鄭州電視臺高清制作網存儲架構

鄭州電視臺 梁曉東

鄭州電視臺高清制作網存儲架構

鄭州電視臺 梁曉東

一、存儲系統的沿革

早期的計算機主要采用的是串行存儲器存儲數據，隨后不久又使用磁鼓存儲器。到了20世紀50年代中期，主要使用磁芯存儲器作為主存儲器。在20世紀60年代中期以后，半導體存儲器取代了磁芯存儲器。在邏輯結構上，并行存儲和從屬存儲器技術的采用提高了主存儲器的處理速度，緩和了主存和中央處理器速度不匹配的矛盾。1968年IBM-360/85最早采用了高速緩沖存儲器，高速緩沖存儲器的存取周期與中央處理器主頻的周期一樣，由硬件自動調度高速緩沖存儲器與主存儲器之間的信息傳遞，從而使中央處理器對主存儲器的絕大部分存取操作，可以在中央處理器和高速緩沖存儲器之間進行。

二、存儲系統的結構

1.存儲系統。存儲系統是硬件基礎平臺中一個十分重要的組成部分，尤其在電視臺節目制作系統中，存儲系統的重要性更是十分重要，一旦存儲系統出現問題，就會影響到電視節目的生產效率，甚至會影響到節目的正常播出，所以存儲系統在整個系統中的地位可以說是重中之重。除了安全性方面考慮外，系統的可擴展性，維護的難易程度，投入成本的高低，以及使用的方便程度都是在建網之初需要考慮的問題。

2.FC-SAN結構。FC-SAN結構從20世紀90年代發展到現在，其技術成熟度非常高，除了成本投入大這方面的劣勢以外，其在安全性、高效性、兼容性、可擴展性和易維護性等方面均有著明顯的優勢。但是，如果全網幾十個站點都使用FC-SAN接入的話，則成本投入太大，并且也不現實。為解決這一難題，筆者想到了使用NAS結構，以太網下的NAS結構可以省去昂貴的FC設備，從而解決了成本高的問題，但是隨之而來的情況是帶寬也降低了，使得大量的終端站點無法同時編輯高碼率的素材。編輯站點的任務是節目制作而非節目播出，節目制作人員只需瀏覽低碼率的素材即可達到節目制作的目的，因此，完全可以在節目制作完成之后再打包生成高碼率的節目成品。到這里，問題已經迎刃而解了，整個存儲系統采用FC-SAN結構，少量終端站點配置為FC-SAN終端（可直接訪問中心存儲進行高碼率的編輯），而多數終端站點配置為NAS終端（通過NAS服務器訪問中心存儲，一般用低碼率編輯，NAS服務器相當于FC-SAN終端，它把訪問到的中心存儲共享出來，供NAS終端來訪問），這樣就形成了SAN+NAS的存儲網絡架構。存儲規劃如表1所示。

表1 存儲規劃

三、存儲系統的組成

1.存儲系統的整體特點。鄭州電視臺高清制作網是以在線存儲為核心的存儲體系。中央在線存儲器采用2臺EMC公司的CX480存儲系統，在2個控制器上配置8個FC主機通道分別連接在2個核心光纖交換機上，這樣，系統中各個站點通過連接任意1個FC通道都可以訪問到存儲系統，且系統不會引起單點故障，最大限度地保證了系統業務的不間斷運行。在數據安全方面，每臺CX480都做了Raid5處理，同時，為了使中心存儲上的素材多一層安全保障和最大限度地保護節目和素材，2臺CX480存儲器之間通過實時鏡像的方式來確保系統的安全性，當任意1個存儲器出現故障時，另外1個存儲器可以支撐整個制作業務的正常運行，保障系統內部不存在單點故障。

2.存儲盤陣具體規劃。系統采用的2臺EMC CX480具有完全相同的規劃結構，使用的硬盤為容量450G的磁盤矩陣，每個盤柜共有43塊硬盤。具體規劃分為以下3個部分。

（1）1個1.8TB的Raid5組（Raid Group0），劃分為1個150G、1個100G和1個1.6TB的數據卷。

（2）4個3.6TB的Raid5組（Raid Group1～4），每9塊硬盤組成1個Raid組，采用Raid5級8+1的模式。采用每個盤箱3塊盤的方式充分利用盤箱磁盤通道帶寬。共劃分為8個1.8TB的邏輯卷。

（3）2塊全局熱備盤。每個Raid組的邏輯LUN創建在同1個StorNext數據條帶組中。Raid組共有2個文件系統，av-y共用Raid Group 0的1個條帶組，av-x共用Raid Group 1的4個條帶組。

四、存儲容量與帶寬

中央在線存儲系統主要承擔系統中所有的有卡站點與服務器對高碼率文件的訪問，是系統的核心設備。容量和帶寬是設計存儲網絡需要考慮的主要因素。

1.容量分析。在鄭州電視臺高清制作系統中，中心在線存儲部分采用雙控制器、雙電源、全冗余的光纖磁盤陣列，存儲緩存由帶電保護器和冗余散熱系統組成。使用的盤陣為EMC公司的原廠硬盤。雙控制器激活8個獨立的4G主機端口，采用16G的存儲緩存。物理有效存儲空間為17.1TB（可進一步擴展至480TB），按照每存儲1h的高清資料需要50G的空間來計算，17.1TB可以滿足超過340h的存儲需求。

2.帶寬分析。根據本網各種工作站、服務器數量、編輯碼率、視頻流數量以及其他的相關參數，對帶寬進行分析。帶寬分析如表2所示。

表 2 系統帶寬分析

3.業務擴展分析。通過對編輯合成站點以及有關服務器所需帶寬的累加得知，系統的極限并發讀寫總帶寬約為670MB/s，而我們本次的A，B存儲選型均為EMC CX480，通過測試，單個存儲可以提供700MB/s的混合讀寫帶寬，也就是說，1個存儲就完全可以承擔整個系統的業務需求，再通過索貝的FISEC安全技術，將A、B存儲完全實時鏡像，可以保證當某個存儲出現問題后，業務可以無縫地切換到另1個存儲繼續進行，同時通過性能的均衡負載，可以提供1400MB/S的混合讀寫帶寬，完全能夠保障高標清制作業務的安全、穩定開展。

五、存儲管理服務器

本系統中配置了2臺MDS存儲管理服務器，用于管理光纖磁盤陣列，主要為有卡工作站或者服務器提供光纖磁盤陣列訪問驗證，并且也為有卡工作站或者服務器讀寫存儲在光纖磁盤陣列的低碼率素材提供訪問通道。存儲管理服務器MDS是網絡存儲共享的核心，MDS服務器除了安裝StorNext文件共享軟件外，還安裝有StorNext Failover MDS備份軟件，一旦其中1臺MDS服務器發生故障，另外1臺MDS服務器可以自動接管共享的管理工作，切換在30s以內完成。

六、存儲管理軟件

1.存儲管理軟件。目前主要的存儲管理軟件有Tivoli SANergyFS、SGI CXFS、ADIC Centravision、Veritas SANpoint direct、HP Transoft FibreNet、StorNext等，從軟件的穩定性、可靠性以及實際運行環境的使用情況來看，StorNext在視音頻應用領域的各種技術指標表現均較好，且實用性更強。

2.StorNext。StorNext存儲管理軟件承擔了對共享磁盤陣列磁盤文件及元數據管理，監控磁盤訪問的工作站和服務器的磁盤讀寫，并且具有2次共享的功能，即可以將安裝有StorNext客戶端軟件的服務器映射為IP網絡的文件服務器，以太網工作站即可通過該服務器實現對共享磁盤陣列的訪問。

3.StorNext File System。作為StorNext管理套件中的核心SAN文件系統，StorNext File System為異構客戶端提供了對集中式磁盤存儲的高性能共享訪問。通過整合能夠被多個操作系統訪問的數據，StorNext File System極大降低了存儲設備的需求。而且，由于多個客戶端能夠同時共享相同的文件，因此消除了通過局域網移動大型文件和存儲重復文件副本的需求，提高了存儲效率，減少了網絡瓶頸。