一直是柳州廣播電視臺搭建非線性編輯網絡的唯一選擇。但由于存儲間鏡像技術的不成熟，無論是最初的IP SAN[1]還是后來的FC SAN都未能設置備份方案[2]。雖然近幾年存儲設備的品質和穩(wěn)定性都有了大幅提高，但一旦數(shù)據(jù)存儲出現(xiàn)意外，維修并重新上線需要的時間依然過長，必然會影響節(jié)目的制作和播出，甚至有可能造成播出事故。為了保障節(jié)目生產流程中數(shù)據(jù)的持續(xù)可用性，確保節(jié)目按時完成，實現(xiàn)安全播出，能夠實現(xiàn)實時同步與快速切換的主備高可用存儲是非常有必要的。

1 設計思路

近年來，隨著網絡存儲技術的高速發(fā)展， SAN結構與新興的NAS[3]結構都能滿足柳州廣播電視臺非線性編輯網絡的需求。在具體的結構對比上，SAN形式的存儲結構雖然性能稍好，但由于軟硬件原因，采購成本過高且網絡結構復雜，維護難度較高。而純以太網的NAS存儲結構的硬件部署成本相對FCSAN而言要低不少，即使與IPSAN相比也能節(jié)省一筆可觀的集群文件系統(tǒng)的費用，并且NAS存儲結構簡單，部署與維護較為容易，擴展性較高。因此本次升級柳州廣播電視臺決定選用優(yōu)勢更為明顯的NAS存儲系統(tǒng)。

柳州廣播電視臺對新的數(shù)據(jù)存儲有3個基本要求：一是要能提供高性能大容量的數(shù)據(jù)存儲空間；二是界面直觀、操作簡單、易于維護；三是必須有實時同步的主備存儲設備來保障數(shù)據(jù)安全。

新部署的NAS存儲設備選用了德拓(DATATOM)的NEUTRINO視頻專用磁盤陣列[4]，每臺磁盤陣列可配置24塊3.5 in(1 in=2.54 cm)的企業(yè)級SATA硬盤，每塊硬盤容量為3 Tbyte，總容量接近60 Tbyte。底層系統(tǒng)基于Linux定制開發(fā)，增強了存儲及管理功能，通過網頁進行管理，更加直觀明了，操作便捷，并且占用系統(tǒng)資源較少，穩(wěn)定性更高。每臺德拓存儲設備均采用了RAID5+熱備的組合，在大部分環(huán)境下可允許2塊硬盤相繼損壞，提升了數(shù)據(jù)的可靠性。

在存儲間實時備份方面采用了互為主備的交叉?zhèn)浞莘绞健?臺存儲互為主備，同時對外提供數(shù)據(jù)共享服務，每臺存儲可提供510 Mbit/s以上的穩(wěn)定帶寬，2臺則可提供1 020 Mbit/s以上的穩(wěn)定帶寬，按照標清標準每臺非編站點4層25 Mbit/s碼率計算的話，可支持80臺站點同時進行編輯，未來亦能滿足一定量的高清制作。交叉?zhèn)浞莘绞降膽貌粌H實現(xiàn)了實時備份，也實現(xiàn)了存儲系統(tǒng)的負載均衡，壓力分流。當一臺存儲出現(xiàn)故障時，可以手動將數(shù)據(jù)共享服務切換到另一臺儲存上，5分鐘內即可恢復正常工作，并能保證故障前數(shù)據(jù)的完整性，最大程度確保節(jié)目的制作時間，保障節(jié)目的按時制作完成。

柳州廣播電視臺現(xiàn)有的2個非編網均部署了1套主備NAS存儲系統(tǒng)，每套系統(tǒng)包含2臺NEUTRINO視頻專用磁盤陣列，2臺萬兆以太網交換機。兩網合計非編站點77臺。整個網絡結構如圖1所示。

2 基于大容量鏡像NAS存儲結構的優(yōu)勢

隨著信息技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)以獨立服務器為中心的存儲方式已不能滿足日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務的需要，因此以SAN結構為代表的網絡存儲架構開始進入人們的視線。SAN結構克服了傳統(tǒng)存儲的諸多缺陷，實現(xiàn)了大容量的網絡存儲

與高性能的數(shù)據(jù)共享，這也是現(xiàn)在SAN系統(tǒng)仍在流行的重要原因。但是SAN結構也有部署成本高、結構復雜、故障排查和修復耗時較長等不利因素。隨著近幾年軟硬件技術的不斷進步，另一種網絡存儲架構NAS開始展現(xiàn)其優(yōu)勢，NAS結構不僅擁有SAN結構大容量高性能的特點，并且非常簡單靈活，部署與升級方便，故障排查與處理更迅速。對比NAS結構的優(yōu)勢和參考柳州廣播電視臺近10年來SAN結構的使用情況，最終選擇了NAS存儲結構，并對其進行了一些優(yōu)化。

2.1 數(shù)據(jù)安全

在SAN存儲系統(tǒng)中，多站點同時訪問數(shù)據(jù)依賴于集群文件系統(tǒng)，因此集群文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)服務器MDC/MDS是非常關鍵的節(jié)點，一旦出現(xiàn)故障，客戶端將無法獲取數(shù)據(jù)的具體存放位置，從而導致整個存儲系統(tǒng)癱瘓。在基于光纖線路的SAN存儲系統(tǒng)中，由于增加了光纖線路和光纖交換機等額外設備，故障節(jié)點和排查難度也相應上升。而NAS存儲完全基于以太網絡，網絡結構簡單，基礎設備較少，因此故障點和故障幾率更低。

在數(shù)據(jù)存儲方面，原有的SAN存儲采用的是RAID5+熱備的方式，數(shù)據(jù)安全有一定保障。而新部署的NAS存儲在RAID5+熱備的基礎上，還增加了存儲間的1∶1備份，進一步提高了數(shù)據(jù)的安全性，可以有效避免單臺存儲故障造成的影響，將業(yè)務停頓和數(shù)據(jù)丟失的風險降到最低。存儲互為備份如圖2所示。

圖2 存儲互為備份(截圖)

2.2 存儲性能

每臺NEUTRINO視頻專用磁盤陣列內置有24 Gbyte的高速緩存，數(shù)據(jù)讀寫優(yōu)先通過緩存進行處理，有效提升了整體的性能；內部文件系統(tǒng)采用優(yōu)化過的XFS，降低了系統(tǒng)IO占用，將帶寬全部留給文件讀寫，大大提高了讀寫效率；針對非編系統(tǒng)的特點(讀IO占70%左右，寫IO占30%左右)進行優(yōu)化，非常適合廣電節(jié)目制作環(huán)境；支持萬兆網口和千兆網口混合綁定，不僅提升了對外網絡帶寬，同時還實現(xiàn)了線路冗余，將存儲萬兆網口和千兆網口分別接在2臺不同的交換機上，即使1臺交換機出現(xiàn)問題，正常交換機上的站點到數(shù)據(jù)存儲的鏈路都不會受到影響。

柳州廣播電視臺還在存儲間1∶1備份方面做了一些改進，具體方法是將存儲1和存儲2都等分成2個卷(卷A和卷B)，每個卷30 Tbyte存儲空間，存儲1的卷A和存儲2的卷A做實時同步(鏡像)，由存儲1提供數(shù)據(jù)共享服務，存儲1的卷B和存儲2的卷B做實時同步(鏡像)，由存儲2提供數(shù)據(jù)共享服務，這樣不僅保障了1∶1實時備份，同時也實現(xiàn)了存儲的負載均衡，大幅提高了主備存儲的總性能，因為2臺存儲設備都提供數(shù)據(jù)共享服務，數(shù)據(jù)的讀寫會被分散到不同的存儲設備上。磁盤陣列交叉存儲結構如圖3所示。

圖3 磁盤陣列交叉存儲結構

2.3 故障恢復

原有的SAN存儲系統(tǒng)結構復雜，故障點多，在出現(xiàn)故障時，不僅要檢查存儲系統(tǒng)和集群文件系統(tǒng)，還要查看光纖線路和服務器系統(tǒng)日志，整個過程非常耗時。而NAS結構簡單，只需要查鏈路狀態(tài)和存儲情況，并且NEUTRINO存儲有非常直觀的網頁管理系統(tǒng)，這極大地加快了故障排查速度。管理

系統(tǒng)磁盤狀態(tài)界面如圖4所示。

圖4 管理系統(tǒng)磁盤狀態(tài)界面(截圖)

在原有的SAN架構系統(tǒng)中，由于結構復雜，環(huán)環(huán)相扣、因此不僅故障排查耗時較長，故障修復后往往也需要重啟整個業(yè)務系統(tǒng)，同樣耗時很久，所以任何一次故障都有可能對業(yè)務系統(tǒng)的連續(xù)性運行造成很大影響。而在新的NAS系統(tǒng)中，如果是交換機問題，只需要使用備用交換機替換即可，如果是存儲設備故障，只需要把故障存儲關機，修改正常存儲的IP，再恢復上線即可，5 min內即可完成，不會對正常業(yè)務造成太大的影響。NEUTRINO存儲的IP配置界面如圖5所示。

圖5 NEUTRINO存儲的IP配置界面(截圖)

2.4 平滑過渡

在存儲系統(tǒng)和非編系統(tǒng)升級期間，為了實現(xiàn)平滑過度，采用了新舊兩網同時存在且自由切換的方式。首先將原有SAN磁盤陣列上的數(shù)據(jù)復制到新NAS存儲設備中，考慮到在數(shù)據(jù)復制過程總仍有新數(shù)據(jù)產生，因此使用了差分復制的方式。數(shù)據(jù)復制完后在NAS存儲上模擬了原SAN系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，這樣就實現(xiàn)了SAN系統(tǒng)順利過渡到NAS系統(tǒng)。

在保證了原有的非編網絡正常使用之后，在NAS存儲上劃出了新的存儲區(qū)，同時建立起新的非編網絡，這樣原有非編系統(tǒng)和新建非編系統(tǒng)就同時運行在一套非編網硬件之上。為了實現(xiàn)平滑過渡，開發(fā)了一套軟件，使用者可以在任何一臺站點上自由切換新舊2套系統(tǒng)，這樣不僅保證了舊系統(tǒng)能夠繼續(xù)運行一段時間，同時非編使用者也可以把舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)導入到新系統(tǒng)中去，最終實現(xiàn)了新非編系統(tǒng)順利替代原有非編系統(tǒng)。

3 結束語

自新的NAS數(shù)據(jù)存儲方案完成并投入使用以來，該數(shù)據(jù)存儲方式確保了節(jié)目生產流程中數(shù)據(jù)的持續(xù)可用性，為實現(xiàn)安全播出提供了必要條件，并以操作簡單，易于維護，宕機成本低，得到了一致好評。

[1] 李大恒.基于ISCSI協(xié)議的IPSAN網絡存儲技術研究[D].湖南：國防科學技術大學，2006：1-83.

[2] 孫飛，劉光青，王瑩，等.十堰電視臺播出系統(tǒng)備份和應急措施[J].電視技術， 2013,3(12)：82-85.

[3] 段劍弓.存儲系統(tǒng)NAS和SAN的差異和統(tǒng)一[J].計算機應用研究，2004(12)：94-97.

[4] 陳華英.磁盤陣列RAID可靠性分析[J].電子科技大學學報，2006(3)：117-119.

責任編輯：閆雯雯

【本文獻信息】丁正良，蔣東軍.含山臺綜合視訊業(yè)務系統(tǒng)方案設計與應用[J].電視技術,2015，39(24).

NAS Based on Disk Array Mirroring

ZHENG Na,WU Zhou,ZHENG Chaoliang

(LiuzhouTVStation,GuangxiLiuzhou545006,China)

Considering the development and maintenance of IP SAN network storage system architecture, based on the future and practical needs, a new network storage system architecture NAS is built on disk array mirroring technology. It has the advantages of simple structure, low cost, easy deployment and maintenance, more efficient troubleshooting and handling, high scalability, and it provides real-time data sync, also can switch quickly between two disk arrays, which can ensure the security of program data.

IPSAN; FCSAN; NAS; network storage architecture; backup

TN948

B

10.16280/j.videoe.2015.24.021

2015-07-24