磁盤備份技術(shù)在電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)升級中的應(yīng)用

【摘要】電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)是電力自動化系統(tǒng)中保障數(shù)據(jù)安全的基本手段，近幾年來磁盤備份技術(shù)的發(fā)展極大地改變了數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。本文介紹了如何在現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的升級過程中應(yīng)用磁盤備份技術(shù)，應(yīng)用何種磁盤備份技術(shù)以及如何處理磁帶庫與磁盤備份設(shè)備的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】電力；磁盤備份；虛擬磁帶庫；重復(fù)數(shù)據(jù)刪除

1.引言

隨著電力信息化的快速推進(jìn)，電力系統(tǒng)中越來越多的關(guān)鍵業(yè)務(wù)在電子信息技術(shù)的驅(qū)動下由傳統(tǒng)工業(yè)向高度集約化、高度知識化、高度技術(shù)化轉(zhuǎn)變。調(diào)度自動化系統(tǒng)基于計算機(jī)、通信、控制技術(shù)，是在線為電力調(diào)度機(jī)構(gòu)生產(chǎn)運(yùn)行人員提供電力系統(tǒng)運(yùn)行信息、分析決策工具和控制手段的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。包含安裝在發(fā)電廠、變電站的變電站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制裝置以及安裝在調(diào)度的主站設(shè)備（包含計算機(jī)軟硬件及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)），通過通信介質(zhì)及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)。隨著電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展，各種關(guān)鍵業(yè)務(wù)的應(yīng)用對計算機(jī)系統(tǒng)的依賴也逐漸增加，如調(diào)度的核心數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對這些關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器及對重要數(shù)據(jù)的保護(hù)，成為電力調(diào)度部門考慮的重點。《電力二次系統(tǒng)安全規(guī)定》要求，電力調(diào)度自動化管理部門應(yīng)制訂和落實調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案和故障恢復(fù)措施，系統(tǒng)和運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)定期備份。

數(shù)據(jù)備份，是為了避免由于人為錯誤和設(shè)備故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失而采取的措施，是將操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實施復(fù)制，以便于恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行和有效數(shù)據(jù)的行為。自動化的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，是保障數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)故障恢復(fù)的基本的、廉價且利用率高的手段。

傳統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的存儲設(shè)備是磁帶庫和光盤庫。電力調(diào)度部門之前采用的大多是這種設(shè)備進(jìn)行備份。在過去的幾年中，由于磁盤技術(shù)的發(fā)展，使得磁盤陣列作為電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的存儲設(shè)備成為可能，并在實際應(yīng)用中穩(wěn)步增加。在此磁盤備份基礎(chǔ)上發(fā)展起來的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，可以降低磁盤備份系統(tǒng)的成本，進(jìn)一步發(fā)揮出磁盤備份系統(tǒng)的優(yōu)勢。

于此同時，磁帶設(shè)備在單位容量價格和存儲速度的增長方面，基本保持了與磁盤設(shè)備同步。在法規(guī)遵從、長期保存和特定的高速備份需求下，仍然保持了相對的優(yōu)勢。

本文探討了如何在采用磁盤備份技術(shù)的同時，充分利用磁帶備份的優(yōu)勢，組建功能完善、使用可靠且價格合理的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。

2.總體思路

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)，主要使用磁帶庫為備份數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，在日常使用中，存在以下一些問題：

（1）磁帶庫的機(jī)械可靠性相對較低

磁帶庫設(shè)備的機(jī)械手和磁帶驅(qū)動器都是比較復(fù)雜的機(jī)電一體化裝置，由于機(jī)械裝置較為復(fù)雜，其故障率比機(jī)房中的其他設(shè)備如服務(wù)器和交換設(shè)備等，要高。

（2）磁帶驅(qū)動器對于多批次、小數(shù)據(jù)量的備份，效率低下

磁帶驅(qū)動器在更換磁帶和磁帶定位的過程中需要耗費(fèi)較長時間（通常為幾分鐘或更長），如果備份對象較多而每個對象的備份數(shù)據(jù)量較小時，容易產(chǎn)生頻繁更換磁帶的操作，在此情形下，整個備份系統(tǒng)的效率將會非常低下。

（3）備份調(diào)度調(diào)整工作復(fù)雜

由于每個磁帶庫的磁帶驅(qū)動器有限，同時可以進(jìn)行的備份工作受限于磁帶驅(qū)動器的數(shù)量。這使得備份的調(diào)度工作需要耗費(fèi)大量時間來進(jìn)行調(diào)整，使各個備份客戶端可以獲得充足的時間完成備份。

在備份系統(tǒng)中引入磁盤備份設(shè)備有以下幾個優(yōu)點：

（1）備份故障率低

磁盤設(shè)備故障遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磁帶庫設(shè)備，且更換磁盤等操作對備份系統(tǒng)運(yùn)行不產(chǎn)生影響，大大提高了備份系統(tǒng)的可靠性

（2）備份效率高

由于避免了磁帶更換、定位帶來的時間開銷，磁盤備份設(shè)備對多批次、小數(shù)據(jù)量的備份環(huán)境提供了很高的備份效率。

（3）備份調(diào)度簡單

由于沒有驅(qū)動器數(shù)量的限制，磁帶備份設(shè)備同時可供大量備份客戶端的操作，使得備份系統(tǒng)的調(diào)度彈性大大提高，簡化了系統(tǒng)的設(shè)置和調(diào)整工作。

（4）可以保存較長時間的備份數(shù)據(jù)

雖然磁盤備份設(shè)備的單位存儲容量價格相對于磁帶庫較高，但利用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)后，兩者價格差距縮小了，磁盤備份設(shè)備也可以保存較長時間的備份數(shù)據(jù)。

2.1 備份系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及備份數(shù)據(jù)流

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)，使用的存儲設(shè)備多為磁帶庫

傳統(tǒng)備份系統(tǒng)中，一般備份客戶度的備份數(shù)據(jù)流是：備份客戶端→IP網(wǎng)絡(luò)→備份服務(wù)器→SAN網(wǎng)絡(luò)→磁帶庫，部分需要高效率備份的環(huán)境（如數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）備份數(shù)據(jù)流會采用：備份客戶端→SAN網(wǎng)絡(luò)→磁帶庫。

2.2 升級備份系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及備份數(shù)據(jù)流

（1）升級后的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)

備份系統(tǒng)升級的核心，是增加一套磁盤備份設(shè)備。在引入磁盤備份設(shè)備后，備份數(shù)據(jù)流將會相應(yīng)變化。

（2）普通備份客戶度的備份數(shù)據(jù)流

備份客戶端→IP網(wǎng)絡(luò)→備份服務(wù)器→磁盤備份設(shè)備

（3）部分需要高效率備份的環(huán)境（如數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）備份數(shù)據(jù)流會采用

備份客戶端→SAN網(wǎng)絡(luò)→磁盤備份設(shè)備

（4）對于存儲在磁盤備份系統(tǒng)中的備份數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定規(guī)則的篩選，將轉(zhuǎn)存至磁帶庫，以便于長期保持及使數(shù)據(jù)備份符合相關(guān)法規(guī)要求：

磁盤備份系統(tǒng)→SAN網(wǎng)絡(luò)→備份服務(wù)器àSAN網(wǎng)絡(luò)→磁帶庫

3.磁盤備份設(shè)備

3.1 特點和選擇

從根本上說，磁盤備份設(shè)備是采用了使用SATA磁盤或者近線SAS磁盤的磁盤陣列設(shè)備，由于實現(xiàn)備份的方式不同，在備份系統(tǒng)中對磁盤備份設(shè)備的利用，基本上可以分為三種情況：

3.1.1 虛擬磁帶庫

虛擬磁帶庫是較早應(yīng)用的磁盤備份設(shè)備，其特點是仿真一些型號的磁帶庫設(shè)備，由于使用了磁盤存儲技術(shù)，也可以支持重復(fù)數(shù)據(jù)刪除。虛擬磁帶庫產(chǎn)品歷史較為悠久，相關(guān)產(chǎn)品廠商較多，昆騰、EMC、IBM、飛康等廠商都有此類產(chǎn)品。

3.1.2 支持重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設(shè)備

支持重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設(shè)備，可以對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，即做到相同的數(shù)據(jù)只存儲一次。這種技術(shù)對于數(shù)據(jù)重復(fù)率很高的數(shù)據(jù)備份應(yīng)用而言，可以大大降低對磁盤系統(tǒng)存儲容量的需求，降低電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的成本。此類產(chǎn)品的代表是EMC的Avamar。

3.1.3 由備份服務(wù)器之間執(zhí)行重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，一般采用通用服務(wù)器安裝相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)。一些網(wǎng)絡(luò)備份軟件也集成了此功能，可以通過備份服務(wù)器實現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，進(jìn)一步簡化了備份系統(tǒng)的硬件組成，降低了成本。

虛擬磁帶庫設(shè)備是最早應(yīng)用的磁盤備份設(shè)備，其特點就是完全兼容于磁帶備份系統(tǒng)的介質(zhì)管理，同時具備磁盤備份系統(tǒng)的高效率、低故障率和可以實現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等特點。由于需要實現(xiàn)磁帶庫設(shè)備的仿真，所以系統(tǒng)硬件一般由通用服務(wù)器和磁盤陣列組成。硬件的組成確定了虛擬磁帶庫的備份的性能的上限不可能超過所采用的通用服務(wù)器的IO吞吐能力。相對于擁有大量磁帶驅(qū)動器的高端磁帶庫而言，單個虛擬磁帶庫可獲得的備份吞吐能力較小。但相對于磁帶驅(qū)動器數(shù)量較少的中低端磁帶庫，虛擬磁帶庫在吞吐能力上毫不遜色，還因為虛擬磁帶的更換和定位速度很快，備份性能優(yōu)于中低端磁帶庫。在早期磁盤備份的案例中，虛擬帶庫的使用非常廣泛。

隨著備份軟件的發(fā)展，備份軟件逐步支持直接將數(shù)據(jù)庫備份到磁盤系統(tǒng)，并且也逐步內(nèi)置重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能，使得備份系統(tǒng)硬件僅由備份服務(wù)器和磁盤存儲設(shè)備組成即可，大大簡化了硬件系統(tǒng)組成。

支持重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設(shè)備在備份系統(tǒng)中的應(yīng)用依然保持了一定的比例，原因是此類產(chǎn)品開發(fā)歷史較長，產(chǎn)品比較成熟。但隨著備份軟件的發(fā)展，此類產(chǎn)品在備份系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)該會逐步減少。

3.2 注意事項

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，由于其實現(xiàn)依據(jù)廠商自有技術(shù)，并不透明，所以不同的應(yīng)用環(huán)境下，其效率難以精確預(yù)計，所以在系統(tǒng)設(shè)計階段，對于重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的效率，持較悲觀的態(tài)度，對系統(tǒng)的實施和維護(hù)，會比較有利重復(fù)數(shù)據(jù)刪除的實現(xiàn)，需要耗費(fèi)大量的CPU資源和內(nèi)存空間。在線式重復(fù)數(shù)據(jù)刪除會導(dǎo)致備份的吞吐量下降。

由于備份系統(tǒng)的特點，對于磁盤存儲系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的寫入基本都是連續(xù)寫入，少有隨機(jī)寫入的操作。所以磁盤存儲系統(tǒng)可以選用隨機(jī)讀寫性能較差但成本較低且單位容量較大的SATA磁盤或者近線SAS硬盤，相對于選擇SAS磁盤和FC磁盤，選擇這些磁盤對備份操作的性能影響不大，但成本大大下降。

4.與原有系統(tǒng)的結(jié)合

4.1 保留磁帶庫的意義

電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)在在線升級時，應(yīng)該充分考慮如有應(yīng)用原有設(shè)備，即磁帶庫。相對于磁盤備份，磁帶庫的備份效率低且故障率高，但磁帶備份仍有其存在的必要性，如數(shù)據(jù)長期保存和法規(guī)遵從。

磁盤備份系統(tǒng)，受限于磁盤存儲設(shè)備，備份數(shù)據(jù)將在一定周期后被覆蓋，如果大量數(shù)據(jù)要求長期保存，則難以滿足需求。如果結(jié)合原有磁帶設(shè)備，將備份數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到磁帶，即可實現(xiàn)長期保存。

一些政府部門和企業(yè)有法律和規(guī)定要求數(shù)據(jù)必須存放與磁帶，在此種應(yīng)用需求下，利用原有磁帶庫，將備份數(shù)據(jù)從磁盤轉(zhuǎn)移到磁帶，即可滿足法規(guī)要求。

4.2 磁帶庫與磁盤備份設(shè)備的結(jié)合

磁帶庫與磁盤備份設(shè)備的結(jié)合，主要有三種方式

（1）虛擬帶庫管理磁帶庫

當(dāng)使用虛擬磁帶庫時，一些虛擬磁帶庫可以管理磁帶庫，可以通過制訂磁帶的導(dǎo)出規(guī)則，將虛擬磁帶的數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)則導(dǎo)出至磁帶庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)長期保存或者出庫功能。

（2）備份出庫至磁帶庫

通過備份軟件出庫功能，可以將備份數(shù)據(jù)根據(jù)出庫規(guī)則出庫到磁帶庫的磁帶中。

（3）備份軟件分層存儲功能

一些備份軟件支持分層存儲功能，即將磁盤備份和磁帶備份定義為不同的存儲層，通過定義相應(yīng)規(guī)則，將備份數(shù)據(jù)在不同存儲層之間的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)磁盤數(shù)據(jù)到磁帶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。

5.結(jié)論

（1）磁盤備份系統(tǒng)會大大提高電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的效率，并減少維護(hù)工作。在備份系統(tǒng)升級中應(yīng)積極引入磁盤備份技術(shù)。

（2）在新增設(shè)備中，應(yīng)減少使用虛擬磁帶庫。

（3）重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)會有效降低磁盤備份設(shè)備成本。

（4）磁帶庫設(shè)備仍具有應(yīng)用價值，應(yīng)該在備份系統(tǒng)中予以保留。

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[4]Implementing IBM Storage Data Deduplication Solutions.

[5]Understanding Data Deduplication.

作者簡介：

楊帆（1971—），男，北京人，大學(xué)本科，高級技師，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)自動化運(yùn)行管理工作。

孫姍（1979—），女，浙江杭州人，大學(xué)本科，工程師，技師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司檢修公司檢修試驗工區(qū)，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化檢修管理工作。

謝有芳（1975—），男，浙江杭州人，高級工程師。