計算機數據存儲備份探討

于 洋

（哈爾濱工業大學（威海） 管理學院，威海 264209）

1 計算機存貯系統的分類介紹及對比

存儲技術經歷了從基于服務器的存儲（DAS），基于磁盤陣列的存儲(SCSI)發展到基于網絡的存儲模式(NAS及SAN)，在數據存儲容量和讀寫速度上有較大幅度的提高，每秒傳輸的兆字節數（MBps）和每秒完成的輸入/輸出量（IOPS）是存儲設備的性能的兩種主要參數，目前的網絡存儲技術大致發展為三類。簡略對比如下。

1.1 直接依附存儲系統

DAS是以服務器為中心的存儲體系，DAS存貯設備直接掛接在各種服務器或客戶機的后端，直接由服務器或客戶機控制。它本身不帶任何存貯操作系統，由運行在服務器上或客戶機上的操作系統或第三方軟件兼管，當用戶數量增加或服務器正在提供服務時，其響應速度會變慢。目前隨著ATM和千兆以太網的普遍使用，服務器本身成為了數據輸入輸出的瓶頸。

1.2 網絡依附存儲系統

NAS存儲設備是以網絡為中心面向文件服務的結構方式，NAS存貯設備是單獨作為一個文件服務器直接連接在網絡上的，應用和數據存儲部分不在同一服務器上，網絡中設備的數據全部存貯在NAS存貯設備中，應用服務器通過標準LAN的接口與作為網絡文件系統的數據服務器連接。NAS存儲系統能將數據從網絡中獨立出來，降低了服務器的負載，從而較好提高了整個網絡的性能。

1.3 存儲區域網絡

SAN是一種以光纖通道（Fiber Channel, FC）實現服務器和存儲設備之間通訊的網絡結構，其中的服務器和存儲系統通過高帶寬FC交換機（帶寬達到4GB）相連，各應用工作站通過局域網訪問服務器，各存儲設備之間交換數據時可以不通過服務器，能有效減少大流量數據傳輸時發生的阻塞和沖突，較大程度減輕服務器承受的壓力，具有很強的靈活性和伸縮性。在當今網絡信息時代，SAN（存儲區域網絡）是存儲領域近來十分引人注目的技術。它一方面能為網絡上的應用系統提供豐富、快速、簡便的存儲資源；另一方面又能共享存儲資源并對其實施集中管理，成為當今理想的存儲管理和應用模式。其優點如下。

1）高數據傳輸速度

以光纖為接口的存儲網絡SAN可提供多路4Gbps連接的高擴展性、高性能的網絡存儲機構，光纖交換機、光纖存儲陣列同時提供高吞吐量和更大的服務器擴展空間。如IBM DS4800 4Gbps SAN 產品采用 4Gbps 技術性能數據，它可以提供最高 1724MBps 的吞吐量和最高 575,000 的 IOPS。

2）加強存儲管理

SAN存儲網絡實現一個存儲系統、備份設備和服務器相互連接的架構，他們之間的數據不再在以太網絡上流通，從而大大提高以太網絡的性能，用戶得以獲得一個與服務器分開的存儲管理理念，文件數據的復制、備份、恢復數據和安全的管理可以以中央的控制和管理手段進行，同時可把不同的存儲池以網絡方式連接，提供給用戶以任何他們需要的方式訪問需要的數據，可獲得更高的數據安全性及完整性。

3）簡易擴容及高效容錯性能

在需要容量擴容時只需要將新的SAN存儲設備連接并入網絡并進行簡單的配置，即可實現在線擴容；并且SAN設備RAID組中同時損壞兩塊硬盤的情況下仍然可以保證數據完整不丟失，而且磁盤陣列無需重啟即可更換損壞的硬盤，實現在線的數據容災及備份性能。

1.4 NAS與磁盤陣列的比較

磁盤陣列只是一個存儲介質，接到服務器后端，依靠通用操作系統來管理磁盤，如UNIX或NT, 沒有自己文件管理系統，控制磁盤只是其職能中的一部分，I/O操作算法效率不高，完全依托于服務器，當數據流量很大時，給服務器造成的壓力過大，易形成I/O瓶頸。

NAS是一臺服務器，有自己的核心，如CPU、內存、操作系統、磁盤系統等。NAS直接接到交換機或集線器上，有自己的文件管理系統，對磁盤的I/O操作算法進行了優化和提高，并采用多個磁盤的磁頭臂同時并行讀寫，最大限度地減少了磁頭臂的移動次數從而大大提高了讀寫效率，從而把應用服務器管理文件的包袱卸掉，提高整個系統性能。

1.5 NAS與SAN的比較

NAS是在RAID的基礎上增加了存儲操作系統，用戶通過TCP/IP協議訪問數據，NAS管理的是文件；

SAN是獨立出一個數據存儲網絡，通過專用光纖通道交換機訪問數據，各存儲設備之間交換數據時可以不通過服務器，網絡內部的數據傳輸率很快，SAN追求的是性能和速度，管理的是磁盤空間。

2 計算機備份系統的分類及其對比

長遠來看，數據備份效果的好壞是和用戶具體的需求、資金投入程度等有很大的關系，如果用戶想要一個好的災難備份方案則用戶在進行投資的時候一定要明白花費可能比較巨大，但是所花費的精力肯定就比較少，而且系統重新運行的時間也肯定很短。反之則不然。因此在初期選擇災難備份的方案時，就應該根據實際情況為用戶提供性價比較高的方案。

數據備份的方式分為冷備份、暖備份和熱備份三種方式，下面就這三種方式具體闡述一下。

2.1 冷備份

冷備份是一種花費最小的災難備份方式，它主要可以通過采用磁帶機、打孔器等設備將關鍵數據進行定期存儲，然后將處理完以后的數據備份分別存放，以實現災難備份。從以上的描述可以看出：它的優勢在于技術含量較低，易于實現，而且花費最小，但是這種方式也存在其最大的不足，就是它恢復的時間慢，而且如果備份的存儲介質出現問題時，則意味著用戶將永遠不能進行恢復了。因此我們認為只有在投資比較緊張，而且用戶對數據要求不是很高的情況下，才采用此種方式。因此我們可以看出采用此種方式只能適合于那些小型的應用系統和廣大的中小企業。

2.2 暖備份

暖備份是介于冷備份和熱備份之間的一種方式，因此它可以說是一種折中的方案，它主要通過設置硬盤遠程鏡像、數據庫復制和設置災難備份中心以實現對整個系統的完全備份。

首先我們來看一下硬盤遠程鏡像，它主要是通過設置另外一個相對于主服務器系統差的一臺服務器和數量眾多的硬盤（一般采用磁盤陣列）在兩者之間通過光纖連接，采用RAID技術實現。因此我們可以看出這種方式是相對較為節省的方式，而且實現也比較簡單，不需要很多的技術支持。但是它也存在其固有的缺點，比如說因為使用光纖而造成了距離限制，同時光纖的鋪設也是一筆花費較高的費用。而且相對最大的問題在于因為其不是采用同步復制技術，所以存儲的時候也沒有做到同步存儲。

其次暖備份的第二種方法即：數據庫復制技術。這種方法實現起來和采用硬盤鏡像技術差不多，只是他們的具體存儲方式不一樣，采用數據庫復制技術有效地解決了不同步的問題，它能利用數據庫軟件強大的管理功能實現數據的有機備份，從而比采用RAID技術實現數據備份更加科學。因此采用此種方式它繼承了硬盤備份的大部分缺點和優點，唯一不同的地方在于它有效的解決了數據同步復制的問題。但是采用此種方式帶來的另一個問題在于每個不同的數據庫廠商只能對采用自己公司的數據庫的數據進行同步復制，它不能對其他數據庫廠商的數據進行操作。從而造成兼容性較差的問題。

最后讓我們來看一下暖備份的最后一種實現形式即采用災難備份中心這種形式。我們在這里指的災難備份中心與下邊要講的熱備份中的災難備份中心不是同一個概念。在這里講的災難備份中心指的是在系統所在地（或某大公司總部所在地）建立一個較大的數據備份中心，然后用這個備份中心實現對整個系統（或公司）的全程數據管理及備份功能。因此，這種方式相對來講沒有距離的限制（可以實現對遠程分支機構的數據備份和管理），而且它適合于任何的網絡架構（可以使用DDN、PSTN、X.25、FDDI等），相對投資較小，可以實現接近于實時同步，而且實現起來技術比較成熟，要求相對較低，而且擴張性很好，它與具體接駁幾個分支機構以及以后新增多少分支機構等沒有任何關系。但是它同樣也存在其固有的缺點，即作為統一的數據備份中心來說，它的實現需要一個比較詳細的計劃，以便于其進行具體實施（譬如說事先計劃好每隔多久進行一次數據備份，每個數據包采用什么格式），因此需要事先進行謹慎地計劃。

從上述分析我們可以看出，不管采用哪種暖備份方式，都存在一定的局限性，但是它相對的性價比較好，而且實現的技術十分成熟。因此，我們可以看出這種備份方式特別適合于那些大型的應用系統以及大型的企業實現對其所有分支機構的遠程管理以及對自己系統內的數據進行有效的備份。

2.3 熱備份

熱備份是所有災難備份方式中效果最好、恢復方式最快的一種方式。它具體也通過設置災難備份中心，用一種專用設備，通過光纖實現與要進行備份的服務器系統之間建立聯系。然后通過專用的軟件對要進行實時備份的目標服務器系統進行監控，實現自動探測，在整個災難備份系統安裝完成以后，可以實現基本不需要人進行操作，它能監控出目標服務器系統的任何問題，自動進行任何數據操作，達到防范于未然的效果，對管理人員來說也是相當輕松的。但是我們仍然需要看到這種方式的許多不足之處，首先因為使用專門的設備和管理軟件，因此費用肯定最貴，而且它只能實現點對點的數據傳輸，幾乎沒有擴展性可言，系統初期安裝的技術難度以及實施工期可想而知，對廠商的依賴程度大大提高了。

因此，我們可以看出，熱備份只有在用戶對數據的可靠性、安全性、實時性要求特別高的時候才推薦使用，這種方式最好使用在那些超大規模的應用系統以及超大規模的企業對其中心服務器系統進行備份時采用。

[1] 徐海琛, 張獻華. 高性能計算技術與大容量存儲技術概述[J]. 國土資源信息化, 2004, (04).

[2] 賴莉. 數據存儲方案分析[J]. 渝西學院學報(自然科學版), 2004, (04).

[3] 夏歡, 熊前興, 馮櫻. 數據存儲的探討[J]. 科技信息,2006, (S4) .

[4] 熊琦, 王麗娜, 王德軍, 趙大為. 基于磁盤和SAN的網絡數據備份模型[J]. 計算機工程, 2007, (04).

[5] 劉春貴,管廷祿. 基于網絡存儲備份系統的一般性數據備份與恢復[J]. 雁北師范學院學報, 2004, (02).

[6] 胡在凱. 網絡數據存儲備份系統建設與應用[J]. 吐哈油氣, 2006, (02).

[7] 曾愛華. 網絡數據存儲與備份探析[J]. 電腦知識與技術,2006, (14) .

[8] 顧鵬, 劉立剛, 謝長生. 數據存儲系統備份技術研究與分析[J]. 計算機安全, 2003, (06).

[9] 謝章武, 陳倩怡. 一個網絡數據存儲備份系統方案的設計與實現[J]. 金融電子化, 2001, (03).