計算機數據存儲備份的分類與對比分析

摘 要： 當前計算機數據存儲備份面臨著較大壓力，加強存儲備份技術研究可有效防止數據的破壞與丟失。對計算機數據存儲系統進行了分類和技術對比，并對數據備份技術做了分類與介紹，明確了各種技術的優缺點與應用范圍，為計算機數據的存儲災備提供幫助與參考。

關鍵詞： 計算機數據存儲備份； 災備； 數據備份技術； 數據分類

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0149?03

Classification and comparative analysis of computer data storage backup

LI Ning

（Xi’an Railway Vocational Technical Institute， Xi’an 710014， China）

Abstract： In recent years， computer data storage backup is faced with high pressure. The research of computer data storage backup technology can effectively prevent data destruction and loss. In this paper， the classification and technology comparison of the computer data storage systems are carried on. The technologies of computer data storage backups are classified and introduced. The advantages， disadvantages and application scopes of various data backup technologies are defined， by which some help and reference are supposed to be provided for disaster recovery of computer data.

Keywords： computer data storage backup； disaster recovery； data backup technology； data classification

0 引 言

現代科學技術的快速發展使得網絡與計算機進入了相對繁榮的時期.計算機的大量增加使得數據開始向TB、PB、EB級別進展，無論是存儲備份還是災備都面臨著巨大壓力與挑戰，尤其是云計算、物聯網等新潮流的到來，更是進一步加重了對計算機數據存儲備份的威脅。為防止計算機數據的破壞與丟失，研究數據存儲備份技術顯得必要且迫切，其不僅能夠為技術的開發、應用提供充足的理論基礎，還可為提升技術的可行性、方便未來的推廣做出重要貢獻，提供極高的參考應用價值。

1 計算機數據存儲系統的分類與對比

計算機數據存儲技術經歷了從DAS（基于服務器的存儲）、SCSI（基于磁盤陣列的存儲）到NAS、SAN（基于網絡的存儲）的發展歷史，無論是數據讀/寫速度還是存儲容量都有了質的飛躍。目前衡量數據存儲設備性能的兩大主要參數分別是秒傳輸量與秒輸入/輸出量。

1.1 數據存儲系統分類

DAS（直接依附）、NAS（網絡依附存儲系統）與SAN（存儲區域網絡）三者是目前普遍應用的數據存儲技術。

DAS技術以服務器為中心，其存儲設備直接與服務器或者客戶器后端相連接，存儲備份也依靠服務器與客戶機控制完成，其本身只是單純的存儲備份載體，并沒有專門操作系統，需要在服務器或者客戶機上由第三方軟件進行專門操控，在服務器提供其他服務或者用戶數量增加時，運行響應速度不可避免會變慢，因此隨著千兆以太網的普及應用，制約其發展的瓶頸越來越典型，在應用與推廣方面變得困難重重，應用范圍不斷縮小。DAS拓撲結構示意圖如圖1所示。

NAS技術以網絡為中心面向文件提供存儲服務，其存儲設備是單獨作為文件服務器與網絡相連，數據的存儲應用部分并不在同一服務器，所以設備數據其實都存儲在NAS設備中，通過網絡LAN接口與文件系統服務器相連接。這種性質決定了NAS的網絡獨立性，即使遇到用戶數量增加或者運行服務過多等情況也不至于像DAS技術一樣導致服務器過載，影響運行響應速度，所以NAS存儲備份模式下網絡運行性能還是較為可靠的[1]。NAS拓撲結構示意圖如圖2所示。

SAN簡單來說是依靠光纖通道的高傳輸速度與大容量實現服務器與存儲設備之間聯系的網絡結構。二者通過高帶寬FC交換機連接，可隨時完成應用工作站到局域網的訪問，存儲設備之間的存儲數據交換也可以直接越過服務器，減少了數據交換與傳輸帶來的網絡沖突與堵塞，減少了服務器運行荷載的壓力，可顯著提升系統整體運行的靈活性與伸縮性，這也是現今SAN技術備受關注的原因所在，其是目前計算機存儲備份領域最引人注目的技術之一[2]。SAN技術的優勢在于不僅可以更加快捷、簡便地完成數據資源的存儲應用，還可對這些龐大的數據資源實施集中管理，直接提升了應用與管理的便利性，因而具有較好的應用與發展前景。SAN技術以光纖為接口決定了其擁有其他技術不可比擬的高傳輸速度。高性能、高擴展性的光纖網絡、光纖交換機與存儲陣列可提供更大的服務器擴展空間與吞吐量。在存儲管理方面，SAN技術直接提供了存儲、備份系統與系統相連接的架構，數據在以太網絡上流通直接提升了網絡運行性能，用戶可以獲得一個與服務器分開的存儲管理理念，文件的存儲、備份、恢復與安全管理都將變得更加可靠與簡便，依靠網絡方式連接的不同存儲池在數據交換、共享方面具有更多優勢，用戶訪問數據的安全性與完全性得到了保障[3]。SAN技術的另一優勢在于簡易擴容與高效容錯性能，只需要加入新的SAN設備做簡單設置即可實現在線擴容配置，即使存儲設備有損壞丟失情況也不會影響整體數據的完整性與安全性，通過更換損壞硬盤即可做數據容災與備份，而無需重啟磁盤陣列，在數據災備方面具有天然優勢。SAN拓撲結構示意圖如圖3所示。

1.2 數據存儲系統的對比

與傳統的磁盤陣列相比，NAS技術已經突破單純存儲介質的限制，是一臺具有自己核心、操作系統與磁盤系統的服務器。傳統磁盤陣列需要通過服務器與第三方軟件完成控制管理，缺乏自我管理核心，操作算法效率低，尤其是在處理大流量數據時會直接造成服務器運行負荷超載，導致響應速度變慢，與之相對的是，NAS有著自己完整的文件管理系統，磁盤操作算法得到了優化與提高，多個磁頭臂的同時讀/寫大大提升了運行響應速度和處理速度，提升了讀/寫效率，減少了文件管理失誤，有益于提升網絡和服務器運行性能。與SAN相比，NAS管理的文件，只是在RAID的基礎上增加了存儲操作系統和TCP/IP訪問協議，但是SAN作為獨立的數據管理網絡，其通過光纖通道和交換機訪問數據，存儲設備之間數據交換不需要通過服務器，管理的對象是磁盤空間，追求的是更高的存儲性能與處理速度，比起NAS具有更多的應用優勢，當然數據存儲備份成本也會相應增加。

2 計算機數據備份系統的分類與對比

計算機數據備份效果與多種因素有關，比如用戶備份需求、資金投入程度等，如果想要效果較好的災備方案則需要較大投入，因此，災備方案的選擇要根據自身情況選擇一些性價比較高的專業方案。目前廣泛應用的數據備份方式主要以數據冷備份、暖備份和熱備份為主。

2.1 冷備份

冷備份是一種技術結構簡單、成本較低的災備方式，主要以打孔器、磁帶機等進行定期存數備份，處理后的數據被分別備份以實現災備。從這種描述就可看出冷備份技術含量低、易于實現且應用成本低，但是其也存在著巨大的不足，一是備份數據轉移較為麻煩，且一旦被破壞，恢復時間慢，一旦備份介質出現問題很有可能永遠無法恢復，因此主要適用于經費或者周期緊張時段的數據備份，適合一些中小企業和個人系統應用。

2.2 熱備份

熱備份是目前所有備份技術中效果最好、恢復最快的一種備份方式，這種備份技術需要設置專門的災備設備與技術中心，通過光纖通道與需備份服務器之間實現連接，在專門軟件輔助下實時對備份服務器進行監控與自動探測，在災備系統安裝完成后不需要人工操作即可完成災備工作，在監控服務器出現故障與問題時自動進行備份，完成數據轉移操作。但是暖備份技術目前還有較多不足，比如專用災備設備價格昂貴、安裝復雜，需要配備專門的管理設備與軟件，且只能實現點對點傳輸，擴容性、容錯性與擴展性交叉，初期安裝技術難度和施工難度較高，且對設備廠商依賴程度較高，因此適用范圍較窄[4]。目前熱備份技術主要在一些對數據存儲高安全性、高可靠性、實時性要求較多的時候才予以使用，或者超大規模的應用系統與企業計算機數據服務中心才予以采用。

2.3 暖備份

暖備份是一種成本與技術難度介于冷備份與熱備份之間的技術，是二者的折衷方案，也是目前應用最為普遍的一種備份技術方案。它主要是通過設置硬盤遠程鏡像、數據庫復制、災備中心等以實現對存儲數據的完全備份。

硬盤遠程鏡像是通過設置與主服務器相對較差的另一服務器和眾多磁盤陣列硬盤完成數據存儲，通過光纖通道與RAID技術完成數據的傳輸與備份，作為一種成本與技術難度相對較低的方案，雖然實現難度不大，但是光纖鋪設需耗費不少的費用，且有一定距離限制，尤其是它采用的不是同步復制技術，所以數據的同步存儲方面不免存在問題，但是在較大范圍內并不會嚴重干擾使用。數據庫復制技術的實現與硬盤鏡像技術較為類似，二者的主要差別在于具體存儲方式，但是數據庫復制技術可很好地解決存儲不同步問題，可利用數據庫軟件的強大恢復功能實現備份，比RAID技術更加科學、可靠[5]。所以，數據庫復制技術的優勢在于數據同步存儲問題得到了解決，盡管因數據庫差異只能進行同廠商之間的數據傳輸，無法與其他廠商數據庫做跨庫操作，兼容性較差，但是不失為解決災備問題的一種有效方式。暖備份的災備中心的概念與熱備份中所提到的災備中心有一定差別。暖備份的災備中心主要是在企業公司或者機關所在地設置一個較大的數據備份中心，以該中心為核心完成對整體結構內全部數據的存儲和災備管理。比如跨國跨區域的企業數據備份，數據暖備份應用如圖4所示。這種災備方式相對來說對距離限制較小，可實現對遠程分支結構數據存儲和備份的管理，并且可適用于各種網絡架構，如FDDI，PSTN，DDN等，投資相對熱備份較低，且擴容性、容錯性都較好，技術難度相對較低，系統擴展只需要增加接駁分支機構的接口即可。這種備份技術方案的缺點在于實現需要較為詳細的計劃作為指導，比如數據備份間隔設置、備份數據包格式等，需要謹慎仔細的計劃才能夠確保其順利完成災備。

3 結 語

綜上所述，計算機數據存儲備份技術的研究對于應對當前龐大的數據管理壓力有積極意義，明確各種技術的優缺點與適用范圍可更好地推進技術升級應用，從而有效防范數據的破壞與丟失，在隨后的存儲災備技術研究中，可有助于提升技術安全性與可靠性，方便技術大范圍的推廣與應用。

參考文獻

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