大中型企業基于存儲虛擬化的數據容災系統建設研究

文｜呂小兵

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大中型企業基于存儲虛擬化的數據容災系統建設研究

文｜呂小兵

一、前言

近些年隨著大中型企業信息化建設的不斷深入，隨之而來的是各種業務運作和管理的日漸繁多與復雜，各種應用系統生成的數據呈爆炸式增長。應用系統對業務連續性要求日益嚴格，各業務部門對信息中心服務質量的期望不斷提高。在此背景下，大中型企業普遍加強了數據中心建設，以保障業務快速發展和IT 系統安全高效運營。許多企業目前沒有基本的數據容災部署，所有數據存儲及備份設備都集中在數據中心機房內，信息化系統抗拒災難的能力為零，一旦數據中心機房發生重大或災難性事故，不但應用系統無法繼續運行，而且將丟失所有數據，這樣的損失是企業無法承受的。本文就是在這樣的背景下對大中型企業數據容災系統建設的方式方法進行分析和討論。

二、容災技術簡介

容災是指在同城或較遠的異地，建立兩套或多套IT運行系統，各系統之間可以進行健康狀態監視和業務切換，當生產系統因嚴重故障而無法正常工作時，備用系統可以在另一場所接管其業務或恢復其數據。

故障通常可分為系統級、場所級和災難級三個層次。其中，系統級主要對應主機系統或存儲設備的故障；場所級對應電力中斷、機房火災水災、恐怖襲擊等場所故障；災難級對應地震、戰爭等地域災難。

容災系統可分為數據級容災和應用級容災[1]。所謂數據級容災是指在容災中心僅部署存儲設備和少量數據測試服務器，在生產中心發射嚴重故障時，容災中心僅負責恢復生產中心的數據。所謂應用容災，是在數據容災的基礎上建立一套完整的與生產中心相當的備份應用系統，在生產系統發生重大事故或災難的情況下，容災系統可迅速接管生產業務的運行。

（一）容災關鍵指標

在災難恢復方面，目前業界公認最關鍵的衡量指標有兩個：一個是 RTO（恢復時間目標），另一個是 RPO（恢復點目標）。所謂RTO[2]（Recovery Time Objective），是指災難發生后，從 IT 系統宕機導致業務停頓之時開始，到 IT 系統恢復至可以支持各部門恢復運營之間的時間段稱為 RTO。所謂RPO[2] （Recovery Point Objective），是指災難發生后，容災系統能把數據恢復到災難發生前時間點的數據，它是衡量企業在災難發生后會丟失多少生產數據的指標。

（二）容災實現方式

目前，容災系統主要有以下幾種技術實現方式：

1. 磁帶備份異地保存方式；

2. 基于應用的容災方式；

3. 基于數據庫復制的方式；

4. 基于鏡像軟件的方式；

5. 基于智能存儲的方式；

6. 基于存儲虛擬化的方式。

在上面列舉的幾種常用的容災技術中，磁帶備份方式是最簡單，投資最小的方案，但是它在災難發生后，數據丟失率大，數據恢復時間長，因此，比較適用于業務量較小，投入資金不多，且對業務中斷時間要求不高的企業。通過應用軟件來實現容災的方式需要對現有業務系統軟件做大量修改，實現起來比較困難，并且對業務系統性能的影響較大。基于數據庫的容災方案實現起來比較容易，但對主機系統的資源消耗比較大，而且只能保護數據庫的數據，備份中心的維護也較復雜。基于智能存儲系統的容災方式對應用完全透明，能保證大量數據復制的性能，數據的一致性程度高，設備利用率高，但要求存儲設備必須同構。基于虛擬存儲的容災是一種較新的技術，能較好地保證數據的完整性和一致性，但這種方案需要增加專用虛擬化設備，適合規模較大的數據中心。

（三）基于存儲虛擬化的容災技術

存儲網絡工業協會（SNIA）對存儲虛擬化[3]的定義為：“通過對存儲(子)系統或存儲服務的內部功能進行抽象、隱藏或隔離，使存儲或數據的管理與應用、服務器、網絡資源的管理分離，從而實現應用和網絡的獨立管理”。這是一個較寬泛的定義，目前，業內人士普遍認為存儲虛擬化是一種可以將多個存儲磁盤系統集成，并作為單一實體管理的硬件或軟件產品，這種管理通常可以在主機、存儲網絡、存儲設備上實現。例如，它可以將許多SAN磁盤陣列看作一個整體向外分配磁盤而不必考慮磁盤驅動器的物理位置。

存儲虛擬化針對存儲硬件資源，是對整個IT基礎架構進行虛擬化必不可少的一部分。存儲虛擬化不但可以實現整合存儲資源、屏蔽異構存儲環境復雜度、提升存儲可靠性和可用性等基本功能，還具有存儲分層管理、數據自動遷移、數據透明遷移、快照、同異步數據鏡像等高級存儲管理功能。

基于專用虛擬化設備實現的存儲虛擬化已逐步成為市場主流，IBM、FalconStor、EMC、NetApp等廠商都有較成熟的解決方案。利用專用存儲虛擬化設備的同異步數據鏡像功能實現數據中心容災具有以下優勢：

1. 構造時不需更換原有的IT基礎架構，只需在原本的存儲區域網絡中加入存儲虛擬化設備；

2. 消除了異構存儲設備之間的差異，本地端的主機和存儲設備可以是任何品牌，災備端的主機和存儲設備也不需和本地端相同，有利于企業實現設備利舊，減少投資；

3. 操作控制在主機與存儲之間的虛擬層實現，數據的復制過程不占用主機資源，對主機性能影響十分低；

4. 在虛擬存儲上實施多點快照等增值功能，能使得各種數據的人為破壞得到瞬間恢復的能力（防止因為操作員操作失誤、黑客入侵、病毒泛濫等邏輯故障造成的數據丟失。

5. 對于異地傳輸的帶寬占用，虛擬化容災方式具有各類調優方式，使得這種方式能夠最大限度適應企業現有的網絡環境。

三、容災系統模型設計

容災系統建設與企業的業務要求、應用現狀密切相關，涉及眾多技術和產品以及繁多的供應商，屬于建設復雜、風險較高的項目。為降低項目風險，選擇有經驗的合作伙伴并且有成熟實用的方法論指導對容災項目建設的成功非常重要。

在考慮建設容災系統時，需要結合企業實際情況選擇合理的技術，首先，要明確容災系統可能會遇到的故障類型及嚴重性，明確建設目標，對于不同級別的故障，所采取的保護的方案也不盡相同。其次，要考慮故障發生后正在運行的業務所受的影響程度。最后，要考慮數據保護程度，也就是生產中心和災備中心之間數據的連續性和一致性，它決定了容災方案的規模和復雜程度。

（一）設計原則

在選擇容災技術時，應考慮一下基本原則：技術成熟，功能豐富，對現有設備兼容性好，在同行業中有成功案例。無需對應用系統進行改動，風險小，實施周期短。符合企業現實情況，在投資適度的前提下，故障恢復時間及數據損失盡可能小。集中統一管理，降低系統管理復雜度。

（二）容災系統模型

利用存儲虛擬化技術實現容災可以有多種模型，它們實現的RTO、RPO指標不同，投資也不同，不同企業可以根據自身實際情況進行選擇，甚至同一企業也可以根據不同業務系統的不同需求進行差異部署。下面以IBM SAN Volume Controller（SVC）為例列舉了幾種容災部署模型并進行簡要說明。

1. 本地數據容災

如圖1所示，生產中心與災備中心在同一園區或城市，由于距離較近，可以直接連通兩中心的SAN網絡。在災備中心部署容災陣列及少量數據測試服務器。利用SVC磁盤image模式，對關鍵業務數據在生產中心和災備中心實現同步鏡像保存，當生產中心發生陣列故障時，災備中心的陣列可以迅速接管生產陣列的工作，維持正常的業務運行。當生產中心發生場所級嚴重故障時，災備中心的鏡像數據也可用于將來的數據恢復。此外，還可以利用多點快照功能對業務持續性保護，盡可能減少由于邏輯錯誤造成的數據丟失。在容災中心還可以部署備份系統，用于歷史數據的長期保存及恢復。

這種容災模型的特點是投資較小、自動化程度較高、RPO小、實施難度較低，缺點是在場所級故障時RTO長，也無法應對災難級故障，無法實現應用級容災。適合容災投資較小及業務持續性要求較低的企業。實施成功的關鍵是兩機房間的鏈路帶寬及可靠性要有保障，容災陣列的性能要與生產陣列相當。

圖1 本地數據容災部署示意圖

圖2 異地數據容災部署示意圖

如圖2所示，生產中心與災備中心在距離較遠的不同城市，由于距離較遠，可以采用FCIP協議轉換設備通過IP網絡來連接兩中心的SAN。在災備中心部署虛擬化設備、容災陣列及少量數據測試服務器。與本地數據容災不同的是，生產陣列與容災陣列之間的數據復制是通過SVC的Global Mirror異步復制功能實現，因此，必須在容災中心安裝虛擬化設備。當生產中心發生場所級或災難級嚴重故障時，災備中心的鏡像數據可用于將來的數據恢復。

這種容災模型實施的關鍵條件是兩機房間的鏈路帶寬及可靠性要有保障，實施的關鍵技術是數據遠距離異步復制以及數據的一致性保障。這種容災模型下，容災陣列的品牌、型號可以不同與生產陣列，性能可以低于生產陣列，投資主要集中在通信線路及設備、虛擬化設備，可以應對災難級故障，RPO取決于兩中心之間的線路帶寬，實施難度適中，RTO長，無法實現應用級容災。適合數據容災要求高及業務持續性要求較低的企業。

2. 兩地三中心容災

兩地三中心即“生產中心+同城災備中心+異地災備中心”的整體應用級容災解決方案，可以滿足不同故障情況下的業務連續性要求。同城災備中心主要是用于防范系統級、場所級的故障，異地災備中心用于防范大規模災難級故障。與同城及異地數據容災相比，應用級的“兩地三中心”可實現生產與災備中心之間應用的切換。同城中心可實現數據的同步復制及應用的快速切換，異地災備中心由于與生產中心距離較遠，相互連接的網絡線路帶寬和質量存在一定的限制，適合于數據的異步復制，應用的切換也需要相對較長的時間，因此異地災備中心可以實現一定時間范圍內的應用切換和可容忍丟失范圍內的數據恢復。

在容災領域，“兩地三中心”的建設模式已被市場認可，并在金融、證券等業務系統在地理上分布廣泛的行業中逐漸普及，目前，在實現應用級容災的基礎上，“兩地三中心”模式正在從技術上向“分布式多活”發展。圖3是以IBM SVC虛擬化技術為基礎的一個“兩地三中心”容災部署示意圖：

圖3 兩地三中心容災部署示意圖

生產中心與同城災備中心之間的數據復制通過IBM Metro Mirror同步復制技術實現，同城災備中心到異地災備中心的數據復制通過Global Mirror異步復制技術實現，當同城災備中心發生故障時，生產中心將通過Global Mirror向異地災備中心復制數據。三個中心間的應用系統切換通過IBM PowerHA/XD集群軟件實現。

實施過程中除了要保證數據復制的可靠性，還要解決多種系統平臺上應用切換的問題，屬于投資巨大、技術復雜、實施難度大的項目，此外，后期的運維管理也是長期艱巨的任務。因此，“兩地三中心”的容災模型建設僅適合那些資金充裕、業務部門在地理上分布廣泛、容災RTO要求高的企業。

四、結語

災難的發生是“小概率、高風險”事件，隨著

企業信息化水平的不斷提高，為規避風險，容災系統對于核心業務已成為必不可少的信息安全基礎設施。容災系統的建設是一個體系化過程，只有科學合理地進行規劃、設計、部署，才能對企業信息系統的運行起到根本性的安全與保障作用。因此，在容災系統的建設過程中，必須充分考慮核心業務系統的抗毀性與災難恢復能力，合理選擇容災技術，制定和不斷完善信息安全應急處置預案，提高應急處置和災難恢復能力，才能保證在遭遇重大災難和重大事故時發揮有效的容災功能，真正構建企業信息系統的避風港。

作者單位：中航飛機西安飛機分公司。