专利名称：用于将来自故障服务器的客户端负载在存储区域网络(san)中的剩余服务器之间分配的 ...的制作方法
用于将来自故障服务器的客户端负载在存储区域网络 (SAN)中的剩余服务器之间分配的系统和方法本发明涉及存储区域网络(SAN)领域，更具体而言，本发明涉及用于在电视广播 行业中所使用的存储区域网络中将来自发生故障的服务器的客户端负载在剩余的服务器 之间分配的系统。存储区域网络(SAN)将诸如磁盘阵列、磁带库或一个或多个光存储驱动器之类的 远程计算机存储设备或驱动器附加到服务器，以便存储设备表现为以客户端_服务器关系 本地连接。许多存储区域网络使用SCSI协议来在服务器和磁盘驱动器之间进行通信，而使 用低级别的协议和映射层，例如，以太网连接上的光纤通道(FC)。例如，在电视广播行业中，视频服务器或其他数据服务器常常通过光纤通道交换 机连接到光纤通道存储设备。这样的视频系统的一个示例是由美国佛罗里达州墨尔本市的 Harris Corporation作为网络视频服务器、交换机和存储设备的Nexio 线来制造的。光 纤通道可以在带有可以是光学或非光学的物理连接的双绞线铜线和光缆上运行。光纤通道 协议(FCP)通常是光纤通道上的SCSI的接口协议。不同的光纤通道拓扑可以包括其中存 储设备背靠背连接的点对点拓扑，其中设备形成环路或环的仲裁环路拓扑，以及其中设备 或环路设备连接到光纤通道交换机的交换结构拓扑，类似于以太网实现，交换机管理该结 构的状态以提供优化的连接。通常，光纤通道交换机可以作为引向器形成，引向器在模块化 基于槽的底盘或较小的固定配置中提供高端口数。在电视广播行业使用视频服务器的存储区域网络需要实时数据传送，通常在内容 服务器系统中支持有保证的传送和SAN —致性。对于流媒体服务器，高数据速率是典型的， 例如，对于视频帧1/60秒的服务质量。小的中断会产生编辑和服务器功能问题。由于支持多个广播质量视频流所需的高数据速率，视频及其他服务器系统传统上 带有物理上位于计算机服务器框架中的压缩器、解压缩器和信号输入/输出设备，以利用 高速低延迟数据传输总线。此服务器框架通常使用直接附接的、基于块的存储器，以获取所 需数据率和SAN，以便与其他服务器框架共享该存储器。电视广播行业中为实现这种直接附 接的存储器的冗余和可靠性所使用的一种技术是对于服务器上的冗余光纤通道宿主端口 (它们连接到驱动器上的冗余光纤通道目标端口)使用现成的光纤通道技术。随着驱动器 吞吐量和光纤通道物理层吞吐量上升，可以支持较大的服务器群体。然而，最终，服务器群 体会上升到这样的点由于由驱动器允许的光纤通道登录数量的限制，无法再进行进一步 的直接附加连接，尽管驱动器能够传送比物理地位于直接附接服务器中的内容流支持组件 的最大群体可以使用的数据更多的数据。由于此限制，数据流的数量的任何增大需要使用标准客户端-服务器体系结构来 将直接附接存储器的服务器与数据流支持组件分开。由于电视广播环境内的内容或数据流 的任务关键特性，应该维护集成的解决方案的完全双路径冗余。因此，一些系统通过到数据 或视频服务器的双以太网连接，维护它们的冗余连接，同时跨以太网连接地进行负载平衡。 其他服务器系统放弃负载平衡并配置额外的服务器，而其它系统使用从客户端到服务器的 冗余以太网连接，并对从客户端到服务器的以太网连接进行负载平衡，使得冗余数据服务器由于负载平衡而一直处于使用中。这些系统提供足够的结果，但是，需要对存储区域网络 的效率的更大的增强，以实现负载平衡的流数据和冗余。系统根据本发明的非限制性示例提供数据，并包括可以是诸如光存储设备之类的 数据存储驱动器的多个数据存储设备。诸如视频服务器之类的多个服务器连接到该多个数 据存储设备，并访问数据存储设备，以应客户端请求向多个客户端提供流数据。在其中一个 服务器发生故障之后，使用分布算法在剩余服务器之间均等地分配剩余服务器上的负载， 该分布算法向服务器组分配双客户端网络连接以便任何一个服务器上的故障会将任何剩 余服务器上的客户端负载增大不超过ceil (C/P)负载，其中，C是访问系统中的多个服务器 的配置的客户端的总数，P是服务器对的总数。在每服务器的客户端负载的相应的非降级的和降级的网络状态下，系统在一个非 限制性示例中在任何一个服务器上具有作为ceil (C/N)或ceil (C/(N-I))中的一个的最大 数量的客户端负载，其中，N包括服务器的总数。在又一方面，存在为取得硬件路径冗余而 缩放的每一客户端和服务器之间的“η”个网络接口。每一客户端和服务器之间的网络接口 可以使用双客户端网络连接，作为物理端口连接，例如，相应的客户端和服务器之间的以太 网端口。在又一方面，数据包括电视广播行业中所使用的视频数据。多个存储数据驱动器 和服务器构成存储区域网络(SAN)。一个或多个服务器框架可以支持多个服务器。光纤通 道交换机可以互连诸如光存储驱动器之类的多个服务器和驱动器。以下阐述方法方面和存储区域网络。当根据各个附图考虑时，从随后的对本发明的详细描述，本发明的其他目标、特点 和优点将变得显而易见，其中
图1是示出了根据非限制性示例可以被修改供使用的不同的视频服务器和相关 组件的存储区域网络(SAN)的图。图2是示出了存储区域网络中的每个客户端组有一个数据服务器的图形。图3是类似于图2的另一图形，并示出了存储区域网络中的备用服务器备选。图4是类似于图2的另一图形，并示出了存储区域网络中的带有从客户端到服务 器的冗余连接的备用备选。图5是根据本发明的非限制性示例的存储区域网络中的客户端和服务器的数据 连接的图。图6是示出了根据本发明的非限制性示例的存储区域网络中的客户端和服务器 的外部网络结构的另一图。下面将参考各个附图比较全面地描述不同的实施例，在附图中，示出了优选实施 例。可以阐述许多不同的形式，所描述的实施例不应该解释为仅限于此处所阐述的实施例。 相反，提供这些实施例是为了使本公开完整和彻底，并向那些精通本领域的技术人员全面 地表达本发明的范围。相似的附图标记遍及附图表示的相似的元件。图1是示出了基本组件可以被修改以支持多个广播质量视频流的图形，根据本发 明的非限制性示例，这些视频流可以包括距离配对分布算法，以便在多个客户端和服务器 之间分配负载。远程位置包括计算机10，例如PC，其具有通过通信网络14到存储区域网络 16的连接。通信网络14可以是局域网(LAN)或广域网(WAN)。在相应的服务器平台21上各自都包括各种代理20，这些代理20通过防火墙22连接到远程位置计算机10。代理20也 连接到计算机服务器，例如，视频或其他数据服务器24，比如佛罗里达州墨尔本市的Harris Corporation制造的视频服务器的Nexio 线。视频服务器通过光纤通道交换机26和光纤 通道线28和端口连接而连接到各种存储设备，例如光纤通道存储设备30，在此非限制性示 例中是光存储设备。以太网交换机可以作为SAN和编辑工作站的一部分被包括进来。图1 所示出的存储区域网络16涵盖电视广播行业中所使用的完全视频存储区域网络。可以在存储区域网络中使用远程服务器诊断，比如由佛罗里达州墨尔本市的 Harris Corporation制造的Nexio Pilot系统，以允许广播公司从远程位置10跨局域网 或广域网14监视存储区域网络的状况和操作参数，如图1所示。与服务器平台21上的代 理21 —起工作，这种系统可使用户能够关注系统诊断，并进行关键的设置调整。可以配置 和激活警告_阈值级别，以在设备问题变成播出中的故障之前将它们诊断出来。标准的简 单网络管理协议(SNMP)可以充当便于交换管理信息的应用层协议。诸如由软件程序监视 的不同的系统设置参数和存储器错误，例如，也可以监视的廉价磁盘冗余阵列(RAID)、光纤 通道问题，电源供应状态及系统的其他方面。可以使用不同的视频服务器作为完整的系统来分发高清晰度(HD)和标准清晰度 (SD)内容。音频、视频和元数据可以利用全软件编解码器来访问，以便编码和解码带有不 同的压缩格式的媒体。这允许广播者通过视频服务器和光存储设备立刻访问他们的媒体资 产，所述媒体资产规模可以达到上千小时的同时可访问内容。该系统可以承受多个驱动器 故障并可以支持AES、MPEG层2和压缩的多通道音频，并提供陆地、卫星、电缆和IP分布。 高清晰度和标准清晰度数据可以在一个存储区域网络中混合。可以使用不同的视频服务器节点，例如，NX3600HDX或HDI、HD/SD和NX4000TXS SD 传输服务器作为非限制性示例，它们由佛罗里达州墨尔本市的Harris Corporation制造。 光纤通道结构交换机26可以为SAN 16 (甚至每个SAN带有许多设备)提供故障转移功能。 可以使用不同类型的带有热插拔存储和每个底盘不同的基带信道的集成的存储器，例如， USB及其他千兆字节以太网传导性，包括，FireWire 传导性。共享存储器可以包括用于高清晰度输出(解码)的同时信道和用于编码的不同信 道输入的多个千兆字节驱动器。用户界面应用和服务器功能在非限制性示例中提供对于采 集和播出的编解码器控制和从磁带中采集。还可以使用连接到采集设备和企业级存储区域 网络(XSAN)的通用因特网文件系统(CIFS)和不同的离线和在线工作站。例如，可以在野外经由卫星或者从基于文件的分发系统获取录像，并将其存储在 存储区域网络中，在存储区域网络中，对于协作和共享媒体环境，可以由新闻编辑部主任、 制作者、记者、编辑人员和技术人员同时访问。如此，许多不同的人可以共享项目，并直接对 现有和传入的文件进行处理，并且避免在各系统之间使用文件传输协议(FTP)的文件交换 和不同的要求。可以同时编辑存储在存储区域网络上的录像。稍后，阐述了视频传输服务 器的非限制性规范作为这样的视频服务器的许多可能的规范的一个示例。如那些本领域技 术人员所了解的，可以使用许多不同类型的视频服务器及其他数据服务器。图2是示出了若干个数据服务器50 (例如，如上文所提及的视频服务器)的图形， (被示为数据服务器0到数据服务器N)，其中，与客户端组0到客户端组N相对应的客户端 52使用到数据服务器的双以太网连接维护冗余连接，并跨被示为带有到客户端52的子网1和子网2的两个以太网连接进行负载平衡。术语“数据服务器”一般用来描述用于流式传 送数据(例如，视频或其他数据)的服务器。图2示出了数据服务器0和数据服务器N，每 一个都通过第一和第二子网连接到相应的客户端组0成员和客户端组N成员。此配置具有 多个优点，包括从客户端52到服务器50的冗余以太网连接，从客户端52到服务器50的负 载平衡的以太网连接，以及低服务器群体。图2所示出的这样的体系结构的其中一个缺点 是非冗余数据服务器。对于图2所示出的体系结构，数据服务器50的故障将导致所有附接 的客户端52的故障，因为两条以太网链路将同时发生故障。这可以通过放弃负载平衡和配置诸如图3所示出的一个额外的服务器来进行避 免，即数据服务器N+1，使得此服务器变成系统中的每个客户端的备份连接。图3示出了另 外的数据服务器N+1。在图3所示出的此配置中不使用负载平衡，因为所有客户端组的负载 将淹没冗余服务器N+1。在此配置中，主服务器(服务器1到N)处理100%的客户端负载， 而备份服务器N+1不处理负载，除非1到N组中的主服务器发生故障。此配置具有多个优 点，包括从客户端52到服务器50的冗余以太网连接，冗余数据服务器(N+1)和任何所需的 服务器群体中的无足轻重的增大。图3所示出的配置可具有一些缺点，主要在于没有从客 户端52到服务器50的负载平衡的以太网连接。例如，冗余服务器N+1会悄悄地发生故障， 并需要调度的人工测试来验证其性能。图3所示出的体系结构的可能缺点可以通过将每一客户端组连接到两个服务器 来加以避免，每一个服务器都能够支持如图4所示的所有客户端的满负载，数据服务器0和 1连接到客户端组0，而数据服务器2N-1和2N连接到客户端组N。当该系统在非降级状态 下运转时，每一服务器都只被加载到其潜在负载的50%。图3所示出的该客户端_服务器 体系结构的优点是从客户端到服务器的冗余以太网连接，从客户端到服务器的负载平衡的 以太网连接，以及由于负载平衡而持续使用的冗余数据服务器，其不可能悄悄地发生故障 而没有通知。一个可能的缺点是服务器群体必须翻倍，这会增大整个存储区域网络的成本 和复杂度。下面是对根据本发明的非限制性示例的分布算法的描述。该分布算法在实时数据 传输环境中提供网络服务冗余，自动建立冗余服务连接，无空闲服务器用于冗余，以及在故 障事件期间在剩余服务器上的附加负载最小。在整个本描述中，使用不同的术语作为一般术语。例如，术语“数据服务器”可以 与在至少一个物理以太网接口上提供流数据服务的计算机服务器，例如，如前面所指出的， 从服务器流式传送视频数据，也被称为“视频服务器”的相对应。术语“客户端”可以与计 算机相对应，该计算机经由诸如网络接口卡之类的物理接口使用通用以太网协议附接到至 少一个而优选地一个以上的数据服务器以发送或接收流数据。例如，客户端可以是接收视 频数据来进行编辑的新闻编辑器。术语“客户端负载”可以对应于作为.5*(到该服务器的 活动以太网连接的数量)的来自特定客户端的每一服务器上的负载。NIC(网络接口卡) 可以与用于通过网络发送和接收数据的一个物理端口(例如，以太网端口)相对应。在整 个本说明书中，服务器和数据服务器可以可互换地使用。网络接口卡(NIC)也可以被称为 网卡、网络适配器或LAN适配器，例如，允许计算机通过计算机网络进行通信的硬件。此设 备通常是OSI层1、物理层设备和层2设备，并提供低级别的寻址。它通常被用作以太网网 卡，并包括唯一 48比特序列号作为媒体访问控制(MAC)地址，通常存储在卡上携带的ROM中。该设备可以用于不同类型的通信，包括轮询、程序输入以及输出、中断驱动的输入和输 出，以及DMA。根据非限制性示例，客户端被分组，以便任何一个服务器的故障平均地增大其他 服务器上的负载并且增大最小的量，如此，消除了图2-4所示出的通用体系结构的缺点。使 用该分布算法来将两个客户端网络连接分配到多种服务器组，以便任何一个服务器的故障 会将任何剩余服务器上的客户端负载增大不超过ceil (C/P)负载，其中，C是系统中的配置 的客户端的总数，P是服务器对的总数。服务器可以包含一个或多个物理网络接口。在一 个非限制性示例中，如下面所说明的，使用距离配对分布算法。该分布算法使用距离配对分布公式，并具有若干个限定公式。输入a)N =数据服务器的数量；以及b)c =特定客户端编号，从0开始。输出=s0, si =分配给客户端c的数据服务器，从0开始。算法a)P = N*(N-I)作为服务器对的数量；b)k = c mod P作为要使用的服务器对，从0开始，服务器对按距离顺序枚举；c)d= INT(k/N)+l作为该对服务器之间的距离；d)s0 = k mod N作为分配给该客户端的第一服务器；以及e)sl = (sO+d)mod N作为分配给该客户端的第二服务器。图5示出了在非限制性方面使用距离配对分配公式来进行的客户端和服务器分 配的示例。例如，a)数据服务器的数量=4 ；以及b)数据服务器对的数量⑵=12 ；以及 c)配置的客户端的数量=24。在数据连接表示中示出了这种情况，其中，在100，102，104 和106示出四个服务器，并且示出了它们的到带有编号的各个客户端110的连接，以及作为 第一服务器SO和第二服务器Sl的已分配的服务器。表1是作为非限制性的示例的表格表不。表 权利要求
1.一种用于分发数据的系统，包括存储数据的多个数据存储设备；以及连接到所述多个数据存储设备的多个服务器，所述多个服务器访问所述数据存储设备 以应来自于多个客户端的请求向所述多个客户端提供流式数据，其中，在其中一个所述服 务器发生故障之后，使用向服务器组分配双客户端网络连接的分布算法均等地分布剩余服 务器上的负载，以便任何一个服务器上的故障将使任何剩余服务器上的客户端负载增大不 超过ceil(C/P)负载，其中，C是访问系统中的该多个服务器的所配置的客户端的总数，而P 是服务器对的总数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，任何一个服务器上的客户端负载的最大数量包 括对于每服务器的客户端负载，在相应的非降级的和降级的网络状态下为ceil(C/N)或 ceil (C/ (N-I))中的一个，其中，N包括服务器的总数。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括每个客户端和服务器之间的“η”个网络接口，其 被缩放以用于硬件路径冗余。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括每个客户端和使用双客户端网络连接的服务器 之间的网络接口。
5.一种用于在电视广播系统中向客户端提供流式视频数据的存储区域网络，包括存储视频数据并使用光纤通道连接互连的多个光存储驱动器；连接到所述光存储驱动器的至少一个光纤通道交换机；以及多个视频服务器，每个视频服务器具有连接到客户端的至少一个网络接口卡(NIC)，其 中，所述多个视频服务器连接到所述至少一个光纤交换机，以便访问所述光存储驱动器，以 应客户端的请求通过NIC向所述客户端提供流式视频数据，其中，在其中一个所述视频服 务器发生故障之后，使用根据距离配对分布算法向视频服务器分配客户端的分布算法均等 地分布剩余视频服务器上的负载，在所述距离配对分布算法中，对于每个视频服务器，两个 网络客户端被组成组，以便任何一个视频服务器上故障将使任何剩余视频服务器上的客户 端负载增大不超过ceil (C/P)负载，其中，C是访问系统中的多个视频服务器的所配置的客 户端的总数，而P是视频服务器对的总数，并且NIC被在网络中循环地分配。
6.根据权利要求5所述的存储区域网络，其中，任何一个视频服务器上的客户端负载 的最大数量包括对于每服务器的客户端负载，在相应的非降级的和降级的网络状态下为 ceil(C/N)或ceil (C/(N-I))中的一个，其中，N包括视频服务器的总数。
7.根据权利要求5所述的存储区域网络，还包括每个客户端和服务器之间的“η”个网 络接口，其被缩放以用于硬件路径冗余。
8.一种用于分发数据的方法，包括将数据存储在多个数据存储设备内；使用连接到所述数据存储设备的多个服务器来访问所述数据，以应客户端请求向所述 客户端提供流式数据；以及在一个服务器发生故障之后，通过向服务器组分配双客户端网络连接，均等地分布剩 余服务器上的负载，使得任何一个服务器上的故障将使任何剩余服务器上的客户端负载增 大不超过ceil(C/P)负载，其中，C是访问系统中的多个服务器的所配置的客户端的总数， 而P是服务器对的总数。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在每服务器的客户端负载的相应的非降级的和 降级的网络状态下按照ceil (C/N)或ceil (C/(N-I))中的一个在任何一个服务器上的最大 数量的客户端负载之间分布负载，其中，N包括服务器的总数。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括使用每个客户端和服务器之间的“η”个网络接 口进行缩放以用于硬件路径冗余。
全文摘要
一种系统分发数据并包括多个数据存储设备。诸如视频服务器之类的多个服务器连接到该多个数据存储设备，并访问数据存储设备以应客户端请求向多个客户端提供流式数据。在其中一个服务器发生故障之后，使用向服务器组分配双客户端网络连接的分布算法，均等地分配剩余服务器上的负载，以便任何一个服务器上的故障会将任何剩余服务器上的客户端负载增大不超过ceil(C/P)负载，其中，C是访问系统中的多个服务器的所配置的客户端的总数，而P是服务器对的总数。
文档编号H04L29/06GK101999225SQ200980112854
公开日2011年3月30日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年3月13日
发明者H·S·克里夫, M·皮特里斯库 申请人:哈里公司