數(shù)據容災系統(tǒng)與CDP技術

1、數(shù)據容災系統(tǒng)與CDP技術數(shù)據容災系統(tǒng)與CDP技術在當今信息化時代,數(shù)據和信息已經成為各行各業(yè)的業(yè)務基礎和命脈。但當存儲數(shù)據和信息的計算機系統(tǒng)在遭受諸如火災、水災、地震、戰(zhàn)爭等不可抗拒的自然災難以及電腦病毒、黑客入侵、系統(tǒng)掉電、網絡通信失敗和各種軟、硬件錯誤的時候,人們不得不重新審視以信息系統(tǒng)為核心業(yè)務載體所面臨的高度風險,因此數(shù)據容災系統(tǒng)越來越受到人們的重視。1數(shù)據容災系統(tǒng)概述數(shù)據容災系統(tǒng)(Data Disaster- tolerant System,DDTS),即災難發(fā)生時,確保計算機信息系統(tǒng)能夠恢復,并降低數(shù)據和信息損失的系統(tǒng)。廣義上,所有與業(yè)務連續(xù)性相關的內容都納入容災。對于IT而言,則

2、是提供一個能防止用戶業(yè)務系統(tǒng)遭受各種災難影響和破壞的計算機系統(tǒng)。狹義上是指,除了生產站點以外,用戶另外建立的冗余站點,當災難發(fā)生,生產站點受到破壞時,冗余站點可以接管用戶正常的業(yè)務,達到業(yè)務連續(xù)性的目的。數(shù)據容災系統(tǒng)是數(shù)據存儲備份的最高層次。1.1衡量數(shù)據容災系統(tǒng)的性能指標衡量DDTS的應急能力和系統(tǒng)保護能力有兩個指標RPO(Recovery Point Object,恢復點目標)和RTO(Recovery Time Object,恢復時間目標)。RPO側重于數(shù)據丟失,RTO側重于服務丟失,二者沒有必然聯(lián)系。RPO以時間為單位,即系統(tǒng)和數(shù)據必須恢復到的時間點要求,它表示系統(tǒng)能夠容忍的最大數(shù)據丟

3、失量。系統(tǒng)容忍丟失的數(shù)據量越小,RPO的值越小。RTO以時間為單位,即信息系統(tǒng)或業(yè)務功能從停止到完全恢復的時間要求。RTO表示系統(tǒng)能夠容忍的服務停止的最長時間。系統(tǒng)服務的緊迫性要求越高,RTO的值越小。.2容災系統(tǒng)的分類容災系統(tǒng)可分為在線式與離線式兩種。在線式容災要求生產中心和災備中心同時工作,數(shù)據從生產中心實時復制傳送到災備中心。當生產中心出現(xiàn)故障時,災備中心自動接管并繼續(xù)提供服務,其關鍵是數(shù)據復制技術。離線式容災是將數(shù)據通過備份系統(tǒng)備份到磁帶,將磁帶在異地保存,由備份軟件來實現(xiàn)備份和磁帶的管理,其主要依靠備份技術實現(xiàn)。缺點是:從磁帶上恢復數(shù)據慢;備份窗口內的數(shù)據都會丟失;實時性差。2傳統(tǒng)容

4、災技術傳統(tǒng)數(shù)據容災技術包括數(shù)據備份、數(shù)據復制和數(shù)據管理技術等,而應用容災技術包括災難檢測、進程遷移和系統(tǒng)恢復技術等。2.1數(shù)據備份技術數(shù)據備份就是把數(shù)據從生產系統(tǒng)備份到備份系統(tǒng)介質中的過程。數(shù)據備份技術最初是備份到本地磁帶,隨著網絡發(fā)展,備份技術有了新的發(fā)展。2.1.1主機備份每臺主機都配備專用的存儲磁盤或磁帶系統(tǒng),主機中的數(shù)據備份到位于本地的專用磁帶驅動器或資源庫中。缺點:即使一臺磁帶驅動器處于空閑狀態(tài),另一臺主機也不能使用它進行備份,磁帶資源利用率低。不同的操作系統(tǒng)平臺使用的備份恢復程序一般不相同,使得備份工作和對資源的總體管理變得更加復雜。2.1.2網絡備份磁帶資源由一個主備份/恢復服務

5、器控制,而備份和恢復進程則由一些復雜程序來控制。主備份服務器接收其它服務器通過局域網或廣域網發(fā)來的數(shù)據,并將其存入公用磁盤或磁帶系統(tǒng)中。這種集中存儲方式提高了磁帶資源的利用率,同時也使企業(yè)在高性能磁帶驅動器和資源庫的投資取得更好的回報。缺點是網絡帶寬將成為備份和恢復進程中的瓶頸,制約快速備份和恢復的能力。另外,通過局域網或廣域網主鏈路傳輸備份和恢復數(shù)據將占據大量帶寬,增加網絡負荷,影響其性能。2.1.3專有存儲網絡備份專有存儲網絡備份可以分為LAN- Free備份和Server- Free備份。LAN- Free,如圖1,是把局域網排除在備份和恢復進程之外的備份方案。用戶只需將磁帶驅動器和資源

6、庫連接到SAN網絡中,各服務器就可繞過局域網把數(shù)據直接備份到共享的磁帶庫中。局域網只承擔各服務器之間的通信(而不是數(shù)據傳輸)任務。先進的備份和恢復程序仍然被用來完成進程控制和數(shù)據跟蹤的工作。這種分工使得存儲設備、服務器和局域網資源得到更有效的利用。圖1LAN- Free原理Server- Free,如圖2,數(shù)據無需通過主服務器直接在存儲設備之間進行傳輸(如從磁盤到磁帶機),這種依賴于一項仍在發(fā)展的新技術第三方拷貝(3rd-Party Copy),這種技術被用于SAN網絡設備、主機系統(tǒng)和存儲設備(有待實現(xiàn))當中。獨立于服務器的備份和恢復方案可降低主機的CPU占用率,提高操作系統(tǒng)效率。這項技術目前

7、仍在發(fā)展完善階段,進一步同操作系統(tǒng)、數(shù)據庫及應用程序相結合,以支持應用級的備份和恢復。圖2Server- Free原理2.2數(shù)據復制技術如圖3所示。數(shù)據復制技術是通過不斷將生產系統(tǒng)的數(shù)據復制到另外一個不同的備份系統(tǒng)中,其實現(xiàn)可以分為三種:服務器層、交換機層和存儲層。圖3數(shù)據復制層次2.2.1服務器層在生產中心和災備中心的服務器上安裝專用的數(shù)據復制軟件,以實現(xiàn)遠程復制,二端必須有網絡連接作為數(shù)據通道。這種方式投入較少,可兼容不同品牌的服務器和存儲設備,較適合硬件組成復雜的用戶。2.2.2交換機層在生產中心和災備中心都要配備這種交換機,交換機之間用專用鏈路連接。由于交換機可以管理和復制的數(shù)據是存放

8、在存儲層內的,因此,用戶需要將生產中心的數(shù)據都存儲在與交換機所連接的存儲設備中。2.2.3存儲層在生產中心和災備中心各配備一套存儲系統(tǒng)。若距離在幾十公里之內,可在兩中心的存儲交換機通過光纖連接;若距離在200公里內,可增加DWDM等設備進行光纖連接;超過200公里,則可增加存儲路由器進行協(xié)議轉換,通過WAN或Internet連接。存儲層的數(shù)據復制技術已經很成熟,且對應用服務器的性能基本無影響,是容災方案的主流選擇。2.3災難檢測技術災難檢測的目的是盡早地發(fā)現(xiàn)生產系統(tǒng)端的災難,目前采用Heart Beat技術。該技術有兩種實現(xiàn)方法,一是生產系統(tǒng)端在空閑時每隔一段時間向外廣播自身的狀態(tài),檢測系統(tǒng)若

9、在給定的時間段內沒有收到狀態(tài)信號,則表明發(fā)生了災難。二是檢測系統(tǒng)每隔一段時間對生產系統(tǒng)進行一次檢測,若在給定的時間內生產系統(tǒng)無響應,則表明發(fā)生了災難。心跳技術的關鍵是心跳檢測的間隔周期,太短系統(tǒng)開銷會很大;過長則無法及時發(fā)現(xiàn)災難,應根據不同的容災等級和容災要求,設定適當?shù)臋z測周期。2.4進程遷移技術進程遷移是為保持生產系統(tǒng)業(yè)務的連續(xù)性,通過提取一臺處理機的進程狀態(tài),在另一臺處理機上根據進程狀態(tài)再生該進程,從其“斷點”繼續(xù)運行下去的技術。目前主要采用基于本地機群的進程遷移,可分為如下三類:應用級遷移:實現(xiàn)簡單,可移植性好,但需了解應用程序語義并可能需對應用程序進行修改或重編譯,透明性較差。用戶級

10、遷移:實現(xiàn)較簡單,軟件開發(fā)和維護也較為容易,但由于在用戶級無法獲得Kernel的所有狀態(tài),對于某些內核態(tài)進程,無法進行遷移。另外由于打破Kernel空間和User空間之間邊界從而獲得Kernel服務,需要巨大的開銷,因此效率遠遠低于內核級實現(xiàn)。內核級遷移:可充分利用OS的功能,全面獲取進程和OS的狀態(tài),效率較高。但由于需要對OS進行修改,實現(xiàn)較為復雜。3數(shù)據容災系統(tǒng)新技術 CDP3.1CDP技術概述全球網絡存儲工業(yè)協(xié)會(SNIA)對CDP(Continu-ous Data Protection,持續(xù)數(shù)據保護)的定義是:一種能獨立對主要數(shù)據進行持續(xù)捕捉或跟蹤數(shù)據修改,并保存變化,從而實現(xiàn)從過去的

11、任何非預設點恢復的方法。它的最大優(yōu)勢在于對數(shù)據的保護是連續(xù)性的,而且可以快速恢復,從根本上解決傳統(tǒng)備份中低恢復能力和非精細時間策略的先天弱點。CDP技術包括Near CDP和True CDP。前者只能恢復部分指定時間點的數(shù)據,類似存儲系統(tǒng)的邏輯快照,后者可以恢復指定時間段內的任何一個時間點。3.2CDP技術原理首先利用連續(xù)或間隔型的復制策略,實現(xiàn)用戶系統(tǒng)內的包括系統(tǒng)數(shù)據在內的數(shù)據連續(xù)復制,以確保災害發(fā)生時,數(shù)據恢復到最新的時間點,同時,采用復制的時間點快照技術,連續(xù)產生多個時間點固定影像,這些影像不僅時間精細化,而且是直接可用的Image,直接Mount即可使用。對于大量的漸進性故障,如病毒的

12、侵襲、人工的誤操作、軟件的BUG等發(fā)生時,只要找到影像,進行簡單的空間重定位,就會重現(xiàn)被破壞的數(shù)據。從操作方式來看,CDP解決方案的可分為基于塊的、基于文檔的和基于應用。基于塊的解決方案位于物理儲存或邏輯卷管理層之上。當數(shù)據塊被寫入主存儲器時,寫入的數(shù)據副本就被CDP系統(tǒng)捕獲并存儲到一個單獨地點中?；谖臋n的解決方案位于文檔系統(tǒng)之上,它能夠捕獲文檔系統(tǒng)數(shù)據和元數(shù)據事件?；趹玫腃DP解決方案設計則直接位于受保護的特定應用之中?；趬K和文檔的CDP解決方案能夠利用一種相同的通用方法來支持多種不同的應用?；趹玫腃DP則只為某種應用提供CDP能力。3.3CDP解決方案特點3.3.1主機代理程式

13、為了在數(shù)據發(fā)生變化時進行訪問,一些CDP解決方案需要在受保護的主機上安裝一種特別的“代理程式”軟件。另一些CDP解決方案則使用已內置到受保護主機或網絡中的數(shù)據傳輸協(xié)議(如NFS、CIFS、FC或iSCSI)來實現(xiàn)。3.3.2精細程度不同的CDP解決方案提供不同精細程度的恢復能力,精細程度可分為:卷組、單個卷或文檔系統(tǒng)、單個文檔夾或文檔組、單個文檔或應用對象(如電子郵件或日歷項目)。3.3.3恢復時間應用集成在進行恢復時,CDP解決方案能夠識別出該應用的先前歷史中最優(yōu)化或最重要的恢復點。這類應用集成是完全自動的,也是可擴展的。3.3.4數(shù)據庫連續(xù)保護CDP解決方案一般都支持常見數(shù)據庫環(huán)境(如Or

14、acle或SQL)的連續(xù)保護。支持的意思是該解決方案經過了廠商的全面測試和認證,而且還會向用戶提供相關文檔內容。3.3.5庫架構大多數(shù)CDP解決方案是將任何數(shù)據的變化存儲在單獨的地點,形成存儲庫架構,而且這種存儲庫是局域網、廣域網或存儲區(qū)域網上明確的專用節(jié)點。3.3.6庫復制一些CDP解決方案還提供將CDP庫復制到另外一個遠程庫的能力。這樣就能夠提供更高的靈活性,防止主CDP庫可能出現(xiàn)損壞或丟失對恢復能力產生影響。3.4CDP發(fā)展方向隨著CDP應用范圍的擴大和人們認知的深入,CDP技術將會作為在線數(shù)據的重要保護手段而獨立開辟一條新的通道。其發(fā)展方向概括為三點:第一,CDP的連續(xù)和系統(tǒng)保護范疇將繼續(xù)延伸,從目前基于微軟的各類操作系統(tǒng)平臺延伸到更多企業(yè)級所采用的UNIX平臺。第二,在精細點恢復的技術上,拉桿式日志恢復技術將使精細點的恢復超越最近的快照點。該技術將為一些高端的、以秒級錯誤恢復為目標的用戶帶來真正的數(shù)據保護方