基于醫院應用的CDP技術測試和分析

金暉　王梓名　歐兵

摘要：隨著醫院信息化建設的不斷發展，HIS、LIS、RIS、PACS等諸多應用系統的數據量愈來愈大，數據的重要性日益凸顯，數據丟失或系統宕機造成的醫院經濟損失和聲譽影響是醫院不能接受的。如何設計有效的數據保護和系統恢復架構，實現醫院關鍵業務的不間斷成為信息系統從業人員關注的焦點。

關鍵詞：醫院；信息系統；容災；CDP技術；信息化建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：R197 文章編號：1009-2374（2015）32-0063-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.034

1 概述

業界的容災就是在異地建立一套關鍵應用的備份，利用地理上的分離來保證系統和數據對災難性事件的抵御，根據對災難性事件的抵抗程度，容災可分為數據級容災和應用級容災。數據級容災就是建立一套異地的數據系統，對本地系統的關鍵應用數據實時復制，當災難出現后可以通過異地備份系統將數據恢復出來，保證本地系統數據的完整性。應用級容災比數據級容災要求高，首先需要在異地建立一套和本地數據系統相當的備份應用系統，在災難出現后，異地備份應用系統能迅速接管或承擔本地應用系統的業務。由于應用級容災所涉及的資金投入過大，國內大部分醫院都沒有建設，多采取簡單的數據備份來防范災難，數據恢復時間長自然不可避免。

2 系統現狀和整改思路

我院信息系統建設較為完善，除HIS、LIS、PACS三大系統和服務器虛擬化應用，還包括其他十幾個應用系統。其中LIS、PACS系統均采用雙機單陣列結構，服務器虛擬化應用是多機單陣列結構，并且各自為陣，成為SAN結構孤島，雖然LIS、PACS系統有基本數據定時備份機制，但是系統都存在單點故障，架構如圖1所示：

圖1

為了排除這些風險點，我們決定進行架構調整和運用一些新技術、新功能來逐步完善系統，計劃從三個方面來實現對LIS、PACS、服務器虛擬化應用的數據保護。

2.1 配置數據邏輯保護

當系統發生邏輯破壞，如病毒、人為誤操作等造成的數據修改、數據刪除或者文件系統受損等，可以進行回滾或修復，確保數據丟失量控制在秒級。

2.2 增加數據的物理保護

在實現數據邏輯保護的前提下，進一步提高系統物理冗余度，實現物理和虛擬環境數據的物理保護，保證上述業務在出現物理故障時，如磁盤陣列損壞、宕機等，實現數據不丟失、業務不停頓。

2.3 兼顧異地容災

經過“5·12”大地震之后，容災的必要性越來越多地在信息化建設中被提及，我們想利用本次系統的整改，兼顧未來發展，增加適當的設備實現異地容災的前期架構。

3 CDP技術

通過多方了解和與業界數據保護領先廠商的技術交流，并結合我院的實際情況，我們計劃采用CDP技術來實現容災和數據保護。

CDP容災是一種持續數據保護（CDP）技術，內置實時備份、災難恢復和介質同步模塊，可持續地復制生產服務器上的數據庫應用系統的變化，并將變化同步或異步地復制到介質服務器的OFS卷和容災服務器的數據卷上，當災難發生時，可通過容災服務器接管原有系統，并從介質服務器上恢復任意時間點到生產服務器，達到應用系統RPO和RTO最低的目標。

CDP技術的部署方式存在兩種：一種是帶內部署；另一種是帶外部署，其代表廠家有FalconStor和Datacore等，我們針對兩種方式都進行了部署測試。

3.1 帶內部署（Datacore）

通過測試Datacore的CDP技術，總結其特點是利用實時備份模塊正向持續復制，將生產服務器上應用系統的數據庫變化復制到介質服務器，介質服務器保存數據到CDP日志卷，同時介質服務器再將數據分發到對應的容災服務器。生產服務器定期通過網絡向容災服務器發送消息，稱之為“心跳線”，容災服務器能夠接收到生產服務器的“心跳”，就知道生產服務器情況，當生產服務器宕機，容災服務器無法接收到“心跳”，就知道生產服務器出現故障，于是災難恢復模塊通知容災服務器接管原有系統。

容災接管分自動接管和手動接管，可以自主選擇。自動接管是當容災服務器檢測到生產服務器宕機后，生產服務器的IP會自動漂移到容災服務器上，容災服務器自發開始運行。手動接管是生產服務器的IP不會自動漂移給容災服務器，需要手動操作完成，漂移完成后，容災服務器啟動，對外提供服務。

在利用Datacore虛擬存儲網關進行搭建時，需要整合目前我院的PACS、LIS、服務器虛擬化應用，將它們各自的SAN網絡打通，在光纖交換機和磁盤陣列之間串聯入Datacore虛擬存儲網關，實現對下級陣列的接管，然后將其中的LUN映射給上一級的網管設備，用于為上級服務器提供訪問?？紤]到網管的單一性，我們采取了冗余的雙網管結構，保障竄入節點的安全性。

圖2

如圖2所示，我們采用Datecore虛擬存儲網管分別從業務高可用、數據邏輯破壞保護與歷史數據追溯、提升存儲性能等方面來為PACS、LIS、服務器虛擬化應用進行存儲的架構整改測試。

首先是業務系統的可靠性，根本方法就是提高系統冗余度。我院計劃在存儲虛擬化改造中，將提高系統冗余度作為重點，分別增加兩臺大容量的磁盤陣列來實現底層數據的鏡像和分區存儲CDP數據以及快照，從而真正保證這些業務的24X7運行。其中采用SANsymphony-V存儲網關來實現存儲的實時同步及存儲故障的無縫切換。由于SANsymphony-V在存儲高可用方面有很高的可靠性，并且數據鏡像技術是實現CDP的前提條件，雖然數據鏡像技術有多種，但是利用存儲高可用的數據鏡像技術實現CDP，兼顧了業務系統物理和邏輯保護，是數據保護的最佳手段。

其次是使用SANsymphony-V的快照與CDP相結合的方式對數據進行保護，實現數據邏輯破壞保護與歷史數據追溯。Datecore的CDP（Continue Data Protection）技術保障了PACS、LIS、服務器虛擬化應用系統數據可以恢復到2周內的任意時間點，而快照技術可用于更久時間以前的某個時間的快速恢復。

至于存儲系統性能提升，在IT產業中，計算速度一直遵循著摩爾定律，性能在飛速提升，但存儲設備由于是電子和機械的結合體，其性能提高的速度遠遠落后于主機性能的提升。所以在實際業務系統的使用中，最終的性能瓶頸往往是存儲的訪問速度，所以要提高業務的訪問速度，存儲的性能的提升往往會起到立竿見影的效果。由于SANsymphony-V存儲網關附有高速大容量緩存技術、自動熱點平衡技術、自動分層技術，所以對原有以及新購的存儲設備的性能都有改進。

3.2 帶外部署方式（FalconStor）

通過測試FalconStor的CDP技術，總結其特點是采用了許多關鍵技術，比如精簡復制技術（Microscan）、存儲虛擬化技術、多種策略的遠程Replication技術、多時間點自動快照技術、連續I/O記錄技術（Journal）、

數據一致性保證技術、讀/寫優化技術。

圖3

如圖3所示，我們測試的FalconStor的CDP全面數據保護系統是一套行集磁盤鏡像、數據連續保護和備份、遠程容災于一體的綜合解決方案。

基本架構是在我們的災備站點部署一臺FalconStor的CDP服務器，接入到SAN存儲網絡中，通過FC協議進行數據保護，通過以太網進行管理，保護數據的方法是將生產數據鏡像到CDP服務器中。在生產中心將CDP代理模塊安裝在生產機上，以鏡像的方式將生產數據的當前狀態或即時IO流抓取到CDP服務器中。代理模塊采用旁路的獲取數據，不影響正常的生產數據。采用TCP/IP協議，復制策略根據實際的數據增量和傳輸帶寬靈活制定，設置為實時或間隔等多種級別，實現多歷史點保護，數據在CDP服務器上可保存200多份定時歷史，帶寬充足時還可具備長達30天的任意時間點的IO變化錄像。所有歷史點可在任何時刻提取，無需Restore過程，無需使用臨時空間暫存Restore回滾數據。還可提取多個歷史點，供一臺或多臺服務器讀寫，寫入不會破壞原始版本，可隨時撤消改變，也可永久保存。

4 CDP技術的優劣

通過對比上述兩種部署方式和實際測試使用，我們發現datacore的CDP技術的主要優勢在于響應服務器快速，數據流到達CDP網關設備即返回，但由于是串入在結構中，一旦CDP硬件或軟件發生故障必然影響到系統的正常運行，而FalconStor的CDP技術的主要技術優勢在于旁路接入，不影響系統的結構，部署簡單，CDP的硬件或軟件故障都不會影響系統的正常工作。

兩種CDP技術都優于傳統的備份技術，由于CDP技術是一種數據的連續時間點的保護技術，其作用能在故障瞬間完成任何時間點的故障恢復，從根本上解決傳統備份中低恢復能力和非精細時間策略的弱點。傳統備份技術所困擾人們的長備份窗口和按天進行備份的弱點將不再存在，CDP實時鏡像備份技術所獲取的數據影像不是專用的備份格式，而是直接的數據原型，因此數據的恢復將是立即可用，這在恢復技術上是根本進步。CDP采用的多點快照技術，既是災難發生時保護最新數據的備份技術，也是歷史數據丟失時恢復原有數據的備份技術，由于自動產生數據的多個時間點保存，因此即使丟失的數據已經過了幾天，仍然可以快速實現獲取正確的歷史數據。當系統發生邏輯災難時，CDP能夠提供顆粒度達到IO的歷史軌跡恢復能力，追溯歷史，使災難防御能力得到大大提高，同時CDP在本地連續數據保護和異地容災兩個層面都能提供數據一致性機制，保證了復制到災備端CDP數據的可用性。

無論采用哪種方式的CDP技術，其設計思想都擺脫了傳統備份方式的弱點，都可以實現對我院PACS、LIS、服務器虛擬化應用系統數據的實時而快速的恢復。

5 結語

按照國家頒布的《信息系統災難恢復規范》（GB_T 20988-2007）和《衛生行業信息安全等級保護工作的指導意見》，醫院信息系統應該達到相應的容災等級要求，可以根據自身的條件來建立相應的容災保護。我們認為在對于RPO和RTO指標要求很高的情況下，兼顧TCO和ROI指標采用CDP技術不失為一套行之有效的方法，它兼具了磁盤鏡像、數據連續保護和備份遠程容災于一體，為醫院提供全面的數據保護。

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作者簡介：金暉（1965-），男，北京人，四川大學華西第二醫院工程師，碩士，研究方向：計算機應用；王梓名

（1987-），男，四川巴中人，供職于四川大學華西第二醫院，碩士，研究方向：軟件設計；歐兵（1963-），男，陜西漢中人，供職于四川大學生命科學學院，研究方向：圖書情報。

（責任編輯：秦遜玉）