高可用性双机热备技术在新闻制播网络系统中应用

罗蕴军，姚招保

（新余市广播电视台，新余 338000）

1 引言

随着计算机技术快速发展，新技术的变革给传统广播电视台的业务流程带来质的改变。新闻制播网络在电视节目制作中应用越来越广泛，对新闻制播网的安全性和稳定性也提出了更高的要求。

数据库系统是网络系统的核心，用于管理系统中相关控制信息和所有元数据信息，承担了整个新闻制播网络系统的对资料访问、用户权限验证等多方面的请求处理压力。一旦数据库系统崩溃、数据丢失，新闻制播网络系统也随之瘫痪，将对广播电视台的业务造成难以弥补的损失。所以数据库安全直接影响到整个新闻制播网络系统的安全性和可用性。如何确保新闻制播网络系统数据库的安全，是广播电视技术人员面临的重要课题。[1]

2 双机热备概述

双机热备是当前数据库的最广泛的技术应用。双机热备是指备用服务器实时备份主用服务器的数据，当主用服务器发生故障时，备用服务器能继续处理数据，保证数据处理不中断，实现不停机服务。

在传统热备系统中，均采用专门的操作系统，并采用多冗余度硬件备份的方式，包括热备的CPU 主机板、容错的内存、热备的I/O 介面；这种系统价格昂贵、备份硬件闲置、无法充分利用，只能在硬件故障、操作系统故障时才能发生作用。但它还无法解决软件问题所引发的系统故障。

高可用HA 系统即双机热备系统结构，可以适用于PCServer 各型工作站及服务器，可采用Mutual Backup（两部主机均正常工作，同时互为备份主机）方式，它不但无备份闲置问题，更能对硬、软件发生问题加以备份，是保持高可用度最好的系统结构方案。

3 NEC EXPRESSCLUSTER 的高可用性系统

NEC EXPRESSCLUSTER 是一个支持所有主流的Windows和Linux 操作系统平台的高可用性双机热备软件，作为数据库服务器的双机热备（或称为双机容错）和集群系统已经渗透到核心系统中。

3.1 关键特性

NEC EXPRESSCLUSTER 为用户的关键业务系统提供强大的高可用性、高可靠性和灵活的扩展性。一是以分区为单位的同步复制。可以对两台服务器的指定分区进行镜像同步复制。镜像复制是基于写操作，并且数据实时同步，以确保数据完全一致。二是快速差量恢复。通过差量恢复功能，可以只复制两边存在差异的部分。将磁盘故障恢复时间从几小时缩短到几秒钟。三是支持多节点镜像。可以用来同时使用一个服务器镜像多个节点。四是高度可扩展性。镜像复制功能可以灵活的配置集群系统。在镜像型集群上，只需要添加一台共享存储设备就可以改造成共享型集群。五是支持远程镜像。提供异步镜像复制的方式，支持单链路低带宽环境，对远程数据镜像复制提供保障。

3.2 工作原理

系统结构示意图如图1所示，系统是采用纯软件方式实现镜像HA 双容错解决方案的。它将用户数据存储于各自服务器内的镜像盘（Mirror Disk）上，数据由镜像引擎实时复制。双机热备按工作中的切换方式分为主-备方式和双主机方式。在主-备（Active-Standby）方式的工作模式下，将服务器Server A 作为活动的主用服务器，服务器Server B 作为待机的备用服务器，当服务器Server A 在软硬件出现故障时，服务器Server B 通过心跳路径侦测到服务器Server A 的故障，并自动接管服务器Server A 上的所有资源，继续读取镜像盘上的数据，正常运行数据库服务或其他应用程序。使用者感觉不到这种故障切换就可以继续使用服务器提供的服务。待主用服务器Server A 恢复后，可选择通过自动或手工方式切换回到服务器Server A 资源，并且服务器Server B的镜像盘上的所有数据自动恢复至服务器Server A的镜像盘上。

3.3 软件特点

软件支持多节点的集群，充分利用服务器资源；HA 双机热备实现了对数据实时热备份，数据不存储在主备服务器上，避免单点崩溃，确保数据安全。这种HA 系统设置下，一般不需要再额外配置备份服务器，也可用另外一台备份服务器对业务数据进行定期的冷备份。支持在集群系统中同时使用和网络存储设备和磁盘镜像功能。磁盘镜像模式在降低采购成本的同时，减少了系统用电功耗，大大提高系统集成度，非常符合当前“绿色运维”的环保理念。[2]

图1 系统结构示意图

4 高可用HA 双机容错系统的应用

为了保证系统的容错能力和高度可靠性，实现系统关键设备的双机容错，新余台建设的高清新闻制播网络系统，采用安全、稳定、成熟的IBM DB2 数据库和NEC 高可用集群软件EXPRESSCLUSTER X3.0 for Windows 备份平台。

4.1 软硬件支撑

主备数据库均采用DELL R720 2U 机架式服务器。硬件：双Intel Xeon 至 强E5-2609 v2 2.5GHz（四 核）CPU；16GB ECC DDR3 内存；2×300GB 15K 3.5 英寸SAS 硬盘系统硬盘；4×300GB 15K 3.5英寸SAS 硬盘数据硬盘；板载RAID 控制器512MB 缓存，支持RAID50/1/3/5；4口Intel 千兆网卡；2×750W热插拔冗余电源。软件：NStar6.9业务中间件、NStar6.9数据库中间件NStar6.9资源管理器服务端；Windows Server 2008 R2中文 标 准 版；NEC EXPRESSCLUSTER X3.0 for Windows；IBM DB2 EXPRESS SERVER EDITION for Windows 用户许可。

交换机采用华为S5720S-28P-SI-AC 三层交换机。具有24个10/100/100Base-T 以太网端口，4个千兆SFP 端口、交流供电。

4.2 数据库

数据库采用基于软件中间件技术的三层体系结构，包括数据库中间件服务和负责检索、业务流程管理、用户权限管理等业务中间件服务。将系统的中间件应用服务器和数据库服务器分开部署，其中数据库中间件处理数据库的并发连接缓冲，并执行数据库查询、存取、事务等一般功能。业务中间件是将系统中的各种典型业务和工作流抽象出来，进行封装和统一处理。

由于数据的重要性，系统在主备数据库服务器内均配置了多块硬盘，两块系统硬盘采用RAID 0技术；4块数据硬盘采用RAID 5技术。为了进一步保证系统7×24小时运行能力，数据库服务器实现数据库业务的双机热备，确保数据库服务的冗余性，提供持续的业务运行保证。并采用了主备数据服务器，通过集群软件实现了主备数据库之间的自动热备切换，不会因数据库服务器的宕机而造成媒资业务的中断，能大大提升数据的安全性。

在三层交换机上进行VLAN 分区，制定访问控制策略。将数据库服务器只对应用服务器和需要执行入库任务的主机开放，其他服务器和工作站不能直接访问数据库，只能通过访问应用服务器来访问数据库，确保数据库的安全。

5 数据库系统的日常维护

日常检查和维护能提前发现系统的安全隐患。我台新闻制播网技术维护人员每天检查相关情况：一是查看机房状态，如机房温度、湿度显示等；二是查看数据库服务器运行状态，如服务器硬盘、网口的指示灯状态等，从操作系统层面查看系统状态，如操作系统日志等；三是查看数据库的运行状态，如集群状态、数据库当前状态、数据库日志等，以便确认系统的正常运行；四是查看数据库数据备份情况，检查数据库数据备份是否成功，查看定时备份时间是否准时、备份文件大小是否正常；五是查看服务器各类的空间，如服务器磁盘剩余空间、数据库逻辑日志空间，数据库表空间等，并测试备用数据库是否可用；六是测试工作站与数据库连接，如测试网络连接和通过应用软件连接状态。[3]

6 结束语

安全播出是广播电视的生命。保证新闻制播网络系统中正常运行是我们长期而艰巨的任务，数据库安全更是整个系统中的重中之重。所以我们要寻求一些更科学更合理的技术手段应对系统数据库可能出现的各种问题，为广播电视台节目的高质量、安全播出提供了有力的保障，使系统更加稳定、更加安全、更加有效。