客票系统容灾的四种数据复制技术方案

李 林 上海铁路局信息技术所

1 概述

铁路客票预定与发售信息系统（以下简称客票系统）负载着铁路所有客运营业站的计算机联网售票任务，鉴于铁路在国民经济客货运输中的重要地位，它的稳定、高效运行直接关系到铁路客运生产收入和社会影响。

目前，客票系统已实现了票库集中。在某区域内代售点发售的电子客票均是通过该区域内唯一的后台中心数据库售出，这就对客票主机、存储、网络等提出了更高的要求。客票系统在建立之时就通过对主机、存储配置冗余热备模块来规避单个器件失效的故障，通过双机集群来规避单台服务器失效的故障，通过操作系统LVM 建立双存储间镜像，同时机房建立冗余UPS 供电、空调系统，这些措施对客票信息系统的安全、稳定运行起到了重要作用。

综上所述，虽然客票系统数据中心具备了一定的数据保护和保证业务连续性的能力，但是站在更高的层面看，客票系统数据中心对于较大范围的灾难事件，如中心机房断电、火灾、地震、人为破坏等非预见性因素缺乏有效的技术防范措施。随着各地高速铁路的开通运营，客票系统灾难的发生会严重影响铁路客运，并带来不良的社会影响，因此有必要在安全、稳定生产的前提下，建立客票数据中心的容灾备份，尽可能地保证客票系统的连续性、可靠性。本文就客票系统实现容灾的几种数据复制技术方案小结如下。

2 四种技术方案的研究

容灾技术方案的核心技术是数据复制技术。虽然计算机业界有许多厂商提供各种各样的产品和技术，但是就其本质而言，主流的数据容灾技术基本可分为四大类，即智能存储层数据复制、数据库层数据复制、主机层逻辑卷软件容灾复制和存储网络层容灾复制（存储虚拟化技术）。下面就这四种容灾数据复制技术的方案设计进行讨论：

2.1 智能存储层数据复制

智能存储系统容灾是基于存储系统内建的固件（firmware）或操作系统，通过IP 网络或DWDM、光纤通道等传输介质，将数据以同步或异步的方式复制到容灾端。主要的智能存储系统容灾有HP、HDS TrueCopy、IBM PPRC 和EMC SRDF 等。该技术于上世纪末诞生于智能存储技术中，被较多容灾系统所采用。

基于智能存储的数据复制由智能存储系统自身实现数据的远程复制和同步，即智能存储系统将对本系统中的存储器I/O 操作Log 复制到远端的存储系统中并执行。该技术保证了数据的一致性，具有高效快速的特点，能较好地保证数据的完整性和一致性，数据的复制备份过程不占用主机资源，操作控制比较简单。但其开放性较差，要求主机、存储必须同构。智能存储系统的远程数据复制的示意如图1 所示。

图1 智能存储系统的远程数据复制的示意

2.2 数据库层数据复制

数据库远程复制是由数据库系统软件来实现其远程复制和同步。在复制过程中，使用自动冲突检测和解决的手段保证数据一致性不受破坏。复制方式可分为实时复制、定时复制和存储转发复制。

(1)实时复制：当主中心的数据库内容被修改时，容灾中心的数据库内容实时地被修改，此种复制方式对网络可靠性要求高。

(2)定时复制：当主中心的数据库内容被修改时，容灾中心的数据库内容会按照时间间隔，周期性地按照主中心的更新情况进行刷新，时间间隔可长(以小时计)可短(以秒计)。

(3)存储转发复制：当主中心的数据库内容被修改时，主中心的数据库服务器会先将修改操作Log 存储于本地，待时机成熟再转发给容灾中心。

远程数据库复制的实质是将主用系统数据库操作Log 实时或者周期性地复制到备用系统数据库中执行，实现二者数据的一致性。它对主机的性能有一定影响，会增加对磁盘存储容量的需求（包括对Log 的存储），但系统恢复较简单，在实时复制方式时数据一致性较好。远程数据库复制需配置数据库远程复制软/硬件，对主、备系统的服务器主机类型、存储设备类型可以异构，对数据库的操作访问基于开放接口时甚至可以实现异种数据库之间的互为备份复制。远程数据库复制逻辑示意如图2 所示。

图2 远程数据库复制逻辑示意

2.3 主机层逻辑卷软件数据复制

该复制方式采用第三方卷管理软件实现数据复制。通过在容灾中心主机和主中心主机上安装卷管理器软件，将容灾中心的磁盘空间和主中心磁盘空间上的分区或卷虚拟为主机能够看到的同一分区或卷，这样当主中心主机发生I/O 操作时，系统自动将数据分别写入本地的主磁盘阵列和容灾中心的镜像磁盘阵列中，从而实现数据的复制。这种写操作对主机而言的是逻辑上的。当主中心发生灾难时，容灾中心可以接管应用；当主中心系统重建后，数据可以从容灾中心得到恢复。它的原理和操作系统逻辑卷LVM 镜像有几分相似，主机层逻辑卷软件数据复制原理如图3 所示。

图3 主机层逻辑卷软件数据复制原理

生产系统对“本地数据”的任何更新都立刻在“异地数据”得到更新。“本地数据”和“异地数据”的更新方式可以选择顺序方式或者并行方式，但一般使用并行方式以增加整体性能。目前较知名的逻辑卷复制管理软件包括IBM 的eXtended RemoteCopy (XRC)和HACMP/XD 和LVM、Veritas Volume Replicator(VVR)、SUN 的Data Replicator，这些基于软件辅助的数据复制工具都可以通过IP 网络实现远程数据复制。

2.4 智能存储交换机数据复制

基于智能存储交换机(SAN-Based)的容灾方式是将有特殊功能的存储交换机放置在主机与存储之间，通过交换机中的功能模块将主机与生产中心存储与容灾中心存储划分到一起。当主机有I/O写入时，交换机自动将次I/O 同时写入到本地和异地的存储当中去，分配I/O的工作完全由专用存储交换机来完成，因此对主机及存储的性能影响微小。同时，由于功能使用软件层面实现，可实现精细时间的恢复策略，并且整个SAN 环境中使用公共、统一的复制API，可以实现存储的异构。业界知名的远程容灾方案有飞康CDP、IBM SVC 等。

四种方案的优劣比较如表1 所示。

表1 四种方案的优劣比较

3 结束语

随着高速铁路时代的到来，客票系统在客运组织中的重要性越来越突显，保证客票系统的安全稳定运行，提高其连续可用性已成为共识，因而，建立客票系统的灾难备份势在必行。但灾难备份是一项技术复杂、投资巨大、工程浩大的项目。通过研究当前的先进技术，结合铁路客票系统的特点，本文分析了各种可行的技术方案，希望提出对客票系统安全性具有参考意义的观点。系统容灾建设是一个长期过程，它带来高可靠性保障的同时也需要高额的资金支持，并且对建设完成后的系统维护也将会提出更高的要求。