數(shù)據(jù)備份與數(shù)據(jù)容災(zāi)全解析2006-10-22 14:14:16
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容災(zāi)備份 [
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數(shù)據(jù)備份與數(shù)據(jù)容災(zāi)全解析
一、數(shù)據(jù)容災(zāi)與數(shù)據(jù)備份的聯(lián)系
企業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失會中斷企業(yè)正常商務(wù)運行，造成巨大經(jīng)濟損失。要保護(hù)數(shù)據(jù)，企業(yè)需要備份容災(zāi)系統(tǒng)。但是很多企業(yè)在搭建了備份系統(tǒng)之后就認(rèn)為高枕無憂了，其實還需要搭建容災(zāi)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)容災(zāi)與數(shù)據(jù)備份的聯(lián)系主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1. 數(shù)據(jù)備份是數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)
數(shù)據(jù)備份是數(shù)據(jù)高可用的最后一道防線，其目的是為了系統(tǒng)數(shù)據(jù)崩潰時能夠快速的恢復(fù)數(shù)據(jù)。雖然它也算一種容災(zāi)方案，但這種容災(zāi)能力非常有限，因為傳統(tǒng)的備份主要是采用數(shù)據(jù)內(nèi)置或外置的磁帶機進(jìn)行冷備份，備份磁帶同時也在機房中統(tǒng)一管理，一旦整個機房出現(xiàn)了災(zāi)難，如火災(zāi)、盜竊和地震等災(zāi)難時，這些備份磁帶也隨之銷毀，所存儲的磁帶備份也起不到任何容災(zāi)功能。
2．容災(zāi)不是簡單備份
真正的數(shù)據(jù)容災(zāi)就是要避免傳統(tǒng)冷備份所具有先天不足，它能在災(zāi)難發(fā)生時，全面、及時地恢復(fù)整個系統(tǒng)。容災(zāi)按其容災(zāi)能力的高低可分為多個層次，例如國際標(biāo)準(zhǔn)SHARE 78 定義的容災(zāi)系統(tǒng)有七個層次：從最簡單的僅在本地進(jìn)行磁帶備份，到將備份的磁帶存儲在異地，再到建立應(yīng)用系統(tǒng)實時切換的異地備份系統(tǒng)，恢復(fù)時間也可以從幾天到小時級到分鐘級、秒級或0數(shù)據(jù)丟失等。
無論是采用哪種容災(zāi)方案，數(shù)據(jù)備份還是最基礎(chǔ)的，沒有備份的數(shù)據(jù)，任何容災(zāi)方案都沒有現(xiàn)實意義。但光有備份是不夠的，容災(zāi)也必不可少。容災(zāi)對于IT而言，就是提供一個能防止各種災(zāi)難的計算機信息系統(tǒng)。從技術(shù)上看，衡量容災(zāi)系統(tǒng)有兩個主要指標(biāo)：RPO（Recovery Point Object）和RTO（Recovery Time Object），其中RPO代表了當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時允許丟失的數(shù)據(jù)量；而RTO則代表了系統(tǒng)恢復(fù)的時間。
3. 容災(zāi)不僅是技術(shù)
容災(zāi)是一個工程，而不僅僅是技術(shù)。目前很多客戶還停留在對容災(zāi)技術(shù)的關(guān)注上，而對容災(zāi)的流程、規(guī)范及其具體措施還不太清楚。也從不對容災(zāi)方案的可行性進(jìn)行評估，認(rèn)為只要建立了容災(zāi)方案即可高枕無憂，其實這具有很大風(fēng)險的。特別是在一些中小企業(yè)中，認(rèn)為自己的企業(yè)為了數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)，整年花費了大量的人力和財力，而結(jié)果幾年下來根本就沒有發(fā)生任何大的災(zāi)難，于是放松了警惕?？梢坏┌l(fā)生了災(zāi)難時，后悔晚矣！這一點國外的跨國公司就做得非常好，盡管幾年下來的確未出現(xiàn)大的災(zāi)難，備份了那么磁帶，幾乎沒有派上任何用場，但仍一如既往、非常認(rèn)真地做好每一步，并且基本上每月都有對現(xiàn)行容災(zāi)方案的可行性進(jìn)行評估，進(jìn)行實地演練。
二、數(shù)據(jù)容災(zāi)等級
設(shè)計一個容災(zāi)備份系統(tǒng)，需要考慮多方面的因素，如備份/恢復(fù)數(shù)據(jù)量大小、應(yīng)用數(shù)據(jù)中心和備援?dāng)?shù)據(jù)中心之間的距離和數(shù)據(jù)傳輸方式、災(zāi)難發(fā)生時所要求的恢復(fù)速度、備援中心的管理及投入資金等。根據(jù)這些因素和不同的應(yīng)用場合，常見的容災(zāi)備份等級有以下四個：
第0級：本地備份、本地保存的冷備份
這一級容災(zāi)備份，實際上就是上面所指的數(shù)據(jù)備份。它的容災(zāi)恢復(fù)能力最弱，它只在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，并且被備份的數(shù)據(jù)磁帶只在本地保存，沒有送往異地。
在這種容災(zāi)方案中，最常用的設(shè)備就是磁帶機，當(dāng)然根據(jù)實際需要可以是手工加載磁帶機，也可以是自動加載磁帶機。前者主要適用于存儲數(shù)據(jù)容量較小的中小型企業(yè)，主要產(chǎn)品有IBM的TotalStorage Ultrium 外置式磁帶機 3580，單盒磁盤窩囊可達(dá)200GB，壓縮后可存儲400GB數(shù)據(jù)，可滿足絕大多數(shù)中小企業(yè)，乃至大型企業(yè)數(shù)據(jù)備份需求。HP的磁帶機產(chǎn)品線更是非常全面，手工加載的磁帶機目前主要有HP Surestore DAT 24、HP Surestore DAT 40、HP StorageWorks DAT 72，它們單盤磁帶所能存儲的容量分別是24GB、40GB和72GB，不同用戶可靈活選擇，另外HP還有一個LTO-Ultrium磁帶機系列磁帶機和DLT/SDLT系列磁帶機。
自動加載磁帶機中IBM主要有 TotalStorage企業(yè)磁帶機 3592，HP有StorageWorks DAT 40x6T等。
注：以上只是拿IBM和HP這兩個著名品牌的產(chǎn)品作代表進(jìn)行說明，其實還有許多其它品牌的磁帶機產(chǎn)品可選擇，如日立、索尼、富士通等。除了選擇磁帶機外，還可選擇磁帶庫、光盤塔、光盤庫等存儲設(shè)備進(jìn)行本地備份存儲。
第1級：本地備份、異地保存的冷備份
在本地將關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份，然后送到異地保存，如交由銀行保管。災(zāi)難發(fā)生后，按預(yù)定數(shù)據(jù)恢復(fù)程序恢復(fù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。這種容災(zāi)方案也是采用磁帶機等存儲設(shè)備進(jìn)行本地備份，這些磁帶設(shè)備的選擇可參見前面介紹。同樣還可以選擇磁帶庫、光盤庫等存儲設(shè)備。
我們常常見到一些公司為了避免備份磁帶因機房安全問題而出現(xiàn)磁帶被除數(shù)盜、被毀，通常是把備份磁帶，特別是月以上的備份磁帶放入專門的保險柜，甚至租用銀行的專門保險箱來存放這些備份磁帶。但這還不能說是萬元一失，原因就是，一般來說這些保管磁帶的地點與所在公司在同一城市中，萬一出現(xiàn)了地震、戰(zhàn)爭之類的自然災(zāi)難，這些備份磁盤還是難逃厄運。
第2級：熱備份站點備份
在異地建立一個熱備份點，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。也就是通過網(wǎng)絡(luò)以同步或異步方式，把主站點的數(shù)據(jù)備份到備份站點。備份站點一般只備份數(shù)據(jù)，不承擔(dān)業(yè)務(wù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)難時，備份站點接替主站點的業(yè)務(wù)，從而維護(hù)業(yè)務(wù)運行的連續(xù)性。
這種異地遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)方案的容災(zāi)地點通常要選擇在距離本地不小于20公里的范圍，采用與本地磁盤陣列相同的配置，通過光纖以雙冗余方式接入到SAN網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)本地關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)的實時同步復(fù)制。在本地數(shù)據(jù)及整個應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難時，系統(tǒng)至少在異地保存有一份可用的關(guān)鍵業(yè)務(wù)的鏡像數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是本地生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完全實時拷貝。對于企業(yè)網(wǎng)來說，建立的數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)由主數(shù)據(jù)中心和備份數(shù)據(jù)中心組成。
其中，主數(shù)據(jù)中心采用高可靠性集群解決方案設(shè)計，備份數(shù)據(jù)中心與主數(shù)據(jù)中心通過光纖相連接。主數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)配置主機包括兩臺或多臺服務(wù)器以及其他相關(guān)服務(wù)器，通過安裝HA軟件組成多機高可靠性環(huán)境。數(shù)據(jù)存儲在主數(shù)據(jù)中心存儲磁盤陣列中。同時，在異地備份數(shù)據(jù)中心配置相同結(jié)構(gòu)的存儲磁盤陣列和一臺或多臺備份服務(wù)器。通過專用的災(zāi)難恢復(fù)軟件可以自動實現(xiàn)主數(shù)據(jù)中心存儲數(shù)據(jù)與備份數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的實時完全備份。在主數(shù)據(jù)中心，按照用戶要求，還可以配置磁帶備份服務(wù)器，用來安裝備份軟件和磁帶庫。備份服務(wù)器直接連接到存儲陣列和磁帶庫，控制系統(tǒng)的日常數(shù)據(jù)的磁帶備份。其中，光傳輸設(shè)備作為兩個數(shù)據(jù)中心之間的傳輸設(shè)備，兩個數(shù)據(jù)中心利用光傳輸設(shè)備通過光纖組成光自愈環(huán)，可提供總共高達(dá)80G（保護(hù)）和160G（非保護(hù)）的通信帶寬。
第3級：活動互援備份
這種異地容災(zāi)方案與前面介紹的熱備份站點備份方案差不多，不同的只是的主、從系統(tǒng)不再是固定的，而是互為對方的備份系統(tǒng)。這兩個數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)分別在相隔較遠(yuǎn)的地方建立，它們都處于工作狀態(tài)，并進(jìn)行相互數(shù)據(jù)備份。當(dāng)某個數(shù)據(jù)中心發(fā)生災(zāi)難時，另一個數(shù)據(jù)中心接替其工作任務(wù)。通常在這兩個系統(tǒng)中的光纖設(shè)備連接中還提供冗余通道，以備工作通道出現(xiàn)故障時及時接替工作，當(dāng)然采取這種容災(zāi)方式的主要是資金實力較為雄厚的大型企業(yè)和電信級企業(yè)。
這種級別的備份根據(jù)實際要求和投入資金的多少，又可分為兩種：
①兩個數(shù)據(jù)中心之間只限于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的相互備份；
②兩個數(shù)據(jù)中心之間互為鏡像，即零數(shù)據(jù)丟失等。零數(shù)據(jù)丟失是目前要求最高的一種容災(zāi)備份方式，它要求不管什么災(zāi)難發(fā)生，系統(tǒng)都能保證數(shù)據(jù)的安全。所以，它需要配置復(fù)雜的管理軟件和專用的硬件設(shè)備，需要投資相對而言是最大的，但恢復(fù)速度也是最快的。
以上兩種熱備份方式就不再是傳統(tǒng)的磁帶冷備份方式了，而是通SAN之類先進(jìn)的通道技術(shù)，把服務(wù)器數(shù)據(jù)同步，或異步存儲（鏡像方式）在遠(yuǎn)程專用存儲設(shè)備（也可以是磁帶設(shè)備）上。
在以上兩種熱備份容災(zāi)方案中，主要的設(shè)備包括磁盤陣列、光纖交換機或磁盤機等。的是HP的一款低檔磁盤陣列HP StorageWorks MSA1000，為一款高檔虛擬磁盤陣列HP StorageWorks Virtual Array 7410產(chǎn)品。
IBM的一款企業(yè)級光纖交換機——TotalStorage® SAN 交換機 F32產(chǎn)品，它可提供32個光纖交換端口；而是一款中檔光纖交換機——TotalStorage® SAN交換機F16，它可提供16個光纖交換端口。
三、異地容災(zāi)技術(shù)
在建立容災(zāi)備份系統(tǒng)時會涉及到多種技術(shù)，如：SAN或NAS技術(shù)、遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)、虛擬存儲、基于IP的SAN的互連技術(shù)、快照技術(shù)等。
1. 遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)
遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)是在主數(shù)據(jù)中心和備援中心之間的數(shù)據(jù)備份時用到。鏡像是在兩個或多個磁盤或磁盤子系統(tǒng)上產(chǎn)生同一個數(shù)據(jù)的鏡像視圖的信息存儲過程，一個叫主鏡像系統(tǒng)，另一個叫從鏡像系統(tǒng)。按主從鏡像存儲系統(tǒng)所處的位置可分為本地鏡像和遠(yuǎn)程鏡像。
遠(yuǎn)程鏡像又叫遠(yuǎn)程復(fù)制，是容災(zāi)備份的核心技術(shù)，同時也是保持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步和實現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)的基礎(chǔ)。遠(yuǎn)程鏡像按請求鏡像的主機是否需要遠(yuǎn)程鏡像站點的確認(rèn)信息，又可分為同步遠(yuǎn)程鏡像和異步遠(yuǎn)程鏡像。
同步遠(yuǎn)程鏡像（同步復(fù)制技術(shù)）是指通過遠(yuǎn)程鏡像軟件，將本地數(shù)據(jù)以完全同步的方式復(fù)制到異地，每一本地的I/O事務(wù)均需等待遠(yuǎn)程復(fù)制的完成確認(rèn)信息，方予以釋放。同步鏡像使遠(yuǎn)程拷貝總能與本地機要求復(fù)制的內(nèi)容相匹配。當(dāng)主站點出現(xiàn)故障時，用戶的應(yīng)用程序切換到備份的替代站點后，被鏡像的遠(yuǎn)程副本可以保證業(yè)務(wù)繼續(xù)執(zhí)行而沒有數(shù)據(jù)的丟失。但它存在往返傳播造成延時較長的缺點，只限于在相對較近的距離上應(yīng)用。
異步遠(yuǎn)程鏡像（異步復(fù)制技術(shù)）保證在更新遠(yuǎn)程存儲視圖前完成向本地存儲系統(tǒng)的基本I/O操作，而由本地存儲系統(tǒng)提供給請求鏡像主機的I/O操作完成確認(rèn)信息。遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)復(fù)制是以后臺同步的方式進(jìn)行的，這使本地系統(tǒng)性能受到的影響很小，傳輸距離長（可達(dá)1000公里以上），對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求小。但是，許多遠(yuǎn)程的從屬存儲子系統(tǒng)的寫沒有得到確認(rèn)，當(dāng)某種因素造成數(shù)據(jù)傳輸失敗，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題。為了解決這個問題，目前大多采用延遲復(fù)制的技術(shù)，即在確保本地數(shù)據(jù)完好無損后進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)更新。
2．快照技術(shù)
遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)往往同快照技術(shù)結(jié)合起來實現(xiàn)遠(yuǎn)程備份，即通過鏡像把數(shù)據(jù)備份到遠(yuǎn)程存儲系統(tǒng)中，再用快照技術(shù)把遠(yuǎn)程存儲系統(tǒng)中的信息備份到遠(yuǎn)程的磁帶庫、光盤庫中。
快照是通過軟件對要備份的磁盤子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)快速掃描，建立一個要備份數(shù)據(jù)的快照邏輯單元號LUN和快照cache，在快速掃描時，把備份過程中即將要修改的數(shù)據(jù)塊同時快速拷貝到快照cache中。快照LUN是一組指針，它指向快照cache和磁盤子系統(tǒng)中不變的數(shù)據(jù)塊（在備份過程中）。在正常業(yè)務(wù)進(jìn)行的同時，利用快照LUN實現(xiàn)對原數(shù)據(jù)的一個完全的備份。它可使用戶在正常業(yè)務(wù)不受影響的情況下，實時提取當(dāng)前在線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。其“備份窗口”接近于零，可大大增加系統(tǒng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，為實現(xiàn)系統(tǒng)真正的7×24運轉(zhuǎn)提供了保證。
快照是通過內(nèi)存作為緩沖區(qū)（快照cache），由快照軟件提供系統(tǒng)磁盤存儲的即時數(shù)據(jù)映像，它存在緩沖區(qū)調(diào)度的問題。
3．互連技術(shù)
早期的主數(shù)據(jù)中心和備援?dāng)?shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)備份，主要是基于SAN的遠(yuǎn)程復(fù)制（鏡像），即通過光纖通道FC，把兩個SAN連接起來，進(jìn)行遠(yuǎn)程鏡像（復(fù)制）。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時，由備援?dāng)?shù)據(jù)中心替代主數(shù)據(jù)中心保證系統(tǒng)工作的連續(xù)性。這種遠(yuǎn)程容災(zāi)備份方式存在一些缺陷，如：實現(xiàn)成本高、設(shè)備的互操作性差、跨越的地理距離短（10公里）等，這些因素阻礙了它的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
目前，出現(xiàn)了多種基于IP的SAN的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)備份技術(shù)。它們是利用基于IP的SAN的互連協(xié)議，將主數(shù)據(jù)中心SAN中的信息通過現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程復(fù)制到備援中心SAN中。當(dāng)備援中心存儲的數(shù)據(jù)量過大時，可利用快照技術(shù)將其備份到磁帶庫或光盤庫中。這種基于IP的SAN的遠(yuǎn)程容災(zāi)備份，可以跨越LAN、MAN和WAN，成本低、可擴展性好，具有廣闊的發(fā)展前景?；贗P的互連協(xié)議包括：FCIP、iFCP、Infiniband、iSCSI等。
4. 虛擬存儲
在有些容災(zāi)方案產(chǎn)品中，還采取了虛擬存儲技術(shù)，如西瑞異地容災(zāi)方案。虛擬化存儲技術(shù)在系統(tǒng)彈性和可擴展性上開創(chuàng)了新的局面。它將幾個IDE或SCSI驅(qū)動器等不同的存儲設(shè)備串聯(lián)為一個存儲池。存儲集群的整個存儲容量可以分為多個邏輯卷，并作為虛擬分區(qū)進(jìn)行管理。存儲由此成為一種功能而非物理屬性，而這正是基于服務(wù)器的存儲結(jié)構(gòu)存在的主要限制。
虛擬存儲系統(tǒng)還提供了動態(tài)改變邏輯卷大小的功能。事實上，存儲卷的容量可以在線隨意增加或減少?？梢酝ㄟ^在系統(tǒng)中增加或減少物理磁盤的數(shù)量來改變集群中邏輯卷的大小。這一功能允許卷的容量隨用戶的即時要求動態(tài)改變。另外，存儲卷能夠很容易的改變?nèi)萘?，移動和替換。安裝系統(tǒng)時，只需為每個邏輯卷分配最小的容量，并在磁盤上留出剩余的空間。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，可以用剩余空間根據(jù)需要擴展邏輯卷。你也可以將數(shù)據(jù)在線從舊驅(qū)動器轉(zhuǎn)移到新的驅(qū)動器上，而不中斷服務(wù)的運行。
存儲虛擬化的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它允許異質(zhì)系統(tǒng)和應(yīng)用程序共享存儲設(shè)備，而不管它們位于何處。公司將不再需要在每個分部的服務(wù)器上都連接一臺磁帶設(shè)備。
3月11日 23:39
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