虚拟化技术在电台音频灾备系统中的应用

何文宇

【摘要】为确保音频自动化播出系统的播出安全，绝大多数广播电台都会进行冗余备份系统的建设。部署与主系统完全相同的备份系统固然可以获得很大的安全保障，但是也带来昂贵的设备投入；并且，播出故障的偶发性和备份系统的角色使得备份设备使用效率很低。本文探讨将虚拟化技术应用到电台音频播出灾备系统中，通过虚拟化技术，达到以最小化的成本来实现安全应用的目标。

【关键词】音频播出灾备系统 虚拟化技术

一. 引言

目前，音频自动化播出系统已经在大多数广播电台中投入使用。一方面，数字化、网络化技术为广播电台的节目采集、制作和播出提供了极大的便利，另一方面，数字系统故障的隐蔽性和不确定性，也为电台的安全播出造成很大的风险。安全问题其实自计算机诞生之日起就一直存在，比如数据安全、系统安全、应用安全等等，备份就是其中一种保障安全的重要措施。2009年起，我台开始提出技术灾备的概念，把预防和应对重大技术故障与电台安全播出保障工作提高到防灾的高度，按照投资少、效率高、技术简单的原则着手建设一套独立而并行于现有播出系统的在线灾备系统。在原有主备设施完整的音频自动化播出系统外新增设一套音频播出灾备系统，复制与主系统完全相同的备份系统固然可以获得很大的安全保障，但是也带来昂贵的设备投入，而且计算机设备升级换代迅速，投入大量设备做备份，使用效率和投资回报率都很低。如何以最小化的成本来实现安全应用的目标，成为我们重点研究考虑的问题，而虚拟化技术的发展和推广应用，为我们提供了一种新的思路。

二. 虚拟化技术简介

虚拟化简单来讲是一种从逻辑角度出发的资源配置技术，与传统IT技术比较，虚拟化技术可以动态调度资源，提升资源利用率；提高服务可用性和应用兼容性；降低IT基础设施运营成本和能耗，加速应用部署。正是上述特点，使得虚拟化技术得到越来越广泛的应用，目前比较成熟的几种虚拟化技术有：

1. 服务器虚拟化

服务器虚拟化能通过区分资源的优先次序，随时将服务器储备资源分配给最需要的工作负载来简化管理和提高效率。通过服务器虚拟化技术，用户可以动态启用多个虚拟机，来充分发挥服务器的硬件性能，提高运营效率。服务器虚拟化通常使用两类虚拟化技术，一类是全面硬件仿真系统。此方案模仿物理服务器的本地硬件平台，用于每个虚拟机。在磁盘上，每个虚拟机完全与其他虚拟机独立，各自拥有完整的一套操作系统和所有必要的应用软件。而另一种技术使用基于主机的虚拟化技术。根据这种设计，主机操作系统的一个实例支持多个虚拟操作系统实例，同一个主机操作系统的内核在进程级别处理虚拟服务器的I/O和调度需求。

2. 存储虚拟化

存储虚拟化是将多个存储模块统一在一个逻辑存储池中管理起来，从主机和工作站的角度，看到的不是多个硬盘，而是一个分区或者卷，为使用者提供大容量，高数据传输性能的存储系统。虚拟存储的特点是能提高存储系统整体访问带宽；为存储资源管理提供了更好的灵活性和扩展性，保障了用户以往的投资。实现方式可以通过软件或硬件，实现基于主机、基于存储器或基于网络的虚拟存储。RAID、NAS、SAN到当前的云存储，都是存储虚拟化技术发展的产物。

3. 网络虚拟化

网络虚拟化是抽象从物理网络元素中分离网络流量的一种方式。既可以通过纵向分割使得不同子网相互隔离，但可在同一网络上访问自身应用，实现了将物理网络进行逻辑纵向分割虚拟化为多个网；也可以将多个网络节点进行横向整合，虚拟化成一台逻辑设备。虚拟化整合后的设备组成了一个逻辑单元，在网络中表现为一个网元节点，管理和配置简单化，可跨设备链路聚合，极大简化网络架构，同时进一步增强冗余可靠性。

4. 应用虚拟化

应用虚拟化是把应用对底层系统和硬件的依赖抽象出来，从而解除应用与系统和硬件的耦合关系。应用程序运行在本地的应用虚拟化环境中，屏蔽了底层可能与其它应用产生冲突的内容，简化了应用程序的部署和升级。

三. 灾备系统设计与实现

1. 灾备网络设计

灾备系统的作用，是在主备播出系统都出现故障，无法提供服务的情况下，迅速方便的启动，恢复正常播出业务。考虑到主备播出系统会尽快恢复，灾备系统不会长期在线运行的特点，因此在我台音频灾备系统的设计上，我们不考虑为音频制作提供支持服务，就是当灾备系统运行时，我们只保证各频道播出工作站的正常播出，音频网内无法进行音频的制作、编排和上传工作。

因此，在灾备网络设计上，我们使用了主备两台光纤交换机作为音频网核心交换机的备份设备，灾备交换机上不再划分VLAN。灾备网络只预留每个直播室播出站的接口以及机房播出服务器接口，不再连接其它接入层交换机。万一音频网络瘫痪，直播室第一时间切换到本地播出，然后人工将各服务器和网络播出工作站的光纤跳接到灾备交换机上，由灾备网络提供网络服务，达到简单快速响应的应急效果。灾备网络拓扑如图1。

2. 灾备存储设计

目前我台音频自动化播出系统主要由服务器直连阵列柜的模式构成，主备两套服务器加阵列柜构成一套播出系统。各频道之间的播出服务器和数据存储相对独立。这种做法结构简单，实施起来相对容易，相互影响少，但是各服务器磁盘空间无法共享，造成磁盘空间的利用率较低。无法动态调配空间。数据分散存储，也使得备份更加复杂，不利于数据的管理。

为提高存储空间的利用和管理安装的效率，以及从节约成本角度考虑，在灾备系统中，我们采用了Microsoft iSCSI Software Target 结合Windows Storage Server的IP SAN解决方案。iSCSI是通过IP网络，将SCSI区块数据转换成网络封包的一种传输标准，它和NAS一样通过IP网络来传输数据，但在数据存取方式上，则采用与NAS不同的，而与FC-SAN 相同的Block Protocol协议。IPSAN基于以太网技术，设置配置的技术简单、普通服务器或PC机只需要具备网卡，即可共享和使用大容量的存储空间。 由于使用标准的TCP/IP协议，数据可在以太网上进行传输，不需要专门的光纤通道网络，对于那些要求流量不太高的应用场合以及预算不充足的用户，是一个非常好的选择。

存储空间的创建、分配和访问控制由iSCSI Software Target软件实现。按照音频播出系统各阵列的实际空间大小划分出多个虚拟磁盘，虚拟磁盘空间大小将来可以随时扩展。创建通过IP地址访问的iSCSI目标，并将虚拟磁盘分配给对应的iSCSI目标。iSCSI目标使得其它设备可以通过IP地址访问这些虚拟磁盘空间，当作本地磁盘使用。iSCSI Software Target软件部分管理使用界面如图2。

我们分别创建了连接灾备服务器和音频播出系统备份服务器的iSCSI目标。在音频播出系统正常运作时，将这些虚拟磁盘空间分配给备份服务器iSCSI目标。备份服务器挂接该iSCSI目标，将音频数据备份到虚拟磁盘空间上。当要切换到容灾系统时，只需要将虚拟磁盘分配给灾备服务器iSCSI目标，不需要进行数据同步，灾备服务器就能直接访问该虚拟磁盘，使用最新的音频数据进行播出。通过简单将虚拟磁盘分配给不同的iSCSI目标，我们就能达到数据简单快速在音频播出系统和灾备系统之间的切换。

3. 灾备服务器设计

在灾备服务器设计上，我们利用服务器虚拟化技术，采用一台高性能服务器，在Windows Server 2008上运行Hyper-V，分别按照各频道的播出服务器，建立对应的虚拟服务器，配置相同的机器名、IP地址等。虚拟机可以进行复制、迁移等操作，相比于物理服务器的安装过程，这种方式更加方便快捷，统一的管理界面也减轻了技术人员配置、维护的复杂度。音频播出系统某套服务器发生故障时，直播室第一时间切换到本地播出，然后人工将网络播出工作站的光纤跳接到灾备交换机上，立刻启动灾备系统对应虚拟服务器，挂接对应的虚拟磁盘空间，就能恢复正常播出。由于虚拟服务器搭建方法比较简单，不再进行详述。

四. 小结

我台这套应用了虚拟化技术的音频灾备系统，保持了播出系统的原有架构，投资较少，简单易行，合理的整合了存储数据资源，提高了硬件设备的使用效率，降低了技术人员应急维护的复杂度，很好的成为了保障我台音频系统安全播出的一个补充。出于对成本和系统重要性等因素的考虑，本系统采用的技术和设备，在安全级别和性能指标上无法与其它对安全有更高要求的灾备系统相比较。本文只是抛砖引玉，提出一种将虚拟化技术和安全播出结合起来的思路，以供广大同业人员参考。