基于虚拟化技术的容灾备份系统研究及建设

2011-09-12周辉

浙江电力 2011年9期

周辉

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

近年来，各行各业的信息化水平经历了爆炸式的发展，信息部门已经由原来的支持部门成为重要的支撑部门。由此产生的海量业务数据也增加了企业在数据处理、保存以及安全方面的压力，尤其是在经历诸如汶川地震及日本福岛核危机等天灾人祸后，更为企业敲响了警钟。

电力企业经过多年的信息化建设，目前运行的重要信息系统包括办公自动化（OA）、企业资源管理系统（ERP）、电力生产管理系统、企业知识管理系统及其他辅助信息管理系统等。信息系统的应用已渗透到企业经营管理的每一个环节，信息数据是公司生产经营中重要的决策依据，如何保证相关数据的正确性与完备程度也日渐重要，提高信息系统的业务连续性，保证关键业务的不间断运行，保证数据的一致性和完整性，就成了企业备份系统建设的重要目标。

1 系统改造前的现状分析

为充分保证数据的安全稳定，在实施虚拟备份之前，已建立了以NetBackup（简称NBU）备份管理软件和磁带库为基础的自动化数据备份/归档系统，通过实践逐步形成了完整、有效的数据备份策略。但是，随着电力企业业务的不断扩展以及知识成果的迅速积累，该系统在新的环境中逐渐显得力不从心，主要表现在以下2个方面∶

（1）原有的物理带库在大的工作负荷下易发生故障，造成备份业务中断。备份产生的磁带介质管理起来较为繁杂，且对保存环境的要求比较苛刻，温度、湿度、粉尘以及电磁等都会影响磁带上保存的数据。

（2）采用物理磁带备份的速度过于缓慢，大容量数据备份要花费数小时的时间。为此采用了多种优化方式，比如加大备份缓存，修订备份策略使任务能够多驱动器并列运行，利用工间时间备份等，但这些手段使得备份策略变得越来越复杂，且备份时间的改善效果并不明显。

2 系统的改造

2.1 系统改造的原则

随着信息数据量的不断增加，要求建设一个具有更高可用性的数据保护系统，即使出现异常情况，也可以实现业务系统的快速恢复，将损失降到最低，保障业务系统的连续性。以当前“Net-Backup备份管理软件加物理磁带库”的模式为基础，从成本效益以及满足业务需求的角度，提出系统改造的几项原则：

（1）应能够实现更高的读写速率，且具有更高的可靠性和安全性。

（2）应尽可能地利用原有体系的资产，从而节省成本并避免重复投资。

（3）应照顾现有配套人员的使用习惯和经验积累。

（4）应具有足够的扩展性，从而将现有所有业务纳入统一保护体系，且满足未来5年内业务增长的需求。

2.2 系统改造后的优势

根据上述原则，在经过大量的技术调研工作后，确定采用虚拟带库技术（Virtual tape library，简称VTL）来解决当前备份系统中存在的问题。虚拟带库比传统物理带库的管理更加简化，安全性更高，性能瓶颈也得到解决，具备完善的功能，成本却更低。系统改造后的优点主要体现在：

（1）安全性、可靠性。从数据的安全性出发，虚拟带库的访问与磁带类似，天生具备免疫能力。用户不能直接访问虚拟磁带，被病毒感染的文件也不会将病毒传染给虚拟磁带存储的数据，确保备份的数据更安全可靠。同时，虚拟带库采用基于独立冗余磁盘阵列（RAID）技术保护磁盘，提高了可靠性。

（2）性能和容量可按需扩展。虚拟带库采用和物理带库相同的访问模式，避免直接磁盘备份存在的安全、性能瓶颈等方面的负面影响，可以充分发挥出磁盘备份的性能优势。而且，新一代虚拟带库性能有了大幅度的提高，其并行技术可同时支持多台虚拟带库控制器并行工作，并保持高效的吞吐能力。同时，容量和性能可以同步或独立提升，实现超宽范围的容量扩展，为用户提供更灵活和高效的升级选择。

（3）管理、维护简单，成本更经济。新一代虚拟带库的仿真磁带库工作模式通过备份管理软件即可统一管理，其兼容性和集成性好，无需改变备份策略。在存储区域网络（SAN）环境下，轻松实现设备共享、易于管理和使用。在后期维护上，作为间接磁盘备份设备，由于减少了物理磁带库的诸多机械故障，其维护成本也更加低廉。

在保持稳定安全的前提下，在现有备份体系中新增1套虚拟带库作为一级备份设备，而原有的物理磁带库保持不变，和虚拟带库形成并联关系，如图1所示。日常的主要备份工作由虚拟带库承担，保证高效率和可靠性；使用频率低或者需要长期保存的数据由虚拟带库归档到原物理带库，不影响业务主机和网络的运行。这种方式充分利用了原有的软件和硬件资产，使虚拟带库和物理带库各展所长，完美地体现数据分级存储的理念。

图1 备份系统的联接

虚拟带库通过光纤网卡（FC）接口直接连入主备服务器（Master Server）后端的主机总线适配器（HBA）卡，与原有的物理磁带库形成并联关系。Master server是专职备份服务器，并没有业务数据，所有客户端的业务数据都是通过1Gb以太网首先传送到Master Server，然后由Master server负责写入到虚拟带库。同时通过NBU备份软件实现同步备份在传统物理磁带库上，避免资源的闲置，提高数据的安全保障。

3 改造成果

系统改造后一年多以来，从以下几个方面对系统进行评测，认为该方案切实解决了企业前期备份系统所存在的问题，实现系统建设初期制定的目标。

（1）针对 Oracle数据库、SQL server数据库以及普通文件系统分别进行备份和恢复性能的测试。该方案目前配置性能高达600 Mb/s，几百Gb的数据可在几分钟内备份完成。该方案支持网格结构，单台设备内可以实现16个机头并列运行，实现9600 Mb/s的速率，为未来数据量大幅度增加奠定备份基础。

（2）通过人工制造故障（如切断单路电源、光纤通道、拔除磁盘等），测试产品在发生故障时的容错能力。系统从电源、风扇到磁盘、FC通道、HBA卡等都采用冗余结构，移除任意一路电源、FC通道、磁盘等部件都能正常工作。在方案的整体设计上，采用虚拟带库和物理带库并联方式，任何一款设备故障都可以由另一款暂代工作，有效解决了备份系统整体的可用性和可靠性问题。

（3）验证在虚拟带库发生系统错误或者磁盘、磁盘控制器损害时是否能保证数据的安全性。由于磁盘是封闭式的电子设备，且有RAID6保护以及完善的报警机制，存储的数据无疑更加安全。而虚拟带库产品提供“Save configure”功能，只要将VTL的配置保留1份副本，即使机头发生崩溃也可以保证安全取回数据。