第8章數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

高可用性，金融數(shù)據(jù)中心建設中最受關(guān)注的問題之一。高可用性設計是個系統(tǒng)工程，其內(nèi)容涉及構(gòu)成數(shù)據(jù)中心的四個組成要素（網(wǎng)絡、計算、存儲、機房基礎設施）的多方面內(nèi)容。數(shù)據(jù)中心的核心是業(yè)務數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡作為承載層需要保證運行于其上的數(shù)據(jù)的安全性與可用性，尤其是在網(wǎng)絡節(jié)點鏈路發(fā)生故障情況下要確保業(yè)務可用與數(shù)據(jù)零丟失。第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

高可用性的定義Availability＝MTBF/(MTBF+MTTR)×100%MTBF（MeanTimeBetweenFailure），即平均無故障時間，是描述整個系統(tǒng)可靠性（reliability）的指標。對于一個網(wǎng)絡系統(tǒng)來說，MTBF是指整個網(wǎng)絡的各組件（鏈路、節(jié)點）不間斷無故障連續(xù)運行的平均時間。MTTR（MeanTimetoRepair），即系統(tǒng)平均恢復時間，是描述整個系統(tǒng)容錯能力（fault-tolerantcapability）的指標。對于一個網(wǎng)絡系統(tǒng)來說，MTTR是指當網(wǎng)絡中的組件出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡從故障狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)所需的平均時間。第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

提高MTBF或降低MTTR都能提高網(wǎng)絡可用性。造成數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡不可用的因素包括：設備軟硬件故障、設備間鏈路故障、維護升級、用戶誤操作、網(wǎng)絡擁塞等事件。措施：如提高軟硬件質(zhì)量、減少鏈路故障、避免網(wǎng)絡擁塞丟包、避免用戶誤操作等，使網(wǎng)絡盡量不出故障、提高網(wǎng)絡MTBF指標，也就提升了整網(wǎng)的可用性水平。網(wǎng)絡中的故障總是不可避免的，設計和部署從故障中快速回復的技術(shù)、縮小MTTR指標，同樣是提升網(wǎng)絡可用性水平的手段。第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

在網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，確保網(wǎng)絡能快速回復的容錯技術(shù)均可以歸入高可用技術(shù)。常用的網(wǎng)絡高可用技術(shù)可歸為以下幾類：單設備的硬件冗余：冗余電源、冗余風扇、雙主控、板卡支持熱插拔；物理鏈路捆綁：以太網(wǎng)鏈路聚合，跨設備以太網(wǎng)鏈路聚合；數(shù)據(jù)備份；數(shù)據(jù)恢復；故障檢測：NQA、BFD、OAM、DLDP；數(shù)據(jù)容災。第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

第八章 數(shù)據(jù)高可用技術(shù)

8.1數(shù)據(jù)備份與恢復8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)8.3數(shù)據(jù)容災8.1數(shù)據(jù)備份與恢復8.1.1數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)備份是容災的基礎，是指為防止系統(tǒng)出現(xiàn)操作失誤或系統(tǒng)故障導致數(shù)據(jù)丟失，而將全部或部分數(shù)據(jù)集合從應用主機的硬盤或陣列復制到其它的存儲介質(zhì)的過程。災難恢復技術(shù)：采用某種技術(shù)手段保存源數(shù)據(jù)的副本，當源數(shù)據(jù)遭到破壞后，將副本恢復重新利用的技術(shù)。備份的目的：數(shù)據(jù)破壞后能恢復備份的意義：不僅在于防范意外事件的破壞，還是歷史數(shù)據(jù)保存歸檔的最佳方式。8.1數(shù)據(jù)備份與恢復造成數(shù)據(jù)危險的原因：對數(shù)據(jù)的威脅通常比較難于防范，這些威脅一旦變?yōu)楝F(xiàn)實，不僅會毀壞數(shù)據(jù)，也會毀壞訪問數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。造成數(shù)據(jù)丟失和毀壞的原因主要如下幾個方面。1、數(shù)據(jù)處理和訪問軟件平臺故障。2、操作系統(tǒng)的設計漏洞或設計者出于不可告人的目的而人為預置的“黑洞”。3、系統(tǒng)的硬件故障。4、人為的操作失誤。5、網(wǎng)絡內(nèi)非法訪問者的惡意破壞。6、網(wǎng)絡供電系統(tǒng)故障等。8.1數(shù)據(jù)備份與恢復常見的備份方式（1）定期磁帶備份數(shù)據(jù)遠程磁帶庫、光盤庫備份。即將數(shù)據(jù)傳送到遠程備份中心制作完整的備份磁帶或光盤。遠程關(guān)鍵數(shù)據(jù)+磁帶備份。采用磁帶備份數(shù)據(jù)，生產(chǎn)機實時向備份機發(fā)送關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（2）遠程數(shù)據(jù)庫備份就是在與主數(shù)據(jù)庫所在生產(chǎn)機相分離的備份機上建立主數(shù)據(jù)庫的一個拷貝。

8.1數(shù)據(jù)備份與恢復8.1數(shù)據(jù)備份與恢復（3）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏡像對生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和所需跟蹤的重要目標文件的更新進行監(jiān)控與跟蹤

。將更新日志實時通過網(wǎng)絡傳送到備份系統(tǒng)，備份系統(tǒng)則根據(jù)日志對磁盤進行更新。（4）遠程鏡像磁盤通過高速光纖通道線路和磁盤控制技術(shù)將鏡像磁盤延伸到遠離生產(chǎn)機的地方，鏡像磁盤數(shù)據(jù)與主磁盤數(shù)據(jù)完全一致，更新方式為同步或異步。數(shù)據(jù)備份必須要考慮到數(shù)據(jù)恢復的問題。包括采用雙機熱備、磁盤鏡像或容錯、備份磁帶異地存放、關(guān)鍵部件冗余等多種災難預防措施。這些措施能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障后進行系統(tǒng)恢復。但是這些措施一般只能處理計算機單點故障，對區(qū)域性、毀滅性災難則束手無策，也不具備災難恢復能力。8.1數(shù)據(jù)備份與恢復數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)由備份源、備份目標、備份通路、備份引擎和備份策略組成。備份源：需要進行備份的數(shù)據(jù)。備份目標：用來存儲備份源副本的存儲設備。備份通路：將數(shù)據(jù)源備份到備份目標時的通道。備份策略：備份引擎運行時依據(jù)的規(guī)則。包括：

（1）完全備份（2）增量備份（3）差分備份8.1數(shù)據(jù)備份與恢復8.1.2數(shù)據(jù)恢復數(shù)據(jù)恢復以數(shù)據(jù)備份為依據(jù)。數(shù)據(jù)恢復通過備份引擎完成?；謴头椒ǜ鷤浞莶呗韵嚓P(guān)：（1）完全備份時，備份引擎將最近一次備份還原到備份源存儲介質(zhì)。（2）增量備份時，首先恢復最近一次完全備份，然后由遠及近依次恢復每次增量備份數(shù)據(jù)。（恢復順序不能混亂、不能漏掉某次備份）（3）差分備份時，先將最近一次完全備份數(shù)據(jù)恢復，然后將最近一次差分備份數(shù)據(jù)恢復。8.1數(shù)據(jù)備份與恢復8.2.1單機備份和網(wǎng)絡備份8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)單機備份：備份源和備份在同一臺主機上，備份引擎將備份源副本保存在本機其他磁盤或復制到同一磁盤的其他分區(qū)或目錄中。單機備份配置簡單，目前流行的操作系統(tǒng)自帶的備份系統(tǒng)大多基于此種結(jié)構(gòu)。特點：結(jié)構(gòu)簡單、易于管理、應用廣泛；只備份本地數(shù)據(jù)；備份服務器同時是應用服務器；需要有專用的備份時間；備份服務器直聯(lián)備份設備。

8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)網(wǎng)絡備份：在備份引擎以網(wǎng)絡為備份通道，同時結(jié)合相應的硬件和存儲設備，將備份源復制到網(wǎng)絡中的備份目標中去?？赏ㄟ^數(shù)據(jù)備份管理軟件，對全網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行集中管理，實現(xiàn)自動備份、文件歸檔和災難恢復。特點：專用備份服務器減少備份工作對應用服務器性能的影響；共享備份設備，節(jié)省資源；集中備份，易于管理；備份工作占用網(wǎng)絡帶寬，需要專用備份時間。8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)網(wǎng)絡備份主要功能：（1）文件備份和恢復。可實現(xiàn)全網(wǎng)絡的文件備份。（2）數(shù)據(jù)庫備份和恢復。將所需備份數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中提取出來進行備份。（3）系統(tǒng)災難恢復。（4）備份任務管理。可訂制自動備份方案，實現(xiàn)定時、自動備份。（5）集中式管理?？蓪W(wǎng)絡中的備份策略統(tǒng)一管理，并監(jiān)控所有機器的備份作業(yè)。8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)8.1.2SSL的工作原理8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)8.2.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)的組成（1）備份客戶端

備份源所處的計算機：應用程序、數(shù)據(jù)庫或文件服務器+能將在線系統(tǒng)的存儲介質(zhì)上讀取備份源并將數(shù)據(jù)傳到備份服務器的軟件。（2）備份服務器將備份源數(shù)據(jù)復制到備份目標上，將歷史備份信息保存在自身存儲介質(zhì)上。需要好的備份管理軟件。分為主備份服務器和介質(zhì)服務器。主備份服務器負責管理備份和恢復工作，介質(zhì)服務器負責執(zhí)行前者的指令。8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)（3）備份存儲單元存儲備份數(shù)據(jù)的介質(zhì)，磁盤、磁帶或光盤。與介質(zhì)服務器直接相連，有介質(zhì)服務器控制和管理。

8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份過程：（1）主備份服務器根據(jù)備份策略啟動并監(jiān)控備份工作，為每個備份任務選擇一個介質(zhì)服務器。（2）當有數(shù)據(jù)需要備份，服務器安排客戶端啟動備份任務，將數(shù)據(jù)復制到選定的介質(zhì)服務器，并將實際備份過的文件列表傳到服務器。（3）介質(zhì)服務器根據(jù)指令，分配好存儲單元，并接受由客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，寫入存儲單元。8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)恢復過程：（1）客戶端向服務器發(fā)出恢復請求。（2）服務器根據(jù)客戶端請求，分析情況后確定備份數(shù)據(jù)所處的介質(zhì)服務器，向介質(zhì)服務器發(fā)出恢復指令。（3）介質(zhì)服務器根據(jù)指令，查找并準備相應數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應客戶端。（4）客戶端收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)恢復到備份源系統(tǒng)中。8.2網(wǎng)絡備份系統(tǒng)計算機系統(tǒng)災難：一切引起系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)丟失、重要數(shù)據(jù)毀壞或非正常宕機的事件。數(shù)據(jù)容災：在計算機系統(tǒng)的災難發(fā)生后，利用已備份的數(shù)據(jù)或其他手段，及時恢復原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)的安全性和業(yè)務系統(tǒng)運行的連續(xù)性。數(shù)據(jù)容災，就是指建立一個異地的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是本地關(guān)鍵應用數(shù)據(jù)的一個可用復制。在本地數(shù)據(jù)及整個應用系統(tǒng)出現(xiàn)災難時，系統(tǒng)至少在異地保存有一份可用的關(guān)鍵業(yè)務的數(shù)據(jù)。采用的主要技術(shù)是數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)復制技術(shù)。8.3數(shù)據(jù)容災8.3數(shù)據(jù)容災8.3數(shù)據(jù)容災數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)容災的關(guān)系數(shù)據(jù)備份是數(shù)據(jù)容災的基礎。兩者的目的都是為了消除或減弱計算機系統(tǒng)的災難帶來的影響。數(shù)據(jù)備份雖然算一種容災方案，但容災能力非常有限，傳統(tǒng)的備份主要是采用數(shù)據(jù)內(nèi)置或外置的磁帶機進行冷備份，備份磁帶同時也在機房中統(tǒng)一管理，一旦整個機房出現(xiàn)了災難，如火災、地震等災難時，這些備份磁帶也隨之銷毀，所存儲的磁帶備份也起不到任何容災功能。8.3數(shù)據(jù)容災數(shù)據(jù)備份側(cè)重于將數(shù)據(jù)從在線狀態(tài)剝離成離線狀態(tài)。數(shù)據(jù)備份在災后能恢復系統(tǒng)數(shù)據(jù)，但不能保證系統(tǒng)的實時可用性。數(shù)據(jù)容災則可以保證系統(tǒng)運行的連續(xù)性。數(shù)據(jù)容災和數(shù)據(jù)備份互相不能替代，協(xié)同工作。8.3數(shù)據(jù)容災數(shù)據(jù)容災技術(shù)包括：災難備份和災難恢復。災難備份是為了保護數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的完整性，災難恢復的基礎。災難恢復能確保在災難發(fā)生時恢復計算機系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，重建業(yè)務處理系統(tǒng)，保持業(yè)務連續(xù)性。衡量指標：恢復點指標和恢復時間指標?；謴忘c指標：災難發(fā)生時與最近備份之間的時間間隔?；謴蜁r間指標：系統(tǒng)從停機到重新恢復運行的時間。8.3數(shù)據(jù)容災容災系統(tǒng)考慮因素：備份/恢復數(shù)據(jù)量大小、應用數(shù)據(jù)中心和備援數(shù)據(jù)中心之間的距離和數(shù)據(jù)傳輸方式、災難發(fā)生時所要求的恢復速度、備援中心的管理及投入資金等。容災備份等級：（1）本地冷備份：在本地進行數(shù)據(jù)備份，容災能力非常弱。實際上沒有災難恢復能力，它只在本地進行數(shù)據(jù)備份，并且被備份的數(shù)據(jù)只在本地保存，沒有送往異地。8.3數(shù)據(jù)容災（2）異地冷備份：本地進行數(shù)據(jù)備份，將數(shù)據(jù)保存在異地。災難發(fā)生后，按預定數(shù)據(jù)恢復程序恢復系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。這種方案成本低、易于配置。但當數(shù)據(jù)量增大時，存在存儲介質(zhì)難管理的問題，并且當災難發(fā)生時存在大量數(shù)據(jù)難以及時恢復的問題。為了解決此問題，災難發(fā)生時，先恢復關(guān)鍵數(shù)據(jù)，后恢復非關(guān)鍵數(shù)據(jù)。容災能力較好，但恢復點指標和恢復時間指標都不好。8.3數(shù)據(jù)容災（3）異地熱備份：在異地建立容災備份點，業(yè)務系統(tǒng)實時通過網(wǎng)絡以同步或異步方式，將業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份搭配容災備份點。災難發(fā)生時，容災備份點會自動接替業(yè)務系統(tǒng)的工作，保持業(yè)務連續(xù)性。備份站點一般只備份數(shù)據(jù)，不承擔業(yè)務。異地容災系統(tǒng)有兩個數(shù)據(jù)中心（同城或非同城），非同城容災系統(tǒng)抗災能力強，但成本高。8.3數(shù)據(jù)容災（4）活動互援備份：在相隔較遠的地方分別建立兩個數(shù)據(jù)中心，它們都處于工作狀態(tài)，并進行相互數(shù)據(jù)備份。

當某個數(shù)據(jù)中心發(fā)生災難時，另一個數(shù)據(jù)中心接替其工作任務。這種備份方式根據(jù)實際要求和投入資金的多少，又可分為兩種：①兩個數(shù)據(jù)中心之間只限于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的相互備份；②兩個數(shù)據(jù)中心之間互為鏡像，即零數(shù)據(jù)丟失等。零數(shù)據(jù)丟失需要配置復雜的管理軟件和專用的硬件設備，需要的投資是最大的，但恢復速度也是最快的。8.3數(shù)據(jù)容災容災備份的關(guān)鍵技術(shù)在建立容災備份系統(tǒng)時會涉及到多種技術(shù)，如：SAN或NAS技術(shù)、遠程鏡像技術(shù)、基于IP的SAN的互連技術(shù)、快照技術(shù)等。8.3數(shù)據(jù)容災（1）遠程鏡像技術(shù)遠程鏡像技術(shù)是在主數(shù)據(jù)中心和備援中心之間的數(shù)據(jù)備份時用到。鏡像是在兩個或多個磁盤或磁盤子系統(tǒng)上產(chǎn)生同一個數(shù)據(jù)的鏡像視圖的信息存儲過程，一個叫主鏡像系統(tǒng)，另一個叫從鏡像系統(tǒng)。按主從鏡像存儲系統(tǒng)所處的位置可分為本地鏡像和遠程鏡像。8.3數(shù)據(jù)容災遠程鏡像又叫遠程復制，是容災備份的核心技術(shù)，同時也是保持遠程數(shù)據(jù)同步和實現(xiàn)災難恢復的基礎。遠程鏡像按請求鏡像的主機是否需要遠程鏡像站點的確認信息，又可分為同步遠程鏡像和異步遠程鏡像。按主從鏡像存儲系統(tǒng)所處的位置可分為本地鏡像和遠程鏡像。8.3數(shù)據(jù)容災同步遠程鏡像：指通過遠程鏡像軟件，將本地數(shù)據(jù)以完全同步的方式復制到異地，每一本地的I/O事務均需等待遠程復制的完成確認信息，方予以釋放。同步鏡像使拷貝總能與本地機要求復制的內(nèi)容相匹配。當主站點出現(xiàn)故障時，用戶的應用程序切換到備份的替代站點后，被鏡像的遠程副本可以保證業(yè)務繼續(xù)執(zhí)行而沒有數(shù)據(jù)的丟失。存在往返傳播造成延時較長的缺點，只限于在相對較近的距離上應用。8.3數(shù)據(jù)容災異步遠程鏡像：保證在更新遠程存儲視圖前完成向本地存儲系統(tǒng)的基本操作，而由本地存儲系統(tǒng)提供給請求鏡像主機的I/O操作完成確認信息。遠程的數(shù)據(jù)復制以后臺同步的方式進行，本地系統(tǒng)性能受到的影響很小，傳輸距離長，對網(wǎng)絡帶寬要求小。許多遠程的從屬存儲子系統(tǒng)