基于大容量镜像NAS存储结构的设计

郑 娜，吴 舟，郑朝亮

(柳州广播电视台，广西 柳州 545006)

基于大容量镜像NAS存储结构的设计

郑 娜，吴 舟，郑朝亮

(柳州广播电视台，广西 柳州 545006)

针对IP SAN网络存储结构的部署与维护，在综合考虑柳州广播电视台业务发展和实际需求的基础上，设计了基于大容量镜像的NAS存储结构。结果证明，新的NAS存储结构简单，成本低，易于维护，故障排查和处理更迅速，扩展性较高，并且实现了实时同步与快速切换的主备高可用存储，确保了节目流程中数据的安全性。

IPSAN; FCSAN; NAS; 网络存储结构; 交叉备份

在早些年诸多网络存储结构中，存储区域网络(Storage Area Network，SAN)结构作为低延时高性能的代表，一直是柳州广播电视台搭建非线性编辑网络的唯一选择。但由于存储间镜像技术的不成熟，无论是最初的IP SAN[1]还是后来的FC SAN都未能设置备份方案[2]。虽然近几年存储设备的品质和稳定性都有了大幅提高，但一旦数据存储出现意外，维修并重新上线需要的时间依然过长，必然会影响节目的制作和播出，甚至有可能造成播出事故。为了保障节目生产流程中数据的持续可用性，确保节目按时完成，实现安全播出，能够实现实时同步与快速切换的主备高可用存储是非常有必要的。

1 设计思路

近年来，随着网络存储技术的高速发展， SAN结构与新兴的NAS[3]结构都能满足柳州广播电视台非线性编辑网络的需求。在具体的结构对比上，SAN形式的存储结构虽然性能稍好，但由于软硬件原因，采购成本过高且网络结构复杂，维护难度较高。而纯以太网的NAS存储结构的硬件部署成本相对FCSAN而言要低不少，即使与IPSAN相比也能节省一笔可观的集群文件系统的费用，并且NAS存储结构简单，部署与维护较为容易，扩展性较高。因此本次升级柳州广播电视台决定选用优势更为明显的NAS存储系统。

柳州广播电视台对新的数据存储有3个基本要求：一是要能提供高性能大容量的数据存储空间；二是界面直观、操作简单、易于维护；三是必须有实时同步的主备存储设备来保障数据安全。

新部署的NAS存储设备选用了德拓(DATATOM)的NEUTRINO视频专用磁盘阵列[4]，每台磁盘阵列可配置24块3.5 in(1 in=2.54 cm)的企业级SATA硬盘，每块硬盘容量为3 Tbyte，总容量接近60 Tbyte。底层系统基于Linux定制开发，增强了存储及管理功能，通过网页进行管理，更加直观明了，操作便捷，并且占用系统资源较少，稳定性更高。每台德拓存储设备均采用了RAID5+热备的组合，在大部分环境下可允许2块硬盘相继损坏，提升了数据的可靠性。

在存储间实时备份方面采用了互为主备的交叉备份方式。2台存储互为主备，同时对外提供数据共享服务，每台存储可提供510 Mbit/s以上的稳定带宽，2台则可提供1 020 Mbit/s以上的稳定带宽，按照标清标准每台非编站点4层25 Mbit/s码率计算的话，可支持80台站点同时进行编辑，未来亦能满足一定量的高清制作。交叉备份方式的应用不仅实现了实时备份，也实现了存储系统的负载均衡，压力分流。当一台存储出现故障时，可以手动将数据共享服务切换到另一台储存上，5分钟内即可恢复正常工作，并能保证故障前数据的完整性，最大程度确保节目的制作时间，保障节目的按时制作完成。

柳州广播电视台现有的2个非编网均部署了1套主备NAS存储系统，每套系统包含2台NEUTRINO视频专用磁盘阵列，2台万兆以太网交换机。两网合计非编站点77台。整个网络结构如图1所示。

2 基于大容量镜像NAS存储结构的优势

随着信息技术的不断发展，传统以独立服务器为中心的存储方式已不能满足日益增长的数据业务的需要，因此以SAN结构为代表的网络存储架构开始进入人们的视线。SAN结构克服了传统存储的诸多缺陷，实现了大容量的网络存储

与高性能的数据共享，这也是现在SAN系统仍在流行的重要原因。但是SAN结构也有部署成本高、结构复杂、故障排查和修复耗时较长等不利因素。随着近几年软硬件技术的不断进步，另一种网络存储架构NAS开始展现其优势，NAS结构不仅拥有SAN结构大容量高性能的特点，并且非常简单灵活，部署与升级方便，故障排查与处理更迅速。对比NAS结构的优势和参考柳州广播电视台近10年来SAN结构的使用情况，最终选择了NAS存储结构，并对其进行了一些优化。

2.1 数据安全

在SAN存储系统中，多站点同时访问数据依赖于集群文件系统，因此集群文件系统的元数据服务器MDC/MDS是非常关键的节点，一旦出现故障，客户端将无法获取数据的具体存放位置，从而导致整个存储系统瘫痪。在基于光纤线路的SAN存储系统中，由于增加了光纤线路和光纤交换机等额外设备，故障节点和排查难度也相应上升。而NAS存储完全基于以太网络，网络结构简单，基础设备较少，因此故障点和故障几率更低。

在数据存储方面，原有的SAN存储采用的是RAID5+热备的方式，数据安全有一定保障。而新部署的NAS存储在RAID5+热备的基础上，还增加了存储间的1∶1备份，进一步提高了数据的安全性，可以有效避免单台存储故障造成的影响，将业务停顿和数据丢失的风险降到最低。存储互为备份如图2所示。

图2 存储互为备份(截图)

2.2 存储性能

每台NEUTRINO视频专用磁盘阵列内置有24 Gbyte的高速缓存，数据读写优先通过缓存进行处理，有效提升了整体的性能；内部文件系统采用优化过的XFS，降低了系统IO占用，将带宽全部留给文件读写，大大提高了读写效率；针对非编系统的特点(读IO占70%左右，写IO占30%左右)进行优化，非常适合广电节目制作环境；支持万兆网口和千兆网口混合绑定，不仅提升了对外网络带宽，同时还实现了线路冗余，将存储万兆网口和千兆网口分别接在2台不同的交换机上，即使1台交换机出现问题，正常交换机上的站点到数据存储的链路都不会受到影响。

柳州广播电视台还在存储间1∶1备份方面做了一些改进，具体方法是将存储1和存储2都等分成2个卷(卷A和卷B)，每个卷30 Tbyte存储空间，存储1的卷A和存储2的卷A做实时同步(镜像)，由存储1提供数据共享服务，存储1的卷B和存储2的卷B做实时同步(镜像)，由存储2提供数据共享服务，这样不仅保障了1∶1实时备份，同时也实现了存储的负载均衡，大幅提高了主备存储的总性能，因为2台存储设备都提供数据共享服务，数据的读写会被分散到不同的存储设备上。磁盘阵列交叉存储结构如图3所示。

图3 磁盘阵列交叉存储结构

2.3 故障恢复

原有的SAN存储系统结构复杂，故障点多，在出现故障时，不仅要检查存储系统和集群文件系统，还要查看光纤线路和服务器系统日志，整个过程非常耗时。而NAS结构简单，只需要查链路状态和存储情况，并且NEUTRINO存储有非常直观的网页管理系统，这极大地加快了故障排查速度。管理

系统磁盘状态界面如图4所示。

图4 管理系统磁盘状态界面(截图)

在原有的SAN架构系统中，由于结构复杂，环环相扣、因此不仅故障排查耗时较长，故障修复后往往也需要重启整个业务系统，同样耗时很久，所以任何一次故障都有可能对业务系统的连续性运行造成很大影响。而在新的NAS系统中，如果是交换机问题，只需要使用备用交换机替换即可，如果是存储设备故障，只需要把故障存储关机，修改正常存储的IP，再恢复上线即可，5 min内即可完成，不会对正常业务造成太大的影响。NEUTRINO存储的IP配置界面如图5所示。

图5 NEUTRINO存储的IP配置界面(截图)

2.4 平滑过渡

在存储系统和非编系统升级期间，为了实现平滑过度，采用了新旧两网同时存在且自由切换的方式。首先将原有SAN磁盘阵列上的数据复制到新NAS存储设备中，考虑到在数据复制过程总仍有新数据产生，因此使用了差分复制的方式。数据复制完后在NAS存储上模拟了原SAN系统的数据共享，这样就实现了SAN系统顺利过渡到NAS系统。

在保证了原有的非编网络正常使用之后，在NAS存储上划出了新的存储区，同时建立起新的非编网络，这样原有非编系统和新建非编系统就同时运行在一套非编网硬件之上。为了实现平滑过渡，开发了一套软件，使用者可以在任何一台站点上自由切换新旧2套系统，这样不仅保证了旧系统能够继续运行一段时间，同时非编使用者也可以把旧系统数据导入到新系统中去，最终实现了新非编系统顺利替代原有非编系统。

3 结束语

自新的NAS数据存储方案完成并投入使用以来，该数据存储方式确保了节目生产流程中数据的持续可用性，为实现安全播出提供了必要条件，并以操作简单，易于维护，宕机成本低，得到了一致好评。

[1] 李大恒.基于ISCSI协议的IPSAN网络存储技术研究[D].湖南：国防科学技术大学，2006：1-83.

[2] 孙飞，刘光青，王莹，等.十堰电视台播出系统备份和应急措施[J].电视技术， 2013,3(12)：82-85.

[3] 段剑弓.存储系统NAS和SAN的差异和统一[J].计算机应用研究，2004(12)：94-97.

[4] 陈华英.磁盘阵列RAID可靠性分析[J].电子科技大学学报，2006(3)：117-119.

责任编辑：闫雯雯

【本文献信息】丁正良，蒋东军.含山台综合视讯业务系统方案设计与应用[J].电视技术,2015，39(24).

NAS Based on Disk Array Mirroring

ZHENG Na,WU Zhou,ZHENG Chaoliang

(LiuzhouTVStation,GuangxiLiuzhou545006,China)

Considering the development and maintenance of IP SAN network storage system architecture, based on the future and practical needs, a new network storage system architecture NAS is built on disk array mirroring technology. It has the advantages of simple structure, low cost, easy deployment and maintenance, more efficient troubleshooting and handling, high scalability, and it provides real-time data sync, also can switch quickly between two disk arrays, which can ensure the security of program data.

IPSAN; FCSAN; NAS; network storage architecture; backup

TN948

B

10.16280/j.videoe.2015.24.021

2015-07-24