客票系統容災的四種數據復制技術方案

李 林 上海鐵路局信息技術所

1 概述

鐵路客票預定與發售信息系統（以下簡稱客票系統）負載著鐵路所有客運營業站的計算機聯網售票任務，鑒于鐵路在國民經濟客貨運輸中的重要地位，它的穩定、高效運行直接關系到鐵路客運生產收入和社會影響。

目前，客票系統已實現了票庫集中。在某區域內代售點發售的電子客票均是通過該區域內唯一的后臺中心數據庫售出，這就對客票主機、存儲、網絡等提出了更高的要求。客票系統在建立之時就通過對主機、存儲配置冗余熱備模塊來規避單個器件失效的故障，通過雙機集群來規避單臺服務器失效的故障，通過操作系統LVM 建立雙存儲間鏡像，同時機房建立冗余UPS 供電、空調系統，這些措施對客票信息系統的安全、穩定運行起到了重要作用。

綜上所述，雖然客票系統數據中心具備了一定的數據保護和保證業務連續性的能力，但是站在更高的層面看，客票系統數據中心對于較大范圍的災難事件，如中心機房斷電、火災、地震、人為破壞等非預見性因素缺乏有效的技術防范措施。隨著各地高速鐵路的開通運營，客票系統災難的發生會嚴重影響鐵路客運，并帶來不良的社會影響，因此有必要在安全、穩定生產的前提下，建立客票數據中心的容災備份，盡可能地保證客票系統的連續性、可靠性。本文就客票系統實現容災的幾種數據復制技術方案小結如下。

2 四種技術方案的研究

容災技術方案的核心技術是數據復制技術。雖然計算機業界有許多廠商提供各種各樣的產品和技術，但是就其本質而言，主流的數據容災技術基本可分為四大類，即智能存儲層數據復制、數據庫層數據復制、主機層邏輯卷軟件容災復制和存儲網絡層容災復制（存儲虛擬化技術）。下面就這四種容災數據復制技術的方案設計進行討論：

2.1 智能存儲層數據復制

智能存儲系統容災是基于存儲系統內建的固件（firmware）或操作系統，通過IP 網絡或DWDM、光纖通道等傳輸介質，將數據以同步或異步的方式復制到容災端。主要的智能存儲系統容災有HP、HDS TrueCopy、IBM PPRC 和EMC SRDF 等。該技術于上世紀末誕生于智能存儲技術中，被較多容災系統所采用。

基于智能存儲的數據復制由智能存儲系統自身實現數據的遠程復制和同步，即智能存儲系統將對本系統中的存儲器I/O 操作Log 復制到遠端的存儲系統中并執行。該技術保證了數據的一致性，具有高效快速的特點，能較好地保證數據的完整性和一致性，數據的復制備份過程不占用主機資源，操作控制比較簡單。但其開放性較差，要求主機、存儲必須同構。智能存儲系統的遠程數據復制的示意如圖1 所示。

圖1 智能存儲系統的遠程數據復制的示意

2.2 數據庫層數據復制

數據庫遠程復制是由數據庫系統軟件來實現其遠程復制和同步。在復制過程中，使用自動沖突檢測和解決的手段保證數據一致性不受破壞。復制方式可分為實時復制、定時復制和存儲轉發復制。

(1)實時復制：當主中心的數據庫內容被修改時，容災中心的數據庫內容實時地被修改，此種復制方式對網絡可靠性要求高。

(2)定時復制：當主中心的數據庫內容被修改時，容災中心的數據庫內容會按照時間間隔，周期性地按照主中心的更新情況進行刷新，時間間隔可長(以小時計)可短(以秒計)。

(3)存儲轉發復制：當主中心的數據庫內容被修改時，主中心的數據庫服務器會先將修改操作Log 存儲于本地，待時機成熟再轉發給容災中心。

遠程數據庫復制的實質是將主用系統數據庫操作Log 實時或者周期性地復制到備用系統數據庫中執行，實現二者數據的一致性。它對主機的性能有一定影響，會增加對磁盤存儲容量的需求（包括對Log 的存儲），但系統恢復較簡單，在實時復制方式時數據一致性較好。遠程數據庫復制需配置數據庫遠程復制軟/硬件，對主、備系統的服務器主機類型、存儲設備類型可以異構，對數據庫的操作訪問基于開放接口時甚至可以實現異種數據庫之間的互為備份復制。遠程數據庫復制邏輯示意如圖2 所示。

圖2 遠程數據庫復制邏輯示意

2.3 主機層邏輯卷軟件數據復制

該復制方式采用第三方卷管理軟件實現數據復制。通過在容災中心主機和主中心主機上安裝卷管理器軟件，將容災中心的磁盤空間和主中心磁盤空間上的分區或卷虛擬為主機能夠看到的同一分區或卷，這樣當主中心主機發生I/O 操作時，系統自動將數據分別寫入本地的主磁盤陣列和容災中心的鏡像磁盤陣列中，從而實現數據的復制。這種寫操作對主機而言的是邏輯上的。當主中心發生災難時，容災中心可以接管應用；當主中心系統重建后，數據可以從容災中心得到恢復。它的原理和操作系統邏輯卷LVM 鏡像有幾分相似，主機層邏輯卷軟件數據復制原理如圖3 所示。

圖3 主機層邏輯卷軟件數據復制原理

生產系統對“本地數據”的任何更新都立刻在“異地數據”得到更新。“本地數據”和“異地數據”的更新方式可以選擇順序方式或者并行方式，但一般使用并行方式以增加整體性能。目前較知名的邏輯卷復制管理軟件包括IBM 的eXtended RemoteCopy (XRC)和HACMP/XD 和LVM、Veritas Volume Replicator(VVR)、SUN 的Data Replicator，這些基于軟件輔助的數據復制工具都可以通過IP 網絡實現遠程數據復制。

2.4 智能存儲交換機數據復制

基于智能存儲交換機(SAN-Based)的容災方式是將有特殊功能的存儲交換機放置在主機與存儲之間，通過交換機中的功能模塊將主機與生產中心存儲與容災中心存儲劃分到一起。當主機有I/O寫入時，交換機自動將次I/O 同時寫入到本地和異地的存儲當中去，分配I/O的工作完全由專用存儲交換機來完成，因此對主機及存儲的性能影響微小。同時，由于功能使用軟件層面實現，可實現精細時間的恢復策略，并且整個SAN 環境中使用公共、統一的復制API，可以實現存儲的異構。業界知名的遠程容災方案有飛康CDP、IBM SVC 等。

四種方案的優劣比較如表1 所示。

表1 四種方案的優劣比較

3 結束語

隨著高速鐵路時代的到來，客票系統在客運組織中的重要性越來越突顯，保證客票系統的安全穩定運行，提高其連續可用性已成為共識，因而，建立客票系統的災難備份勢在必行。但災難備份是一項技術復雜、投資巨大、工程浩大的項目。通過研究當前的先進技術，結合鐵路客票系統的特點，本文分析了各種可行的技術方案，希望提出對客票系統安全性具有參考意義的觀點。系統容災建設是一個長期過程，它帶來高可靠性保障的同時也需要高額的資金支持，并且對建設完成后的系統維護也將會提出更高的要求。