資料備份與資料容災全解析

資料備份與資料容災全解析      一、資料容災與資料備份的聯絡     企業關鍵資料丟失會中斷企業正常商務運行，造成巨大經濟損失。要保護資料，企業需要備份容災系統。但是很多企業在搭建了備份系統之後就認為高枕無憂了，其實還需要搭建容災系統。資料容災與資料備份的聯絡主要體現在以下幾個方面：      1. 資料備份是資料容災的基礎     資料備份是資料高可用的最後一道防線，其目的是為了系統資料崩潰時能夠快速的恢複資料。雖然它也算一種容災方案，但這種容災能力非常有限，因為傳統的備份主要是採用資料內建或外置的磁帶機進行冷備份，備份磁帶同時也在機房中統一管理，一旦整個機房出現了災難，如火災、盜竊和地震等災難時，這些備份磁帶也隨之銷毀，所儲存的磁帶備份也起不到任何容災功能。      2．容災不是簡單備份     真正的資料容災就是要避免傳統冷備份所具有先天不足，它能在災難發生時，全面、及時地恢複整個系統。容災按其容災能力的高低可分為多個層次，例如國際標準SHARE 78 定義的容災系統有七個層次：從最簡單的僅在本地進行磁帶備份，到將備份的磁帶儲存在異地，再到建立應用系統即時切換的異地備份系統，恢復也可以從幾天到小時級到分鐘級、秒級或0資料丟失等。
無論是採用哪種容災方案，資料備份還是最基礎的，沒有備份的資料，任何容災方案都沒有現實意義。但光有備份是不夠的，容災也必不可少。容災對於IT而言，就是提供一個能防止各種災難的電腦資訊系統。從技術上看，衡量容災系統有兩個主要指標：RPO（Recovery Point Object）和RTO（Recovery Time Object），其中RPO代表了當災難發生時允許丟失的資料量；而RTO則代表了系統復原的時間。      3. 容災不僅是技術     容災是一個工程，而不僅僅是技術。目前很多客戶還停留在對容災技術的關註上，而對容災的流程、規範及其具體措施還不太清楚。也從不對容災方案的可行性進行評估，認為只要建立了容災方案即可高枕無憂，其實這具有很大風險的。特別是在一些中小企業中，認為自己的企業為了資料備份和容災，整年花費了大量的人力和財力，而結果幾年下來根本就沒有發生任何大的災難，於是放鬆了警惕。可一旦發生了災難時，後悔晚矣。這一點國外的跨國公司就做得非常好，儘管幾年下來的確未出現大的災難，備份了那麼磁帶，幾乎沒有派上任何用場，但仍一如既往、非常認真地做好每一步，並且基本上每月都有對現行容災方案的可行性進行評估，進行實地演練。     二、資料容災等級     設計一個容災備份系統，需要考慮多方面的因素，如備份/恢複資料量大小、應用資料中心和備援資料中心之間的距離和資料轉送方式、災難發生時所要求的恢複速度、備援中心的管理及投入資金等。根據這些因素和不同的應用場合，常見的容災備份等級有以下四個：      第0級：本地備份、本地儲存的冷備份     這一級容災備份，實際上就是上面所指的資料備份。它的容災恢複能力最弱，它只在本地進行資料備份，並且被備份的資料磁帶只在本地儲存，沒有送往異地。    在這種容災方案中，最常用的裝置就是磁帶機，當然根據實際需要可以是手工載入磁帶機，也可以是自動載入磁帶機。前者主要適用於儲存資料容量較小的中小型企業，主要產品有IBM的TotalStorage Ultrium 外置式磁帶機 3580，單盒磁碟窩囊可達200GB，壓縮後可儲存400GB資料，可滿足絕大多數中小企業，乃至大型企業資料備份需求。HP的磁帶機產品線更是非常全面，手工載入的磁帶機目前主要有HP Surestore DAT 24、HP Surestore DAT 40、HP StorageWorks DAT 72，它們單盤磁帶所能儲存的容量分別是24GB、40GB和72GB，不同使用者可靈活選擇，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。     自動載入磁帶機中IBM主要有 TotalStorage企業磁帶機 3592，HP有StorageWorks DAT 40x6T等。      註：以上只是拿IBM和HP這兩個著名品牌的產品作代表進行說明，其實還有許多其它品牌的磁帶機產品可選擇，如日立、索尼、富士通等。除了選擇磁帶機外，還可選擇磁帶庫、光碟片塔、光碟片庫等存放裝置進行本地備份儲存。     第1級：本地備份、異地儲存的冷備份     在本地將關鍵資料備份，然後送到異地儲存，如交由銀行保管。災難發生後，按預定資料恢複程式恢複系統和資料。這種容災方案也是採用磁帶機等存放裝置進行本地備份，這些磁帶裝置的選擇可參見前面介紹。同樣還可以選擇磁帶庫、光碟片庫等存放裝置。     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磁帶被除數盜、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，萬一出現了地震、戰爭之類的自然災難，這些備份磁碟還是難逃厄運。      第2級：熱備份網站備份     在異地建立一個熱備份點，通過網路進行資料備份。也就是通過網路以同步或非同步方式，把主要站台的資料備份到備份網站。備份網站一般只備份資料，不承擔業務，拓撲結構。當出現災難時，備份網站接替主要站台的業務，從而維護業務啟動並執行連續性。     這種異地遠端資料容災方案的容災地點通常要選擇在距離本地不小於20公裡的範圍，採用與本地磁碟陣列相同的配置，通過光纖以雙冗餘方式接入到SAN網路中，實現本地關鍵應用資料的即時同步複製。在本機資料及整個應用系統出現災難時，系統至少在異地儲存有一份可用的關鍵業務的鏡像資料。該資料是本地生產資料的完全即時拷貝。對於企業網來說，建立的資料容災系統由主要資料中心和備份資料中心組成。     其中，主要資料中心採用高可靠性叢集解決方案設計，備份資料中心與主要資料中心通過光纖相串連。主要資料中心系統配置主機包括兩台或多台伺服器以及其他相關伺服器，通過安裝HA軟體組成多機高可靠性環境。資料存放區在主要資料中心儲存磁碟陣列中。同時，在異地備份資料中心配置相同結構的儲存磁碟陣列和一台或多台備份伺服器。通過專用的災難恢複軟體可以自動實現主要資料中心儲存資料與備份資料中心資料的即時完全備份。在主要資料中心，按照使用者要求，還可以配置磁帶備份伺服器，用來安裝備份軟體和磁帶庫。備份伺服器直接連接到存放裝置陣列和磁帶庫，控制系統的日常資料的磁帶備份。其中，光傳輸裝置作為兩個資料中心之間的傳輸裝置，兩個資料中心利用光傳輸裝置通過光纖組成光自愈環，可提供總共高達80G（保護）和160G（非保護）的通訊頻寬。      第3級：活動互援備份     這種異地容災方案與前面介紹的熱備份網站備份方案差不多，不同的只是的主、從系統不再是固定的，而是互為對方的備份系統。這兩個資料中心系統分別在相隔較遠的地方建立，它們都處於工作狀態，並進行相互資料備份。當某個資料中心發生災難時，另一個資料中心接替其工作任務。通常在這兩個系統中的光纖裝置串連中還提供冗餘通道，以備工作通道出現故障時及時接替工作，當然採取這種容災方式的主要是資金實力較為雄厚的大型企業和電信級企業。     這種層級的備份根據實際要求和投入資金的多少，又可分為兩種：      ①兩個資料中心之間只限於關鍵資料的相互備份；
     ②兩個資料中心之間互為鏡像，即零資料丟失等。零資料丟失是目前要求最高的一種容災備份方式，它要求不管什麼災難發生，系統都能保證資料的安全。所以，它需要配置複雜的管理軟體和專用的硬體裝置，需要投資相對而言是最大的，但恢複速度也是最快的。     以上兩種熱備份方式就不再是傳統的磁帶冷備份方式了，而是通SAN之類先進的通道技術，把伺服器資料同步，或非同步儲存（鏡像方式）在遠程專用存放裝置（也可以是磁帶裝置）上。     在以上兩種熱備份容災方案中，主要的裝置包括磁碟陣列、光纖交換器或磁碟機等。的是HP的一款低檔磁碟陣列HP StorageWorks MSA1000，為一款高檔虛擬磁碟陣列HP StorageWorks Virtual Array 7410產品。     IBM的一款企業級光纖交換器——TotalStorage® SAN 交換器 F32產品，它可提供32個光纖交換連接埠；而是一款中檔光纖交換器——TotalStorage® SAN交換器F16，它可提供16個光纖交換連接埠。     三、異地容災技術     在建立容災備份系統時會涉及到多種技術，如：SAN或NAS技術、遠程鏡像技術、虛擬儲存、基於IP的SAN的互連技術、快照技術等。      1. 遠程鏡像技術     遠程鏡像技術是在主要資料中心和備援中心之間的資料備份時用到。鏡像是在兩個或多個磁碟或磁碟子系統上產生同一個資料的鏡像視圖的資訊預存程序，一個叫主鏡像系統，另一個叫從鏡像系統。按主從鏡像儲存系統所處的位置可分為本地鏡像和遠程鏡像。     遠程鏡像又叫遠程複製，是容災備份的核心技術，同時也是保持遠端資料同步和實現災難恢複的基礎。遠程鏡像按請求鏡像的主機是否需要遠程鏡像網站的確認資訊，又可分為同步遠程鏡像和非同步遠程鏡像。     同步遠程鏡像（同步複製技術）是指通過遠程鏡像軟體，將本機資料以完全同步的方式複製到異地，每一本地的I/O事務均需等待遠程複製的完成確認資訊，方予以釋放。同步鏡像使遠程拷貝總能與本地機要求複製的內容相匹配。當主要站台出現故障時，使用者的應用程式切換到備份的替代網站後，被鏡像的遠程副本可以保證業務繼續執行而沒有資料的丟失。但它存在往返傳播造成延時較長的缺點，只限於在相對較近的距離上應用。     非同步遠程鏡像（非同步複製技術）保證在更新遠程儲存視圖前完成向本機存放區系統的基本I/O操作，而由本機存放區系統提供給請求鏡像主機的I/O操作完成確認資訊。遠端資料複製是以背景同步處理的方式進行的，這使本地系統效能受到的影響很小，傳輸距離長（可達1000公裡以上），對網路頻寬要求小。但是，許多遠端從屬儲存子系統的寫沒有得到確認，當某種因素造成資料轉送失敗，可能出現資料一致性問題。為瞭解決這個問題，目前大多採用延遲複製的技術，即在確保本機資料完好無損後進行遠端資料更新。      2．快照技術     遠程鏡像技術往往同快照技術結合起來實現遠程備份，即通過鏡像把資料備份到遠程儲存系統中，再用快照技術把遠程儲存系統中的資訊備份到遠端磁帶庫、光碟片庫中。     快照是通過軟體對要備份的磁碟子系統的資料快速掃描，建立一個要備份資料的快照邏輯單元編號LUN和快照cache，在快速掃描時，把備份過程中即將要修改的資料區塊同時快速拷貝到快照cache中。快照LUN是一組指標，它指向快照cache和磁碟子系統中不變的資料區塊（在備份過程中）。在正常業務進行的同時，利用快照LUN實現對原資料的一個完全的備份。它可使使用者在正常業務不受影響的情況下，即時提取當前線上業務資料。其“備份視窗”接近於零，可大大增加系統業務的連續性，為實現系統真正的7×24運轉提供了保證。     快照是通過記憶體作為緩衝區（快照cache），由快照軟體提供系統磁碟儲存的即時資料映像，它存在緩衝區調度的問題。      3．互連技術     早期的主要資料中心和備援資料中心之間的資料備份，主要是基於SAN的遠程複製（鏡像），即通過光纖通道FC，把兩個SAN串連起來，進行遠程鏡像（複製）。當災難發生時，由備援資料中心替代主要資料中心保證系統工作的連續性。這種遠程容災備份方式存在一些缺陷，如：實現成本高、裝置的互通性差、跨越的地理距離短（10公裡）等，這些因素阻礙了它的進一步推廣和應用。     目前，出現了多種基於IP的SAN的遠端資料容災備份技術。它們是利用基於IP的SAN的互連協議，將主要資料中心SAN中的資訊通過現有的TCP/IP網路，遠程複製到備援中心SAN中。當備援中心儲存的資料量過大時，可利用快照技術將其備份到磁帶庫或光碟片庫中。這種基於IP的SAN的遠程容災備份，可以跨越LAN、MAN和WAN，成本低、可擴充性好，具有廣闊的發展前景。基於IP的互連協議包括：FCIP、iFCP、Infiniband、iSCSI等。      4. 虛擬儲存     在有些容災方案產品中，還採取了虛擬儲存技術，如西瑞異地容災方案。虛擬化儲存技術在系統彈性和可擴充性上開創了新的局面。它將幾個IDE或SCSI磁碟機等不同的存放裝置串聯為一個儲存池。儲存叢集的整個儲存容量可以分為多個邏輯卷，並作為虛擬分區進行管理。儲存由此成為一種功能而非物理屬性，而這正是基於伺服器的儲存結構存在的主要限制。     虛擬儲存系統還提供了動態改變邏輯卷大小的功能。事實上，儲存卷的容量可以線上隨意增加或減少。可以通過在系統中增加或減少物理磁碟的數量來改變叢集中邏輯卷的大小。這一功能允許卷的容量隨使用者的即時要求動態改變。另外，儲存卷能夠很容易的改變容量，移動和替換。安裝系統時，只需為每個邏輯卷分配最小的容量，並在磁碟上留出剩餘的空間。隨著業務的發展，可以用剩餘空間根據需要擴充邏輯卷。你也可以將資料線上從舊磁碟機轉移到新的磁碟機上，而不中斷服務的運行。     儲存虛擬化的一個關鍵優勢是它允許異質系統和應用程式共用存放裝置，而不管它們位於何處。公司將不再需要在每個分部的伺服器上都串連一台磁帶裝置。