客票系統(tǒng)容災(zāi)的四種數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)方案

李 林 上海鐵路局信息技術(shù)所

1 概述

鐵路客票預(yù)定與發(fā)售信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱客票系統(tǒng)）負(fù)載著鐵路所有客運(yùn)營(yíng)業(yè)站的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)售票任務(wù)，鑒于鐵路在國(guó)民經(jīng)濟(jì)客貨運(yùn)輸中的重要地位，它的穩(wěn)定、高效運(yùn)行直接關(guān)系到鐵路客運(yùn)生產(chǎn)收入和社會(huì)影響。

目前，客票系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了票庫(kù)集中。在某區(qū)域內(nèi)代售點(diǎn)發(fā)售的電子客票均是通過(guò)該區(qū)域內(nèi)唯一的后臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫(kù)售出，這就對(duì)客票主機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等提出了更高的要求。客票系統(tǒng)在建立之時(shí)就通過(guò)對(duì)主機(jī)、存儲(chǔ)配置冗余熱備模塊來(lái)規(guī)避單個(gè)器件失效的故障，通過(guò)雙機(jī)集群來(lái)規(guī)避單臺(tái)服務(wù)器失效的故障，通過(guò)操作系統(tǒng)LVM 建立雙存儲(chǔ)間鏡像，同時(shí)機(jī)房建立冗余UPS 供電、空調(diào)系統(tǒng)，這些措施對(duì)客票信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

綜上所述，雖然客票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心具備了一定的數(shù)據(jù)保護(hù)和保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的能力，但是站在更高的層面看，客票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對(duì)于較大范圍的災(zāi)難事件，如中心機(jī)房斷電、火災(zāi)、地震、人為破壞等非預(yù)見性因素缺乏有效的技術(shù)防范措施。隨著各地高速鐵路的開通運(yùn)營(yíng)，客票系統(tǒng)災(zāi)難的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響鐵路客運(yùn)，并帶來(lái)不良的社會(huì)影響，因此有必要在安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，建立客票數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)備份，盡可能地保證客票系統(tǒng)的連續(xù)性、可靠性。本文就客票系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容災(zāi)的幾種數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)方案小結(jié)如下。

2 四種技術(shù)方案的研究

容災(zāi)技術(shù)方案的核心技術(shù)是數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)。雖然計(jì)算機(jī)業(yè)界有許多廠商提供各種各樣的產(chǎn)品和技術(shù)，但是就其本質(zhì)而言，主流的數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)基本可分為四大類，即智能存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)庫(kù)層數(shù)據(jù)復(fù)制、主機(jī)層邏輯卷軟件容災(zāi)復(fù)制和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層容災(zāi)復(fù)制（存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)）。下面就這四種容災(zāi)數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行討論：

2.1 智能存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)復(fù)制

智能存儲(chǔ)系統(tǒng)容災(zāi)是基于存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)建的固件（firmware）或操作系統(tǒng)，通過(guò)IP 網(wǎng)絡(luò)或DWDM、光纖通道等傳輸介質(zhì)，將數(shù)據(jù)以同步或異步的方式復(fù)制到容災(zāi)端。主要的智能存儲(chǔ)系統(tǒng)容災(zāi)有HP、HDS TrueCopy、IBM PPRC 和EMC SRDF 等。該技術(shù)于上世紀(jì)末誕生于智能存儲(chǔ)技術(shù)中，被較多容災(zāi)系統(tǒng)所采用。

基于智能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)復(fù)制由智能存儲(chǔ)系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程復(fù)制和同步，即智能存儲(chǔ)系統(tǒng)將對(duì)本系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器I/O 操作Log 復(fù)制到遠(yuǎn)端的存儲(chǔ)系統(tǒng)中并執(zhí)行。該技術(shù)保證了數(shù)據(jù)的一致性，具有高效快速的特點(diǎn)，能較好地保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，數(shù)據(jù)的復(fù)制備份過(guò)程不占用主機(jī)資源，操作控制比較簡(jiǎn)單。但其開放性較差，要求主機(jī)、存儲(chǔ)必須同構(gòu)。智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制的示意如圖1 所示。

圖1 智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制的示意

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)層數(shù)據(jù)復(fù)制

數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程復(fù)制是由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程復(fù)制和同步。在復(fù)制過(guò)程中，使用自動(dòng)沖突檢測(cè)和解決的手段保證數(shù)據(jù)一致性不受破壞。復(fù)制方式可分為實(shí)時(shí)復(fù)制、定時(shí)復(fù)制和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制。

(1)實(shí)時(shí)復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容被修改時(shí)，容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容實(shí)時(shí)地被修改，此種復(fù)制方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性要求高。

(2)定時(shí)復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容被修改時(shí)，容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容會(huì)按照時(shí)間間隔，周期性地按照主中心的更新情況進(jìn)行刷新，時(shí)間間隔可長(zhǎng)(以小時(shí)計(jì))可短(以秒計(jì))。

(3)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容被修改時(shí)，主中心的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器會(huì)先將修改操作Log 存儲(chǔ)于本地，待時(shí)機(jī)成熟再轉(zhuǎn)發(fā)給容災(zāi)中心。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制的實(shí)質(zhì)是將主用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)操作Log 實(shí)時(shí)或者周期性地復(fù)制到備用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)的一致性。它對(duì)主機(jī)的性能有一定影響，會(huì)增加對(duì)磁盤存儲(chǔ)容量的需求（包括對(duì)Log 的存儲(chǔ)），但系統(tǒng)恢復(fù)較簡(jiǎn)單，在實(shí)時(shí)復(fù)制方式時(shí)數(shù)據(jù)一致性較好。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制需配置數(shù)據(jù)庫(kù)遠(yuǎn)程復(fù)制軟/硬件，對(duì)主、備系統(tǒng)的服務(wù)器主機(jī)類型、存儲(chǔ)設(shè)備類型可以異構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作訪問(wèn)基于開放接口時(shí)甚至可以實(shí)現(xiàn)異種數(shù)據(jù)庫(kù)之間的互為備份復(fù)制。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制邏輯示意如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制邏輯示意

2.3 主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制

該復(fù)制方式采用第三方卷管理軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制。通過(guò)在容災(zāi)中心主機(jī)和主中心主機(jī)上安裝卷管理器軟件，將容災(zāi)中心的磁盤空間和主中心磁盤空間上的分區(qū)或卷虛擬為主機(jī)能夠看到的同一分區(qū)或卷，這樣當(dāng)主中心主機(jī)發(fā)生I/O 操作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)分別寫入本地的主磁盤陣列和容災(zāi)中心的鏡像磁盤陣列中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制。這種寫操作對(duì)主機(jī)而言的是邏輯上的。當(dāng)主中心發(fā)生災(zāi)難時(shí)，容災(zāi)中心可以接管應(yīng)用；當(dāng)主中心系統(tǒng)重建后，數(shù)據(jù)可以從容災(zāi)中心得到恢復(fù)。它的原理和操作系統(tǒng)邏輯卷LVM 鏡像有幾分相似，主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制原理如圖3 所示。

圖3 主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制原理

生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)“本地?cái)?shù)據(jù)”的任何更新都立刻在“異地?cái)?shù)據(jù)”得到更新。“本地?cái)?shù)據(jù)”和“異地?cái)?shù)據(jù)”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(fù)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(shù)據(jù)復(fù)制工具都可以通過(guò)IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制。

2.4 智能存儲(chǔ)交換機(jī)數(shù)據(jù)復(fù)制

基于智能存儲(chǔ)交換機(jī)(SAN-Based)的容災(zāi)方式是將有特殊功能的存儲(chǔ)交換機(jī)放置在主機(jī)與存儲(chǔ)之間，通過(guò)交換機(jī)中的功能模塊將主機(jī)與生產(chǎn)中心存儲(chǔ)與容災(zāi)中心存儲(chǔ)劃分到一起。當(dāng)主機(jī)有I/O寫入時(shí)，交換機(jī)自動(dòng)將次I/O 同時(shí)寫入到本地和異地的存儲(chǔ)當(dāng)中去，分配I/O的工作完全由專用存儲(chǔ)交換機(jī)來(lái)完成，因此對(duì)主機(jī)及存儲(chǔ)的性能影響微小。同時(shí)，由于功能使用軟件層面實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)時(shí)間的恢復(fù)策略，并且整個(gè)SAN 環(huán)境中使用公共、統(tǒng)一的復(fù)制API，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的異構(gòu)。業(yè)界知名的遠(yuǎn)程容災(zāi)方案有飛康CDP、IBM SVC 等。

四種方案的優(yōu)劣比較如表1 所示。

表1 四種方案的優(yōu)劣比較

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著高速鐵路時(shí)代的到來(lái)，客票系統(tǒng)在客運(yùn)組織中的重要性越來(lái)越突顯，保證客票系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高其連續(xù)可用性已成為共識(shí)，因而，建立客票系統(tǒng)的災(zāi)難備份勢(shì)在必行。但災(zāi)難備份是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、投資巨大、工程浩大的項(xiàng)目。通過(guò)研究當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合鐵路客票系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文分析了各種可行的技術(shù)方案，希望提出對(duì)客票系統(tǒng)安全性具有參考意義的觀點(diǎn)。系統(tǒng)容災(zāi)建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，它帶來(lái)高可靠性保障的同時(shí)也需要高額的資金支持，并且對(duì)建設(shè)完成后的系統(tǒng)維護(hù)也將會(huì)提出更高的要求。