容災備份系統在四川電網的應用分析

余詠

【摘 要】備份與容災實際上是兩個概念，備份是為了應對災難來臨時造成的數據丟失問題；容災是為了在遭遇災害時能保證信息系統能正常運行，實現業務連續性的目標。執行備份與容災的共同目的是應對誤操作、軟件錯誤、病毒入侵等“軟”性災害以及硬件故障、自然災害等“硬”性災害。在本案中主要為四川電網構建獨立的備份系統，在有備份需求各個子系統中，部署備份管理軟件，實現數據及操作系統的在線、自動化集中備份，保護生產數據、保護操作系統。在數據集中備份的基礎上，將重要的備份數據自動復制到異地機房存儲，當本地機房發生災難時，重要數據及系統可以在異地恢復。實現了《信息系統災難恢復規范》（GB/T20988-2007）中的第3級（電子傳輸和部分設備支持）容災等級。

【關鍵詞】數據備份；磁盤備份；異地容災

1 本地數據備份

四川電網容災備份系統的首要目標是實現生產數據的本地集中備份，構建一個全自動的、集中式的備份系統，覆蓋本地所有生產主機的保護，將這些主機的操作系統、應用程序及配置、文件系統以及數據庫進行在線、統一備份到本地的集中備份存儲池。在大多數常見的災難情形中，主機數據丟失或系統損毀時，快速恢復生產主機的各種數據，維持生產的持續性。

1.1 磁盤備份

在四川電網的容災備份系統中，直接采用磁盤介質作為備份的備份存儲池，與傳統的虛擬磁帶庫不同，不需要將磁盤空間虛擬化成為磁帶庫設備然后再給予主機識別。磁盤池的可用空間直接顯示，無需進行虛擬磁帶庫層的轉化。該方式帶來了空間管理的極大簡便性，可以一目了然地監控其空間使用狀態，及時對備份策略等進行優化管理。且避免了虛擬帶庫存在與物理磁帶庫一樣的磁帶過期問題，即如果在一盒磁帶中有任意一份備份映像處于未過期狀態，那么這一盒磁帶也不會過期并不會釋放該部份空間。

采用普通磁盤還能實現更高并發度的備份作業控制。對于傳統的物理磁帶庫，其備份任務并發度取決于磁帶機的數量，而虛擬磁帶庫則取決于其虛擬磁帶機的數量，而基于普通磁盤的備份自身并無虛擬磁帶機的限制，可以提供更高并發多任務備份的能力，相較于虛擬磁帶庫更能發揮磁盤設備的特性和性能優勢。

磁盤備份替代磁帶備份所帶來的存儲空間成本則被通過重復數據刪除技術來降低。重復數據刪除是指僅在存儲介質上保留備份數據的一個唯一實例，而冗余數據則被替換為指向唯一數據副本的一個指針。重復數據刪除可在文件級別和文件段級別進行；當兩個或多個文件完全相同時，重復數據刪除只會存儲文件的一個副本。當兩個或多個文件具有相同的內容時，重復數據刪除會將文件分成多個段，僅存儲每個唯一文件段的一個副本。

1.2 備份加速器

在四川電網的各個系統中，由于業務應用的特殊性，存在大量的小文件，在常規備份中需要耗費大量時間掃描數以千萬計的文件來確定哪些文件發生過更改，大大的影響了備份的速率并增加操作系統的負載。針對海量小文件的備份采用備份加速器模式，能夠將傳統完全備份速度加快到了增量備份的速度級。加速器大幅減少了傳統完全備份所需的資源量（客戶端I/O、時間、網絡和存儲）。

備份加速器只識別和訪問更改的數據，減少遍歷大型文件系統招致的文件系統開銷；在備份過程中對已減少的數據集進行重復數據刪除，降低網絡和存儲資源需求；最后通過初次的全備份以及后續的更改數據備份創建優化的合成完全備份，并內嵌目錄，以提供全面的恢復功能，縮短RTO。

使用備份加速器備份包含數百萬文件的大型文件系統完全備份所需的時間只是增量備份的時間。原來備份時間內無法完成的系統備份，現在能夠以更快的速度進行，從而使該備份能夠在指定的時間內完成。

1.3 裸機備份與恢復

在本案的容災備份系統中，使用的最主要的裸機還原功能，通過該功能，可以通過一個命令，系統就能在瞬間完成整個服務器恢復任務，不需要執行復雜的管理任務。利用這一個解決方案，能滿足大量平臺的需求，而且不需要為每臺服務器定制恢復程序。

在執行每項預定備份任務之前，容災備份系統將自動執行附加過程，即記錄服務器配置的當前狀態，其中包括磁盤配置和網絡配置。如果服務器配置被修改，系統在執行備份時，將自動捕捉和記錄這些修改，不需要用戶進行干預。

而在恢復時，恢復過程已經實現自動化，只需要發出準備恢復命令，系統就開始執行恢復。些時，裸機恢復將立即檢索客戶機配置數據，并使用該數據創建一個定制化的客戶恢復程序。然后，通過網絡為客戶機發送相應的引導數據和文件系統。如果不需要改變服務器配置，除初始引導外，將不需要進行人工干預（表1）。

由于服務器的持續運行出現過多次的服務器系統磁盤故障及操作系統故障，得益于裸機備份恢復功能，自動化的實現服務器恢復并簡化恢復過程，避免了手動重新安裝操作系統或配置硬件，加快服務器執行恢復的速度，將使停機時間減少到最低限度。

2 異地數據容災

2.1 異地容災必要性

遠程數據備份保護不同于容災中的數據復制，備份不是實時進行數據復制，但是備份通常具有多份數據副本，其可恢復性和抗災難性非常強。

舉例而言，當年911事件，很多銀行生產中心遭遇到非可抗拒外力打擊，而容災站點總是由于某些原因無法進行切換，最終恢復都是通過遠程的磁帶；其實每年中國移動都進行容災切換演練，而幾乎很難一次性成功，據我看到的情況很多移動需要數月準備時間，3次以上的切換才有成功的可能性，這一切都歸咎與業務的不斷發展與建設，而容災與生產完全一致的情況很難保證。

因此，我們可以得出結論，既然要考慮容災，那么數據遠程備份保護一定是基礎中的基礎，可以優先納入考慮范疇。

在實現了生產數據的本地集中備份基礎上，在目前有限的遠程數據鏈路帶寬的條件下，將重要的備份數據復制到異地機房的備份存儲設備。在極端的災難情形中，當生產中心機房的主機系統及集中備份存儲介質全毀時，通過異地機房的備份介質，恢復重要生產主機的各種數據，維持生產的持續性。

2.2 自動映像復制

如圖1所示，自動映像復制的原理如下。

備份數據采用從源備份域傳輸到目標備份域（兩個獨立備份域）傳輸之前先進行重復數據刪除，減少帶寬占用。傳輸到目標備份域的數據包含每筆作業的管理信息，管理信息自動會被導入目標備份域，目標備份域不需要單獨恢復管理信息，已經具備對每個備份映像的管理能力，隨時可以用于恢復，并且數據可以根據生命周期策略在目標備份域或者源備份域再次復制到磁帶庫。

在采用自動映像復制之后，目標備份域（容災中心）是一個完全獨立的備份域，該域具有備份存儲資源，同時映像管理信息也處于就緒狀態，可以隨時恢復任意的業務和數據。

2.3 自動映像復制優勢

在進行異地復制過程中，源端不發送已經存在于目標重復數據刪除池中的數據段，因此可最大限度減少站點間的帶寬使用量，并在不增加成本的情況下將加密用于復制。

由于備份映像可用于從任何域或全球位置立即進行恢復，因此該功能支持快速、可伸縮的數據恢復，并且存儲空間占用率和帶寬影響最低。在傳統的復制解決方案中，源端和目標端使用遠程鏡像保留保持一致，而自動映像復制功能，可以在源端和目標端獨立控制保留級別。

無論使用磁帶搬運或者是基于虛擬帶庫的遠程復制，在目標站點的備份系統中需要使用數據信息前，均需要手工將磁帶的描述信息進行手工的導入，導入工作完成后，才可以識別出搬運到目標站點的磁帶或者是其他復制的內容。

在使用簡便性和自動化程度上，自動映像復制所提供數據遠程復制能力更加的完善，不僅僅只是將數據復制至遠端目標站點，而是一套完整的自動化方案，數據復制完成后即時成為可用狀態，大大降低了操作的時間和難度。

3 結束語

容災備份系統可以保障業務系統的持續運行，確保在任何情況下的數據完整性和安全性。容災備份系統采用直接磁盤備份避免了傳統磁帶及虛擬磁帶庫所存在的問題，并通過重復數據刪除技術來降低存儲空間成本；備份加速器使得四川電網的海量小文件加速進行備份，縮短備份時間，裸機恢復功能現實服務器的快速恢復減少業務因服務器損壞的停止時間；最終通過自動映像復制實現備份映像自動化的復制到異地進行容災，確保了在極端情況下的數據完整安全。

[責任編輯：王楠]