数据管理中心容灾备份系统建设浅析

杨波 李桂伦 柴仁文

为了使获取的数据全面、快捷、有效，诞生了大数据业务，建立数据中心，将数据集中存放、集中处理，这种新的数据管理模式可以很容易实现数据共享、新业务的开发和降低计算中心的运营成本。然而，单一数据中心运行的这种模式也有一个致命的缺陷：一旦数据中心发生灾难，受到影响的将是整个业务，于是容灾备份系统应运而生。

1.容灾备份系统简介

容灾备份是利用一定的容灾机制，当灾难发生后，它能够最大限度地恢复信息系统及数据的正常运行，可分为数据备份和应用备份。数据备份需要保证用户数据的完整性、可靠性和一致性，它是容灾系统的基础，也是容灾系统能够正常工作的保障，当主站点发生灾难时，备份站点仍然保存着数据的副本，从而达到保护数据的目的；应用备份是容灾系统的建设目标，它建立在数据备份的基础之上，通过应用系统、网络系统等各种资源之间的良好协调来实现。一旦主站点发生灾难，将由备份站点接管整个应用系统，继续对外提供服务，它不仅要保存数据，而且要保证业务系统的连续性。

根据IBM公司SHARE78标准，容灾技术可以分为7个层次，从无任何容灾备份措施，到将备份的磁带存储在异地，再到建立应用系统实时切换的异地容灾备份中心，数据和应用的恢复时间从数天到几个小时甚至几秒不等。一个完整的容灾备份系统包括本地数据备份、远程数据复制和异地备份中心。设计一个容灾备份系统，需要考虑多方面的因素，如备份数据量大小、应用数据中心和备份数据中心之间的距离、传输方式、灾难发生时所需要的恢复时间等。根据这些因素和不同的应用场合，可将容灾备份分为以下四个等级：

第0级：没有备援中心。这一级容灾备份，实际上没有灾难恢复能力，它只在本地进行数据备份，并且被备份的数据只在本地保存，没有送往异地。

第1级：本地磁带备份，异地保存。在本地将关键数据备份，然后送往异地保存。灾难发生后，按预定数据恢复程序恢复系统和数据。

第2级：热备份站点备份。在异地建立一个热备份站点，通过承载网络以同步或异步方式进行数据备份，把主站点的数据备份到备份站点。当主站点工作正常时，备份站点只进行数据备份；当主站点出现灾难时，备份站点立即接替主站点业务，从而保证业务运行的连续性。

第3级：活动备援中心。在相隔较远的地方分别建立两个数据中心，它们都处于工作状态，并进行相互的数据备份。当某个数据中心发生灾难时，另一个数据中心接替其工作任务。这种级别的备份根据实际要求和投入的资金多少，又可分为两种：一是两个数据中心之间只限于关键数据的相互备份；二是两个数据中心之间互为镜像，即零数据丢失。零数据丢失是目前要求最高的一种容灾备份方式，它要求不管发生什么灾难，系统都能保证数据的安全。所以，它需要配置复杂的管理软件和硬件设施。

2.容灾备份系统分析

2.1容灾备份系统组成

容灾网络分为内部局域网和外连网。内部局域网采用统一交换技术体制，建立统一网络交换平台，并组成冗余热备结构，存储设备、容灾设备应采用两条以上冗余链路接入，按照服务级别、安全管理、运维管理以及服务保障需要，划分为容灾服务区1～n、安全管理区、运维管理区、服务保障区等多个分区；外连网采用动态OSPF路由协议分别接入所属区域网络的主干节点。

数据存储系统分为同步存储和异步存储。同步存储的存储设备为双机热备结构，异步的存储设备可单机运行，结合网络分区，进行存储分区，并具备无缝扩展能力。

容灾备份系统应具备快照保护功能、同步镜像功能、异步复制功能、分布式冗余保护功能和数据备份功能。快照保护功能为容灾备份实施提供数据支撑；同步镜像功能为用户信息系统建立同步数据容灾机制；异步复制功能为用户信息系统建立异步数据容灾机制；分布式冗余保护功能建立容灾备份中心之间分布式数据容灾机制；数据备份功能提供用户容灾数据在容灾备份中心再次备份保护。

安全保密系统应从网络安全、存储安全、容灾备份安全等方面进行整体安全防护。应具备网络访问控制、入侵检测预警、容灾协议增强等网络防护机制；还应具备数据卷完整性保护、面向用户的存储加密、敏感数据防泄漏等存储保护机制和身份认证、访问控制权限、数据一致性、完整性校验、分布式冗余等容灾备份保护机制。

运维管理系统应具备配置管理功能、拓扑管理功能、故障管理功能、性能管理功能、资源管理功能和系统管理功能。配置管理功能提供各类设备和系统配置信息的提取下载、关联展现和查询统计；拓扑管理功能提供设备发现、拓扑识别、可视化展现以及运行状态的实时监控；故障管理功能提供各类设备和系统运行故障的检测、告警、定位、分析和处理；性能管理功能提供各类设备和系统的流量监控、采集、分析和查询统计；资源管理功能提供系统所有设施和存储资源（包括设备配备、系统部署、物理空间、逻辑空间、出入库磁带介质等）的统一管理、关联展现以及各种资源信息的查询统计；系统管理功能提供系统的维护和管理，包括系统定制、日志管理、操作员管理等。

2.2容灾备份系统对业务系统的影响分析

数据复制操作的发起来自业务系统，因此无论来自系统的计算层、网络层还是存储层，肯定会影响到业务系统的性能。对于那些高性能的业务系统或者已经是高负荷运行的业务系统，必须分析建立容灾系统对业务系统性能的影响。不同容灾技术对业务系统性能的影响不同，比如，一个采用同步数据复制技术的容灾解决方案，如果备份中心与业务中心距离超过100km以上，需要考虑数据传输时延对业务系统I/O性能造成的影响，距离越远，业务系统I/O性能下降速度越快。

容灾备份系统运行平稳后，需要对备份数据的可用性进行检查。正常情况下，备份中心的数据是不能打开使用的，只有在业务系统工作中断，或者切断容灾进程的情况下，才能够对备份数据的可用性进行检查，这样势必对业务系统正常运行产生影响。由于网络传输拥塞或者中断等原因，数据复制同样会造成业务系统性能下降甚至业务运行中断，当等待传输的数据溢出数据复制发起端的缓冲区时，有可能造成数据的丢失，或者数据传输次序的混乱，破坏备份数据库的一致性，造成数据库不可恢复。

3.建设容灾备份系统应该注意的问题

（1）系统应该具有开放性，不依赖特定硬件系统。

（2）应支持广泛的传输介质。

（3）考虑到容灾能力和对应用系统性能的影响，容灾方案不仅要支持近距离、同步的数据容灾方式，还必须支持远程的、异步的数据容灾。

（4）对于异步数据容灾，数据复制技术不仅要求在异地有一份数据拷贝，而且必须保证异地数据的完整性、可用性。

（5）容灾系统本身应具备各种容错考虑。

（6）应支持灵活多样的容灾结构。

（7）完善的容灾系统应该考虑使用的灾难恢复手段。