虛擬化容災應急平臺在非編系統中的應用

□ 蔡永嘉

一、前言

非線性編輯網絡是電視臺制作和存儲節目的關鍵平臺，而非編數據庫服務器是非編網絡的核心之一，其重要性不言而喻。非編服務器出現故障會導致服務停滯，嚴重影響節目制作進程，甚至造成嚴重的播出事故。為保證數據不丟失、服務不中斷，提高非編系統的穩定性和安全性，需要應用可靠的數據容災技術。雙機熱備份廣泛應用于服務器的數據容災技術中。在實際的使用中我們發現，雙機熱備在主備服務器的數據實時同步復制環節比較脆弱，可能發生出現數據錯誤的數據庫被同步導致雙機均不可用的情況。而由于非編數據庫較大，數據庫備份操作會極大影響數據庫性能，因此備份一般在每天的凌晨進行。如果發生故障后直接恢復備份數據，會使當天導入的全部素材和當天編輯的所有故事板丟失，嚴重影響節目制作。為了增強非編網的可靠性，在雙機備份的基礎上，我們利用一套虛擬化服務器容災應急平臺，對全部三個非編網的數據庫服務器進行備份，實現了服務器2＋1、一對多備份。

二、虛擬化服務器容災應急平臺的實現原理和核心技術

虛擬化服務器容災應急平臺把非編數據庫所在的服務器硬盤里的所有數據進行實時備份，轉換成虛擬機的虛擬磁盤數據。當非編數據庫服務器出現故障的時候，可以在應急平臺中利用虛擬化技術，生成一個與原服務器系統環境相同的虛擬機，并掛載備份的虛擬磁盤，接管原非編數據庫服務器，以實現應急支撐。

（一）磁盤同步復制原理與技術

在首次生成全鏡像備份時，業務應急支撐平臺采用了智能磁盤空間識別技術。通過識別磁盤分區的文件系統，根據文件系統的索引，獲取磁盤上的有效數據分布，智能跳過空閑的磁盤空間，可以減少首次生成全鏡像的系統資源消耗和傳輸的數據量。

在進行數據實時備份時，業務應急支撐平臺使用了基于磁盤I/O的實時復制技術。此技術利用磁盤過濾驅動，實時監控磁盤的每個讀寫I/O，并記錄下每次寫入請求時產生的磁盤數據變化，在設定的同步時間時把記錄的數據應用到虛擬磁盤上，實現物理磁盤與虛擬磁盤的同步。磁盤I/O實時復制技術完全可以適應非編系統數據庫的同步數據應用，以較低的部署復雜度，實現了應用級容災的要求。

磁盤的同步采用異步復制，可設定最短5秒、最長7天的復制間隔。異步模式的系統性能開銷與帶寬資源需求較小，對原生產機的性能影響極小，實際測試表明實時復制的CPU占用率約為1%，占用內存約61MB。經過研究，我們對非編服務器的備份使用了15分鐘的同步間隔，這樣的間隔已經可以滿足數據庫保障的需求，能保障數據的有效性，在存儲開銷與安全性之間取得平衡。

（二）虛擬磁盤存儲管理技術

存儲池是虛擬化技術中的重要資源，應急支撐平臺在一套服務器與存儲上部署了多個服務器備份，對存儲池的容量有較大需求。平臺的虛擬化存儲池管理器使用精簡虛擬存儲對象，其中只包含原磁盤中的有效數據和虛擬化磁盤的索引，且與常用的虛擬化磁盤格式VMDK兼容，可以直接通過復制的方式復制虛擬磁盤文件給相應的虛擬機使用，為備份的遷移提供了極大的方便。可以與虛擬化服務器無縫結合，支持多種虛擬平臺，為未來可能的服務器虛擬化改造提供便利。

（三）應用環境虛擬化原理與技術

現有的CDP（Continual Data Protection，連續數據保護）備份產品很多，這些產品都能完整地復制磁盤內容，做到數據級容災。但單純地將磁盤鏡像成虛擬磁盤文件并不能實現應急啟動。大部分產品無法改變服務器應用環境，某些CDP 備份的接管需要依賴原服務器硬件，使用iSCSI遠程引導的方式啟動系統實現接管。

虛擬化服務器容災應急平臺在磁盤復制時就直接對原機相關驅動進行虛擬化，讓虛擬機做到與原機的驅動級一致，實現了真正的Mirror P2V（Physical to Virtual）效果。利用虛擬機加載Mirror P2V復制后的VMDK虛擬磁盤映像文件，就可以實現應急接管，并且可以實現一對多接管，即一臺主機虛擬出多個虛擬機，可以對內網中多臺非編服務器進行應急接管。當原機的應用程序環境發生變化時，Mirror P2V能隨時同步原機的變化，無須再做調整，同時實現數據的同步與應用的虛擬化。

（四）多機/多鏡像同時接管技術

虛擬化服務器容災應急平臺可以在每個設定的間隔時間時生成一個系統快照點，每個快照點都可以作為應急虛擬機啟動。對于不同的原機，應急平臺可以同時啟動它們的應急虛擬機，多個虛擬機之間互不干擾，獨立工作。

虛擬機啟動時有演練啟動和接管啟動兩種模式，兩種啟動模式的網絡拓撲連接方式不同。演練模式下的虛擬機為封閉的網絡，不干擾原服務器的工作，可以用來進行應急演練與數據驗證；接管模式下虛擬機直接接入非編網，可以直接接管原服務器的功能。

（五）系統數據無縫恢復技術

當非編服務器出現故障時，可以使用虛擬化服務器容災應急平臺接管原服務器。在原服務器修復完畢后，應急平臺上的數據庫也產生了許多新的數據，此時就需要把數據還原到原服務器上。而非編網的數據庫較大，還原的過程較長，傳統的恢復方式需要暫停非編網服務器進行恢復，會影響非編網的使用，故只能選在深夜時間進行。應急平臺使用了無縫恢復技術，利用PE啟動恢復光盤，在不中斷接管非編服務器系統的情況下實現了無縫還原數據，還原后可以在較短的時間內切換回原機使用，降低了運維管理成本，且對節目制作的影響較小。

三、虛擬化服務器容災應急平臺的構建與應用

（一）平臺的架構

虛擬化服務器容災應急平臺由通信服務器、存儲服務器、網站服務器、客戶端四部分組成。通信服務器用于管理存儲服務器和客戶端，為它們之間的通信提供服務。存儲服務器存儲了所有客戶端的備份鏡像數據。網站服務器提供管理網頁，讓管理員對整個平臺進行管理。客戶端就是需要備份的原服務器。

（二）平臺功能配置

虛擬化服務器容災應急平臺基于虛擬機快照點進行管理。首先在需要進行備份的非編服務器上安裝客戶端，然后在管理網頁對其進行配置。經過研究，我們將非編服務器的快照間隔設置為15分鐘，快照合成快照點間隔設置為1小時。這樣一來，如果原機發生故障為硬件故障，可以應急恢復15分鐘之內的快照點；如果發生的是數據庫邏輯完整性的問題，可以應急恢復15分鐘或者1小時之內的快照點。與傳統的恢復備份會損失一整天的數據相比，應急平臺更好地保護了數據。

應急平臺啟動的虛擬機可針對不同的主機進行配置，對CPU核心、內存大小、存儲和網絡結構都可以依照原機的配置進行設置。啟動虛擬機有演練模式和應急模式，演練模式下的虛擬機以NAT的方式啟動，與業務網絡隔離，只能在特定的內網訪問虛擬機，不影響非編網的正常運行，這種模式主要用于演示和數據驗證；接管模式下的虛擬機以橋接的方式啟動，網段和IP地址與原服務器的網段及IP地址相同，可接管原服務器，實現應急服務。

（三）平臺應急操作步驟與演練中的運行情況

為了熟悉虛擬化服務器容災應急平臺的操作流程，檢驗應急平臺的接管效果，測試虛擬機接管后的性能表現，我們在當日節目全部制作完成后，進行了一次應急演練。具體操作步驟如下：

1.將非編數據庫服務器備機、主機依次關機，拔出網線，模擬服務器中斷。此時非編網各工作站無法連接到服務器，已不能正常使用。

2.在應急平臺的應急演練頁面找到需要接管的主機，選擇需要的快照點，在彈出的菜單中選擇接管設置。如圖1。

（1）在彈出的設置窗口中，依照原服務器的配置，設置好分配給虛擬機的CPU核心、內存大小、存儲和網絡設置，點擊新增按鈕。如圖2。

圖1 快照點的展示與選擇示意圖

圖2 接管主機配置設置示意圖

（2）切換到應急主機列表，找到剛剛創建的應急主機，點擊右邊的綠色“啟動”按鈕，系統即在虛擬機中啟動。如圖3。

圖3 應急主機列表示意圖

（3）檢查虛擬服務器以及整個非編網的狀態。各工作站不用做任何設置，重啟即可連接到虛擬數據庫服務器。測試結果表明虛擬服務器工作狀態正常，各工作站僅在剛啟動時稍顯卡頓，約2分鐘后即可正常使用，成功進行了應急接管。

（4）應急演練結束后，點擊應急主機的“停止”按鈕停止接管系統，原服務器連接網線并開機。應急演練順利完成。

四、結語

虛擬化服務器容災應急平臺可以隨時啟動鏡像虛擬機，立即作為備機替換被備份的服務器，防范了非編網數據庫服務器故障造成的非編系統中斷事故。該平臺不僅系統架構簡潔，部署方便，對原系統的性能基本沒有影響，而且應急操作簡便，啟動迅速，虛擬機性能足夠支持非編網絡的運行。作為對雙機熱備份系統的補充，應急平臺能補足雙機熱備系統的短板，實現2＋1備份，提高系統運行的安全性，對避免非編網服務中斷導致的重大事故有著重大的意義。