數字圖書館數據備份系統方案的規劃

[摘要]本文針對當前數字圖書館對于數據備份的認識不足和技術缺陷，分析了數字圖書館對數據備份的需求，提出了數據備份系統的建設原則。在該原則的指導下分別對數據備份設備的選擇、數據備份軟件的選擇、數據備份策略的制定以及在數據備份方案實施過程中應該注意的問題及數字圖書館數據備份系統方案的規劃進行了論述。

[關鍵詞]數字圖書館；數據備份；信息資源

[中圖分類號]G258.93 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-3115(2009)12-0094-03

數字圖書館在互聯網技術、計算機技術、現代存貯技術的支持下以內容管理為核心。以海量信息處理、知識發現與技術加工為主要手段。以基于數據庫和信息庫的形式給大家提供了一個方便快捷的檢索平臺和信息中心。

數字圖書館作為網絡信息資源的先進管理模式，核心是海量數據資源的管理和提供利用。數據資源是數字圖書館的基礎，數據一旦破壞和丟失都將使數字圖書館的業務遭受致命性的損害。同時。計算機系統故障的發生也是多方面的，從計算機數據管理的角度看。小到誤操作導致系統的破壞及丟失，中到硬件的損壞、存儲介質的損壞，大到自然因素導致的火災、地震、水災等其他突發事件，都使數字圖書館的數據安全受到威脅。因此，建立可靠的數據備份系統保護數據安全。是數字圖書館建設的一項重要內容。

一、數據備份需求分析

計算機技術和通信技術作為數字圖書館的支撐技術，在信息的收集、處理、存儲、傳輸和分發中扮演著極其重要的角色，大大提高了工作效率。但是。數字圖書館也面臨一些問題，如系統失效、數據丟失或遭到破壞都時刻威脅著數字圖書館數據資源的安全。

(一)計算機硬件或軟件故障

硬件故障主要指硬盤驅動器損壞，由于機器的物理損壞導致文件、數據的丟失；軟件故障指系統參數設置不當，或由于應用程序沒有優化造成運行時系統資源沒有合理分配，或數據庫參數設置不當等。

(二)外部人為破壞或自然災害的破壞

這方面的破壞主要包括計算機被盜造成數據丟失；黑客侵入計算機系統，破壞計算機系統，造成數據丟失；病毒使計算機系統感染，損壞數據；自然災害，如水災、火災、地震等毀滅整個計算機系統；電源浪涌，即一個瞬間過載電功率損害計算機磁盤驅動器上的文件；磁干擾，生活、工作中常見的磁場可能破壞磁盤中的文件。

(三)操作錯誤或對數據備份認識不足

在現實生活中，常見的操作錯誤包括人為刪除文件或格式化磁盤等，這類問題的比例大約為80％。另外，管理人員對數據備份重要性認識的不足也是導致數字圖書館數據災難的一個重要原因，廖利娟、楊應全在《高校圖書館數據備份調查分析》一文中指出：“在對當前部分高校(包括高等專科學校、學院、大學)圖書館的調查中得知備份意識淡薄的占12％，備份管理松散的占17％，存在僥幸心理的占24％。部分圖書館數據備份操作員無制度約束，對數據備份操作感到麻煩，存在僥幸心理，對備份媒體管理責任心不強，備份手段落后，這些都是造成數字圖書館數據災難的隱患。

(四)備份媒體管理失控

在實際工作中，有的數字圖書館的數據備份工作做得很完美，但是，由于備份媒體得不到妥善管理也會造成數據災難。以磁帶備份設備為例。已經寫入了備份數據的磁帶應該歸檔存放，如果已經寫入了數據的磁帶繼續放在磁帶機里面，下次備份時新寫入的數據就可能覆蓋原來的數據，由此造成數據丟失。

二、數據備份的原則

對數據進行備份是為了保證數據的安全性，以達到數字圖書館的容載目的，最大限度地減輕數據丟失和毀損帶來的災難性后果，不同的應用環境要求不同的解決方案來適應。一般來說，數字圖書館的數據備份系統方案規劃要滿足以下原則。

(一)穩定性

數據備份的主要作用是為數字圖書館提供一個數據保護的方法，穩定性是其最重要的一個方面。數據備份一定要做到與操作系統的完全兼容，以達到備份系統的穩定性。

(二)全面性

在復雜的計算機網絡環境中，可能包括了各種操作平臺，如NetWare、Windows、Unix等，并安裝了各種應用系統，選用的備份系統要能支持各種操作系統、數據庫及各種典型應用。

(三)自動化

數據備份方案應能提供定時的自動備份，在自動備份過程中，還要有日志記錄功能，并在出現異常情況時自動報警，這樣就能減輕管理員的工作量，實現智能化的數據備份。

(四)安全性

計算機網絡是計算機病毒傳播的高速通道，給數據安全帶來極大威脅。如果在備份的時候把計算機病毒也完整地備份下來，將會形成一種惡性循環。因此，在備份過程中要注意查毒、防毒、殺毒，確保無毒備份。

(五)簡單性

數字圖書館的數據備份系統應用于不同的領域和應用程序中，進行數據備份的操作人員也處于不同的層次，這就需要一個直觀的、操作簡單的用戶界面，以縮短操作人員的學習時間，減輕操作人員的工作壓力，使備份工作得以輕松地設置和完成。同時，為了適應數字圖書館內部局域網的有效擴展，應該以備份服務器形成備份中心，對各種平臺的應用系統及其他信息數據進行集中式的備份，系統管理員可以在任意一臺工作站上管理、監控、配置備份系統，實現分布式處理、集中管理的特點。

三、數據備份方案的制定

一套完整的數字圖書館數據備份系統方案的規劃包括硬件選擇、容量確定、軟件選擇、策略的制定等，下面分別來介紹這幾個方面。

(一)數據備份硬件的選擇

數字圖書館的數據備份，就是使用較低廉的存儲介質，定期將系統內部數據備份下來，以保證數據意外丟失時能盡快恢復，將用戶的損失降到最低點。常用的存儲介質有磁盤、磁帶、光盤和磁光盤等，其中磁帶的容量大，操作方便，易于保管，在大容量的數據備份方面應用得比較普遍，適合于數字圖書館的數據備份。

目前，磁帶技術與產品主要分DLT和LTO幾種。8mm采用螺旋掃描技術，是Exabyte公司的獨立技術，但由于技術不開放，使得產品的市場占有率較低。HDLT原為Quantum公司的專利技術，現以OEM方式向多廠家開放，在大容量磁帶存儲市場上DLT技術占據了主導地位。目前，市場上使用的DLT8000磁帶機是技術最成熟的磁帶設備，它的讀寫速率壓縮后可達12M／S，最新由HP，Seagate及IBM等廠商推出的ultrium磁帶機采用LTO技術，這是一項開放的標準磁帶技術，可確保來自不同廠商的ultrium磁帶機實現數據的互換性。該磁帶機可在兩小時之內。將200GB壓縮數據備份到單盤磁帶上，從而將備份性能提升到新高，高達30MB／S的傳輸速率可實現更快速的數據備份和恢復。因此，在選擇大容量磁帶備份設備時，DLT和LTO磁帶庫應該是首選。在數字圖書館的建設中，磁帶庫通過SANl6J(Storage Area Network一存儲局域網絡)系統可形成網絡備份系統，實現數據的遠程備份，”達到數字圖書館數據備份系統簡單化、智能化的要求和分布式處理、集中管理的特點。

(二)數據備份容量的確定

確定數據備份容量的大小通常考慮以下幾個因素：

數字圖書館內部網絡中的總數據量，假定為01。

數據備份時間表(即增量備份的天數)，假設用戶每天作一個增量備份，周末作一個全備份，則d=6天。

每日數據改變量，假定為Q2。

期望無人干涉的時間，假定為3個月，則m=3。

數據增長量的估計，假定每年以20％遞增，則i=20％。

考慮壞帶，不可預見因素，一般為30％，則u=30％。

通過以上各因素考慮，可以較推算出備份設備的大概容量為：c=[(Ql+Q2*d)*4*m(1+i)]。(1+u)。

根據C的大小和單盤磁帶的容量，再考慮一定容量的冗余，就可以選擇需要多少槽位的磁帶庫。

(三)數據備份軟件的選擇

目前流行的數據庫如Oracle，Sybase，MS-SQL等，均有自己的數據庫備份工具，它們不能實現自動備份，只能將數據備份到磁帶或硬盤上，不能驅動磁帶庫等自動加載設備，因此，必須采用具有自動加載功能的磁帶庫硬件產品與數據庫在線備份功能的自動備份軟件。

目前流行的備份軟件有多種。如Legato NetWorker、CA ARCserve、HP OpenView OmnibackII、IBM ADSM及Veritas公司的NetBackup等。它們都具有自動定時備份管理、備份介質自動管理。數據庫在線備份管理等功能。其中，Legato、Veritas和CA是獨立軟件開發商，注重于對各種操作系統和數據庫平臺的支持，而HP和IBM等更注重于對本公司軟硬件產品的支持。

在小型機或工作站設備占主流的應用環境中以及在多平臺操作系統和擁有多不同數據庫的環境中，HP?Omnibackll擁有絕大部分的用戶市場。在微軟操作系統平臺上，CA公司的ARCServerlT備份軟件具有一定的競爭優勢，但其只適合于單一平臺下的數據在線備份。而無法實現異構平臺上的數據庫在線備份。Legato和Veritas是美國專業從事企業數據安全管理軟件開發的公司。他們均能夠提供跨平臺網絡數據的自動備份管理，可實現備份系統的分布處理，集中管理，備份機器分組管理、備份介質分組管理、備份數據分類、分組管理及備分介質自動重復使用等多項功能，備份的數據可在每個備份客戶機上按需恢復，也可在同平臺上按用戶權限交叉恢復，而備份操作可采用集中自動執行或手動執行。因此，對于跨多平臺多業務的數字圖書館系統，可以考慮選擇Legato或Veritas。

(四)數據備份策略的制定

備份策略指確定需備份的內容、備份時間及備份方式。目前被采用最多的備份策略主要有以下三種，完全備份：就是每天都進行完全備份。這種策略的好處是：當發生數據丟失的災難時，只要用一盤磁帶(即災難發生前一天的備份磁帶)，就可以恢復丟失的數據。然而它亦有不足之處：首先，由于每天都對整個系統進行完全備份，造成備份的數據大量重復，占用了大量的磁帶空間，增加成本；其次，由于需要備份的數據量較大，備份所需的時間也就較長。

增量備份：就是在星期天進行一次完全備份，然后在接下來的六天里只對當天新的或被修改過的數據進行備份。這種備份策略的優點是：節省了磁帶空間，縮短了備份時間。但它的缺點是：當災難發生時，數據的恢復比較麻煩。例如，系統在星期三的早晨發生故障，丟失了大量的數據，就要將系統恢復到星期二晚上時的狀態。這時系統管理員首先就要找出星期天的那盤完全備份磁帶進行系統恢復，然后再找出星期一的磁帶來恢復星期一的數據，找出星期二的磁帶來恢復星期二的數據。很明顯。這種方式很繁瑣。另外，這種備份的可靠性也很差。在這種備份方式下，各盤磁帶間的關系就像鏈子一樣，一環套一環，其中任何一盤磁帶出了問題都會導致整條鏈子脫節。比如在上例中，若星期二的磁帶出了故障，那么管理員最多只能將系統恢復到星期一晚上時的狀態。

差分備份：管理員先在星期天進行一次系統完全備份，然后在接下來的幾天里，再將當天所有與星期天不同的數據(新的或修改過的)備份到磁帶上。差分備份策略在避免了以上兩種策略的缺陷的同時，又具有了它們的所有優點：首先。它無需每天都對系統做完全備份，備份所需時間短，并節省了磁帶空間；其次，它的災難恢復也很方便，系統管理員只需兩盤磁帶，即星期一磁帶與災難發生前一天的磁帶，就可以將系統恢復。

在實際應用中。備份策略通常是以上三種的結合。例如每周一至周六進行一次增量備份或差分備份。每周日、每月底、每年底進行一次全備份。

根據以上分析。數字圖書館備份系統可以根據需求以及應用環境的不同進行靈活配置。一般來說可以選用DLT或LTO，磁帶庫應來組建SAN系統，軟件選用美國CA公司的ARCservelT，以此來形成數字圖書館內部局域網的網絡數據備份系統，在實際過程中每天進行增量備份或差量備份，每月進行完全備份，確保數據的安全，這樣就可以保證數字圖書館在發生數據災難后能最大限度地降低損失。