播出业务虚拟化平台
李彬
(广西电视台)
摘要: 根据实际业务需求，广西电视台播出部对虚拟化技术进行了二次开发的应用，完成了播出业务虚拟化平台项目的建设在这个平台下满足播控系统日常使用、周边业务、容灾备份等业务需求，实现统一调度计算资源、网络资源、存储资源，通过计算资源集群化提供应用和系统业务在不同的物理服务器之间相互切换，实现业务和物理服务器分离，提升业务系统的效率和可靠性，具有计算资源集群化、网络资源扁平化、存储资源共享化、备份系统简单化以及一对多容灾等特点。关键词：播出业务 虚拟化 集群 资源1 前言
播出系统现有业务设备中软件和硬件资源较为复杂且相互隔离，彼此之间往往形成无法相互共享的资源孤岛，而各种应用和周边业务仍在不断地增加，这就造成了一定程度的重复建设，能耗和机房空间也逐渐成为系统发展过程中急需解决的问题。因此，广西电视台以虚拟化计算为基础，流程自动化为核心，建设了播出业务虚拟化平台，在这个平台下满足播控系统日常使用、周边业务、容灾备份等业务需求，实现统一调度计算资源、网络资源、存储资源，从而大量节省设备投资、能耗和机房空间、提高 IT 资源的可管理性和易用性。2 虚拟化平台的系统架构
虚拟化平台架构由软件和硬件部署两部分组成，通过计算资源集群化提供应用和系统业务在不同的物理服务器之间相互切换，实现业务和物理服务器分离，提升业务系统的效率和可靠性，具有计算资源集群化、网络资源扁平化、存储资源共享化、备份系统简单化以及一对多容灾等特点。图1 播出业务虚拟化平台的构架
播出业务虚拟化平台使用两台主机实现负载均衡和主备配置，在主机上将硬件及存储资源的整合成一个资源池，并灵活动态的提供给原系统中的各个业务应用或指令集与硬件使用，一共可以满足原有的转码、FTP、迁移同步、系统监录等业务合计30台主备终端，这些业务相互之间可以各自独立的运行在平台内，运行这些业务和终端的虚拟单元彼此之间可以相互接管和无缝迁移。虚拟单元的构架如下图所示：图2 虚拟化平台技术原理
在平台内的网络资源扁平化极大的减少了网络资源的分散、零碎以及剧烈波动等情况。在实现存储资源相互共享之后，使平台内不再和以往系统一样相互隔离，使存储资源得到最大化利用，实现数据自由共享，平台中还设计构建了一套备份系统，为平台上的操作系统及业务数据提供备份和一对多容灾功能。通过以上设计和实施，播出业务虚拟化平台很好的解决了广播电视系统中播出系统周边IT设备的资源整合分配、数据热点多条件监测，资源动态分析，设备负载平衡以及一对多容灾等问题。3 虚拟化平台的功能特点
3.1 基于电视台SOA总线规划的资源分配方式在传统的架构中，服务器以及系统分散，管理复杂，在播出业务虚拟单元平台中，采用基于电视台SOA总线的周期性控制资源分配方式，既能够从虚拟平台的整体角度进行资源监测，根据虚拟平台的数据总线来分配系统资源状态，还从平台内单个业务应用或指令集的微观角度进行监测，从而获取虚拟层中运行的所有应用和指令集的负载、QoS状态以及相应的资源开销，并根据监测的数据基于预先定义的策略和规则，对物理层资源做出调整。图3 实现资源和业务便捷管理
3.2 对平台内的数据热点多条件分析和动态分配系统资源在虚拟平台环境中，可以通过统一的软件界面管理物理层资源和虚拟层应用，按照预先订制的资源规划减轻系统管理员的压力，管理人员随时可以监控到平台内总体资源状况和运行状况，还可以通过总线多条件分析，能够监控所有的虚拟单元的运行信息，比如在改虚拟单元上运行的指令集、I/O利用率、网络吞吐率、CUP或内存占用情况、开/关机状态等等，管理人员在获知虚拟层当前运行的指令集或应用的资源占用热点后，可以按照实际需要进行动态资源分配业务，从而达到服务器数量最小化和资源利用率最大化的目的。图4 平台内按热点分配资源
3.3 虚拟化平台内部可以实现负载平衡以及冗余备份虚拟平台可以将连接到系统内的业务进行合理管理和分配，可以将对系统资源需求较少用户的系统资源分配给需求较大的用户，并且对每个用户所使用的系统资源进行控制和限制，从而实现负载平衡，并通过一主一备两个虚拟化平台进行交叉配置来实现冗余备份。在完成虚拟化平台的建设后，在虚拟化平台下我们把30台虚拟化设备运行在2台物理服务器上，系统整合比率达到了15:1，两台服务器的系统平均使用率达到了60%以上，同时又通过负载均衡和动态分配资源，使得系统峰值使用率不会太高。整套系统的执行效率和可靠性都得到了提高。图5 实现负载均衡和性能优化
3.4 工作环境可以快照存储以及无缝迁移播出业务虚拟平台将业务总线上的物理设备与系统指令集分离开，借助于虚拟层，每台物理层宿主服务器上可以运行大量的业务虚拟单元，提高了服务器的利用率。对于虚拟化层来说，每台虚拟单元在本质上是一个数据文件，因此在虚拟平台中，能在不中断系统运行的情况下将虚拟单元从一台服务器迁移到另一台服务，可以很轻松实现物理到虚拟、快速系统部署、快照存储、工作环境无缝迁移等功能。3.5 播控周边业务设备一对多容灾方式虚拟化平台除了满足播出业务的日常使用以外，还可以将大部分的播出设备进行虚拟化，并对数据进行虚拟化存储和备份，从而实现在虚拟平台内的物理层完成播控系统核心业务的一对多备份容灾。图6 虚拟化平台内容灾恢复方式
3.6 播出系统及终端的桌面虚拟化实现播控系统及终端的桌面虚拟化是在物理服务器上安装虚拟主机系统，由虚拟主机系统模拟出操作系统运行所需要的硬件资源，如CPU、内存、网卡、存储等。操作系统运行在这些虚拟的硬件资源之上，可以达到多个操作系统共享物理服务器的硬件资源，从而提高资源利用率。物理主机的减少以及虚拟化基础架构的引入，可以大大降低播出业务的运维成本，提高管理效率。虚拟化平台所服务用户，他们直接面对的是业务应用层，他们的操作方式、业务运行流程与原来的传统模式相比没有任何改变。在使用的时候，彼此之间也不会有任何影响。这样我们就保证了系统的平稳过渡和用户使用体验。我们还可以增加对移动设备的支持，让平板，手机等移动设备可以访问到播出系统中的电子化文档和数据。图7 业务和应用层示意图
4 应用效果
播出业务虚拟化平台系统经过一年多使用，能够以少数几台计算机完成大量工作，节省了耗电、空间、冷却和管理等方面的经济和人力开支。获得了以下项目成果：4.1 播出业务虚拟化平台通过整合资源，将原有的系统利用率从5%到15%提高到60%到80%，相对于原来的模式，磁盘的读写率最高可以降低85%。4.2 原业务构架一年电费开支为59787元，使用虚拟化平台整合后，可节省达93.75%的耗电功率。4.3 播出系统随着素材迁移量日益增多，还需要增加4台迁移服务器，在采用虚拟化平台后，可通过在平台内划分出相应资源即可完成业务扩展，支出仅为迁移软件的使用费。 4.4 原有的业务构架每年都要针对不同业务终端采购备件，一年备件采购开支极大。采用了虚拟化平台后，只需针对虚拟化平台的物理服务器进行管理和维护。4.5 播出机房周边原有的转码、FTP、迁移同步、系统监录等业务合计30台主备终端。如果按传统的使用方式计算，30台终端设备成本开始很大。在使用虚拟化平台后，这部分设备可以用作其他用途，节省了设备购买资金。 综上所述，播出业务虚拟化平台除了具有标准化、兼容性、高扩展、可控性、可靠性、易管理等优点以外，还极大的节省了各项资金。播出业务虚拟化平台与国内同类研究及技术比较如下：| 比较项目 | 广西电视台播出业务虚拟化平台 | 其他电视台数据虚拟化技术 |
| 在数据总线设计上考虑到基于电视台特有业务和分布 | 在播出业务虚拟单元平台中，采用基于电视台SOA总线的周期性控制资源分配方式，既能从虚拟平台的整体角度进行资源监测并根据数据总线来分配系统资源状态，还能从平台内单个业务应用或指令集的微观角度进行管理。 | 使用的是传统的架构中，服务器种类多、系统分散、管理复杂。 |
| 将硬件资源整合成系统资源池 | 采用计算资源池化的管理方式，通过服务器、存储、网络等虚拟化技术将计算资源定义为相应的资源池，可以方便、快捷的为虚拟化提供底层支撑。 | 传统管理模式中，需要考虑每个计算资源和业务的配置情况，管理成本高，日常维护复杂。 |
| 实现在线业务的资源灵活配置 | 虚拟化平台可以按照预先订制的资源规划自动为新业务分配资源。管理人员也可以随时监控总体资源状况和所有虚拟单元的运行信息，并根据虚拟层当前运行的指令集或应用的资源占用热点后按实际需要进行动态资源分配业务。 | 在系统建设时配置好硬件资源之后就往往无法在进行快速和在线的调配。 |
| 虚拟化平台内部可以实现负载平衡以及冗余备份 | 虚拟平台可以将连接到系统内的业务进行合理管理和分配，可以将资源需求较少用户的系统资源分配给需求较大的用户，并且对每个用户所使用的系统资源进行控制和限制，从而实现负载平衡，并通过一主一备两个虚拟化平台进行交叉配置来实现冗余备份。 | 不具备负载平衡和冗余备份功能。 |
| 工作环境可以快照存储以及无缝迁移 | 在虚拟平台中，能在不中断系统运行的情况下将虚拟单元从一台服务器迁移到另一台服务，可以很轻松实现物理到虚拟、快速系统部署、快照存储、工作环境无缝迁移等功能。 | 不具备快照存储以及无缝迁移功能。 |
| 播出系统及终端的桌面虚拟化 | 实现物理环境与虚拟环境的隔离，建立一个安全可靠的环境，可以在保证业务连续性和用户体验的前提下，完成扩展、部署、容灾等工作。 | 各个业务终端的环境不统一，安全性参差不齐，在做维护工作时，通常都会影响到在线业务。 |
| 虚拟化数据的备份方式 | 虚拟化平台内可实现统一数据备份，确保重要的数据单元得到备份并减少备份冗余，简化了备份操作，降低了备份负载，极大的缩短平台内备份时间窗口和降低网络备份流量占用。 | 备份过程冗长繁琐，往往会占用在线业务的系统资源。 |
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