網絡數據備份主要技術分析和啟示

計算機網絡等信息技術的發展，為人們的生活和工作帶來了諸多便利。盡管我們一再小心謹慎，但不可避免地會發生軟件缺陷、硬件損壞、電腦病毒和黑客攻擊，造成無法彌補的數據丟失的災難。因此保證數據存儲的安全性和可用性至關重要，這也使人們越來越認識到電子數據存儲備份的必要性和重要性。

所謂數據備份，顧名思義就是將數據以某種方式加以保留，以便在系統遭受破壞或其他特定情況下，重新加以利用的一個過程。數據備份的根本目的是重新利用，即備份工作的核心是恢復。能夠安全、方便而又高效地恢復數據，才是備份系統的真正生命力所在。備份程序可以在局域網(LAN)或是存儲區域網絡(SAN)上運行。機構將會使用典型的“智能”軟件包，能夠自動確定備份時間、執行備份、追蹤備份和恢復數據。傳統的磁帶備份也由備份軟件包管理。隨著備份技術的快速發展，采用了磁盤備份技術，可選擇磁盤作為備份介質。

備份架構中磁盤的作用

隨著網絡數據存儲設備的創新發展，備份方式也從傳統的磁帶方式發展到目前的磁盤到磁盤、虛擬磁帶和磁盤到磁盤到磁帶的多種方式。磁盤存儲系統價格結構的變化和經濟高效的串行ATA存儲系統的可用性，促使磁盤到磁盤這種新型備份方式的出現。大多數備份軟件廠商如今都支持磁盤到磁盤的備份。多年來，一些軟件廠商早已實現了對數據分段備份到磁盤的支持。實質上，分段法只是備份過程中的一個中間步驟，備份數據首先存儲到磁盤，然后轉移到磁帶介質。許多備份軟件包如今支持諸如磁盤的備份介質，同時也可選擇將數據從一種介質轉移到另一介質，諸如磁帶。在如今高速磁盤環境下，傳統備份技術的融合和數據遷移顯得非常有活力。

主要備份技術

快照/影像備份

傳統備份實質上是收集文件。快照或是影像備份開創另類方法，首先在備份開始前生成數據卷的塊級靜態影像，然后將原始文件系統數據塊傳輸到備份介質上。快照技術是一種數據差分備份技術，通過軟件對主磁盤進行快速掃描，建立該時間備份數據點的邏輯快照，盡管快照卷在邏輯上和主卷擁有相同的容量，但它并不是主卷的完全拷貝，僅備份一段時間內修改更新的數據，需要共享主卷的部分數據。快照系統通常由兩部分組成，數據存儲區和地址解析控制，它向用戶提供主磁盤和多個時間點的快照盤的邏輯視圖。這些快照盤并不像主磁盤或從屬磁盤，有固定的容量，它的大小根據快照數據即修改更新的數據大小而改變。

由于數據快照就是對某一時刻的磁盤塊地址映射表進行一個復制，而且文件系統描述符區相比磁盤上的數據而言是非常小的，所以這個復制過程非常快。為了確保數據一致性，在備份過程中，當緩存了變化了的數據塊時就會產生告警。該技術的目的是為了提高備份的效率和縮短備份窗口。通常一致性的做法是使用影像備份以免文件系統在磁盤上生成許多文件。影像備份與磁盤到磁盤備份方式結合使用效果極好。

LAN-Based 備份

在該系統中數據的傳輸是以網絡為基礎的。其中配置一臺服務器作為備份服務器，由它負責整個系統的備份操作。磁帶庫則接在某臺服務器上，在數據備份時備份對象把數據通過網絡傳輸到磁帶庫中實現備份。

LAN-free備份

LAN-Free和Server-Free的備份系統是建立在SAN(存儲區域網)的基礎上的。基于SAN的備份是一種徹底解決傳統備份方式需要占用LAN帶寬問題的解決方案。它采用一種全新的體系結構，將磁帶庫和磁盤陣列各自作為獨立的光纖結點，多臺主機共享磁帶庫備份時，數據流不再經過網絡而直接從磁盤陣列傳到磁帶庫內，是一種無需占用網絡帶寬 (LAN-Free) 的解決方案。LAN-Free數據傳輸允許服務器通過光纖通道接口執行備份。每臺連接到SAN的服務器都能夠將數據備份到磁帶機。數據通過應用服務器從SAN附屬磁盤徑直遷移到SAN附屬存儲裝置。與傳統的LAN備份相比，尤其對于大規模備份，LAN-free備份有助于獲得顯著的性能并釋放LAN資源，否則將會被占用。

Server-Free備份

與傳統備份或是LAN-free備份(數據通過備份服務器組件)相比較，Server-Free備份數據通過SAN在存儲設施間直接傳送。Server-Free備份的一個主要優勢是不需要在服務器中緩存數據，顯著減少對主機CPU的占用，減小了應用服務器的工作負荷。由于備份過程在專用高速存儲網絡上進行，而且決定吞吐量的是存儲設備的速度，而不是服務器的處理能力，所以系統性能大為提升。若將Server-Free備份定義為數據不必首先傳輸到備份系統，那就有點混淆不清了，原因是備份程序仍舊控制著一些主要的備份功能，而且必須弄清備份文件的索引。在此姑且將數據自行遷移稱作Server-Free。其典型的操作順序是，備份軟件先明確邏輯文件名和它們如何映射到物理數據塊，再對要備份的數據卷執行快照操作，然后使用擴展拷貝或是第三方拷貝命令經由SAN遷移數據。第三方拷貝是由SAN系統(諸如連接橋)、主系統或是存儲裝置本身執行。這一組件通常稱作“數據遷移器”。

虛擬磁帶庫(VTL)

虛擬磁帶庫(VTL)實質上是模擬磁帶庫的磁盤系統。備份系統“認為”是將數據備份到磁帶裝置，而實際上是備份到磁盤系統。VTL技術以磁盤作為存儲介質，并利用虛擬化技術將磁盤仿真成物理磁帶庫，利用傳統備份軟件實現和物理磁帶庫同樣的數據備份功能，在操作窗口上實現完全如物理磁帶庫一樣的操作，從而在不改變原來磁帶庫備份架構的情況下，用磁盤代替磁帶。

與傳統的磁帶庫相比，虛擬磁帶庫有以下優點:讀寫速度快、縮短備份窗口;具有磁盤容錯功能、提高可用性;磁盤存儲應用廣泛、技術認知度高、易于管理維護;結合磁盤陣列的快速拷貝、復制等功能、提高備份成功率、縮短恢復時間、提升讀取歸檔數據的效率、實現數據保護更高的可靠性等。

作為傳統磁帶庫的一個有益的補充方案，虛擬磁帶庫使用基于磁盤技術的數據備份/恢復系統，整合了磁盤所具備的快速訪問、數據傳輸以及RAID的優勢，同時利用仿真技術可以整合多種磁帶格式及磁帶庫類型，在此基礎上延續了磁帶原本具有的穩定、可寫入大數據塊的特點，使得虛擬磁帶庫很快成為了存儲備份領域的一項主流技術。

數據重復刪除技術

數據重復刪除技術通常用于基于磁盤的備份系統，旨在通過減少冗余數據來減少數據存儲總量。在磁盤系統中數據重復刪除是關鍵部件，是因為它影響著備份、恢復和磁帶拷貝性能，影響著可量測性和其它重要的備份功能。以ExaGrid第二代基于磁盤的備份系統為例，它以完全備份的方式將最近的數據備份存儲，利用后處理方式(post-processing，采用Hash 算法技術或者差分算法技術)以字節級別對更早存儲的備份數據重復刪除。為了達到這一目的，備份數據要與過去的備份對照，對每一次備份中變化了的字節執行存儲。采用這種備份方法，數據減少速率可達10:1到50:1。數據減少比率由需要處理的數據字節決定，數據的平均減少比率變化范圍為20或25:1。數據可以輕易地由多臺服務器處理。備份系統架構為無縫虛擬化的ExaGrid GRID架構。

在線備份技術

在線數據備份技術正在快速替代更多的傳統備份技術，諸如磁帶備份。通過使用Internet技術，在線備份或是基于網絡的備份是異地存儲數據的有效方法。這類數據可以是文件、文件夾或是整個硬盤驅動器。這類重要的數據有規律地備份到遠程服務器或是帶有網絡連接的計算機。

對于活動數據庫，在線備份常常稱作熱備份或是動態備份。這是一種針對數據執行的備份，即使數據正在被用戶存取，并且數據可能處于更新狀態。由于不需要停網，就如同傳統的離線冷備份，因此在線數據備份為多用戶系統提供了簡便的解決方法。

在線數據備份服務簡單、高效，但是企業也會顧慮到數據存儲在第三方的安全性。這就對服務提供商提出了更高的要求。首先，在線數據備份軟件要保證數據在傳輸和存儲過程中的安全;第二，要保證經過一定安全級別的認證機制，數據才能恢復到本地;第三，服務提供商在管理機制上也要保證企業數據的存儲安全，這就要求服務提供商是可信賴的、管理規范的企業。

幾點啟示

(1)拷貝是從源文件中讀出數據，并將其寫到含有不同于源文件所在的物理介質上的過程，讀出后源文件數據不變。然而，若只備份應用系統中的特定業務數據而對應用軟件和一些重要的數據文件缺乏必要的記錄，就會造成備份內容不完整。因此，備份不僅包括對數據的拷貝，也包括備份管理。管理包括備份的可計劃性、磁帶機等的自動化操作、歷史記錄的保存以及日志記錄等等。

(2)硬件備份主要包括雙機熱備份、磁盤陣列與磁盤鏡像。但是硬件備份不能從根本上保證數據安全。理由是硬件備份的最主要目的是保證系統的連續運行，對人為錯誤導致的數據丟失無能為力，無法有效地防止病毒入侵，對電源故障、天災人禍等意外事件也無能為力。

(3)最有效的備份是用一種容量大的設備對數個網絡系統進行備份。這樣，無論系統遭到什么程度的破壞，都可以很方便地將原來的系統恢復起來。

(4)對備份和恢復時間目標的考慮。數據備份的目的是數據恢復。通常與數據恢復有關的關鍵測度是時間，原因是當系統不能使用時，數據恢復的快與慢對業務有直接的影響。停機時間越長，造成經營收入和商業機會喪失的影響就越大，因此需要考慮恢復時間目標(RTO)和恢復點目標(RPO)。RTO是指將信息系統從災難造成的故障或癱瘓狀態恢復到可正常運行狀態，并將其支持的業務功能從災難造成的不正常狀態，恢復到可接受狀態所需的時間，其中包括備份數據恢復到可用狀態所需時間、數據處理系統切換時間，以及備用網絡切換時間等等。RPO是指業務系統所允許的災難過程中的最大數據丟失量(以時間來度量)。

根據使用的恢復技術或是方法，對恢復時間、恢復點和費用各自之間采取合理的折衷方案。災難發生后，傳統備份將會是恢復數據的可靠方法，但恢復時間會很長。其它磁盤備份技術的出現有助于將恢復時間降至可接受的范圍，達到更加經濟高效的程度。因此，強烈鼓勵機構密切注意數據需要什么樣的保護，在業務拓展的基礎上使用什么類型的備份或是其它數據保護技術。

網絡用戶的理想備份方案是用一種容量大、具有先進的自動管理功能，價格又相對較低的設備對整個網絡系統數據進行備份。傳統的備份技術采用磁帶介質，開發的技術也以磁帶為基礎，存在備份速度慢、備份窗口瓶頸、恢復速度慢、實現并行備份和并行恢復難等諸多問題。隨著磁盤系統價格的持續降低，用戶日益收縮的備份窗口和對備份恢復速度的要求，以及遠程容災的需要，開發基于磁盤系統的數據備份與災難恢復技術成為開發的焦點。在線數據備份保證了數據安全，而且經濟高效，達到數字資源的容災目的，最大限度地減輕數據丟失和毀損帶來的災難性后果。