陜西廣播電視臺高清制作網中心存儲系統(tǒng)架構及應用

陳崢嶸

（陜西廣播電視臺，陜西 西安 710061）

陜西廣播電視臺高清制作網為后期節(jié)目制作及全臺網一體化文件送播發(fā)揮了極大作用。其中，中心存儲系統(tǒng)發(fā)揮了極其重要的作用。筆者僅就網中采用EMC isilon X400存儲平臺的中心存儲系統(tǒng)的基本架構、特點，以及運行中的問題進行闡述。

1 中心存儲系統(tǒng)的架構

1.1 系統(tǒng)架構

高清制作網的中心存儲系統(tǒng)以EMC isilon X400存儲平臺為核心架構，如圖1所示，共用了8個節(jié)點，存儲空間共計288 TB（每個節(jié)點存儲36 TB），每節(jié)點24 GB高速NVRAM（Non-Volatile Random Access Memory），非易失性隨機訪問存儲器）。安全機制采用6+2:1，具有很高的安全級別，在1個節(jié)點損壞，或者2塊硬盤（2塊硬盤處于不同節(jié)點）同時損壞時，仍然能確保數據不被損壞和丟失。

8個節(jié)點通過16根（每節(jié)點2根）20 Gb/s銅纜連接到in fi niband（多并發(fā)鏈接的“轉換線纜”技術）接口，將8個節(jié)點進行互連互通，形成一個完整的存儲系統(tǒng)。通過16根萬兆光纖接入2臺核心交換機，8個節(jié)點共享16個IP地址，這16個IP地址形成存儲IP地址池，制作系統(tǒng)采用域名方式統(tǒng)一訪問存儲，客戶端的訪問請求由存儲進行負載均衡。

該系統(tǒng)為高清制作網40臺高清編輯站點提供超過2 800 MB/s的讀寫帶寬（每節(jié)點穩(wěn)定帶寬理論值500 MB/s，總穩(wěn)定帶寬理論值約為4 000 MB/s），可以實現4 0站點4路高清視音頻（100 Mb/s，MPEG2 I-frame格式）的實時編輯。

1.2 EMC isilon X400主要性能及特點

EMC isilon X400存儲平臺的軟硬件構成如圖2所示。

（1）OneFS操作系統(tǒng)簡單易用

EMC isilon X400硬件平臺采用OneFS操作系統(tǒng)，操作簡單方便，便于監(jiān)控和管理；界面統(tǒng)一，直觀友好。

（2）提供單一命名空間，使用管理方便

EMC isilon的存儲平臺采用集群存儲系統(tǒng)架構，可以智能地分類存儲不同的數據資源，并將為這些數據資源創(chuàng)建一個集中化的共享虛擬存儲池，可提供超過20 PB的全局單一的命名空間。全局單一命名空間使前端編輯人員、使用人員直接對虛擬資源池進行讀寫和管理，而無需考慮數據在存儲設備中的存放模式。與傳統(tǒng)的NAS（Network Attached Storage，網絡附屬存儲）系統(tǒng)相比，簡化了海量數據存儲和管理的復雜性；另外，單一命名空間其容量近乎無限擴大，突破了以前廣電用戶所要面臨的32 bit操作系統(tǒng)單一目錄不能超過2 TB的限制，為大容量高清視頻文件的存儲帶來了空間。

（3）橫向擴展，性能和容量隨集群規(guī)模二維增長

傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)是Scale-up（縱向擴展）的單個存儲設備，向更強大的CPU、內存、通道及其他設備擴展的方式，而EMC isilon存儲平臺則不同（見圖3），采用Scale-out（橫向擴展）技術，通過infiniband技術將一個個獨立的存儲設備采用搭積木的方式聚合成一個集群式存儲系統(tǒng)；同時，提供IP-SAN（Storage Area Network，存儲局域網絡）訪問連接和NAS數據使用方式，其存儲性能和容量可以按需進行動態(tài)擴展，來滿足不斷增長的存儲容量和性能的需求。

圖2 EMC isilon X400存儲平臺的軟硬件構成

EMC isilon集群存儲系統(tǒng)可以為用戶提供如下好處：打破傳統(tǒng)存儲架構的擴展限制，容量可超過20 PB，同時可以保證存儲系統(tǒng)容量和性能的均衡，很好地滿足廣電用戶未來隨業(yè)務增長所帶來的對海量數據存儲空間和帶寬的需求；避免由于用戶需求的不斷增長而帶來的數據遷移問題，可隨業(yè)務需求變化而動態(tài)調整資源，其帶寬、處理能力和存儲容量都可以實時調整和擴展；所有擴容操作均可以在線進行，無須中斷正常執(zhí)行的應用。

（4）集成的數據保護、容錯機制，實現更高的數據安全性

大多數存儲系統(tǒng)都采用RAID（Redundant Array of Independent Disks，獨立冗余磁盤陣列）技術。傳統(tǒng)的RAID技術在過去很長一段時期中能滿足需求，提供單個磁盤驅動器發(fā)生故障時的數據保護。隨著廣電用戶不斷增加的海量存儲需求，磁盤的面密度以將近100%的復合年增長率在提升，但是磁盤驅動器的可靠性和性能并沒有同步提高，而且由于大容量磁盤需要更長的RAID重建時間，極大地增加了同時發(fā)生幾個磁盤故障的可能性，數據丟失的風險不可小視。再者，傳統(tǒng)的RAID技術無法給整體存儲性能帶來明顯的提升。

EMC isilon集群存儲采用優(yōu)于傳統(tǒng)RAID技術的統(tǒng)一數據保護方式，即OneFS采用的核心技術FlexProtect，基于可靠的數學模型，利用 Reed-Solomon 編碼提供冗余和可用性。FlexProtect可以提供針對最多四個同時發(fā)生的全節(jié)點或單個驅動器的故障的保護，并且在群集規(guī)模擴展時，實現更短的單個故障的重新構建時間。

圖3 EMC isilon存儲架構與傳統(tǒng)存儲方式的比較

圖4 節(jié)點狀態(tài)監(jiān)控

圖5 單個節(jié)點詳細狀態(tài)監(jiān)控

圖6 空間訪問管理

FlexProtect還提供了特定于文件的保護功能，可以為單個文件（更常見的是某個目錄）提供特定的保護級別，并按照與數據或工作流的重要性級別分別保護文件系統(tǒng)的不同部分，即關鍵數據可以獲得更高的保護級別，而不太關鍵的數據可以獲得較低的保護級別。這為存儲管理員提供了非常精確的保護/容量權衡，可針對群集擴展和工作流實施動態(tài)調整。

2 系統(tǒng)的運行及維護

2.1 服務器及編輯站點配置

高清制作網中，除數據庫服務器的操作系統(tǒng)為redhat外，其余均為windows操作系統(tǒng)，通過映射網絡路徑腳本，對中心存儲空間進行訪問。

2.2 運行維護

isilon X400使用基于web的管理界面的中心控制臺，實現對存儲空間的系統(tǒng)設置，實時監(jiān)測全部節(jié)點及單個節(jié)點的性能、空間利用率、配額等具體使用信息（見圖4、圖5），并適時地對磁盤進行檢測、復制作業(yè)等管理操作。

isilon X400為windows客戶端提供基于SMB協(xié)議的空間訪問管理。該系統(tǒng)中，X400對外提供兩個共享目錄，供后期制作系統(tǒng)和系統(tǒng)測試使用，相關配置參數如圖6所示。

OneFS操作系統(tǒng)，界面友好，管理維護方便，大大減輕了技術人員的運維工作。

3 總結

EMC isilon X400存儲平臺在具有大容量存儲的同時，還具備高帶寬能力，這是電視后期制作網最為看重的一點，特別是隨著高清制作業(yè)務的普及，數據讀寫量大為增加：單軌高清約為標清的2倍；4軌實時編輯，數據讀取帶寬是標清系統(tǒng)的8倍。

陜西廣播電視臺高清制作網的中心存儲系統(tǒng)采用了8節(jié)點EMC isilon X400存儲平臺，通過16根萬兆光纖接入核心交換機，理論上能夠提供約為4 000 MB/s穩(wěn)定帶寬，遠高于40站點4軌高清視音頻文件實時的讀取帶寬（約2 800 MB/s）。同時，OneFS管理便捷性、大容量、高帶寬、極高的安全機制都為制作網的高效、安全運行提供了很好的技術保障。

高清制作網建成到現在已經運行超過四年，EMC X400中心存儲系統(tǒng)目前實際使用空間率超過50%，運行高效、安全可靠，讀寫帶寬穩(wěn)定，保障了陜西廣播電視臺的40多個欄目的制作和文件化送播。