智慧水務(wù)建設(shè)容災(zāi)備份設(shè)計(jì)淺析

李鈺婷

0 前言

智慧水務(wù)是智慧地球、智慧城市的重要組成部分，主要通過使用科技手段，配合儀器儀表、采集終端等設(shè)備，對(duì)水務(wù)信息進(jìn)行采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)、分析，在全面提升水務(wù)管理效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更全面的感知、更自動(dòng)的控制、更及時(shí)的應(yīng)對(duì)、更主動(dòng)的服務(wù)和更科學(xué)的決策。

陜西省水務(wù)集團(tuán)智慧水務(wù)項(xiàng)目是基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘以及物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，整合供水、水電開發(fā)、污水處理等多個(gè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，部署范圍覆蓋全省的大型信息化建設(shè)項(xiàng)目。縣級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)傳送至集團(tuán)總部數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一處理、存儲(chǔ)，因此數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)了海量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這些核心數(shù)據(jù)無疑是企業(yè)重要的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

1 容災(zāi)備份技術(shù)

由于無法完全避免硬件故障、人為誤操作、系統(tǒng)程序錯(cuò)誤，病毒入侵，以及自然災(zāi)害帶來的系統(tǒng)停機(jī)或數(shù)據(jù)丟失，為了保護(hù)核心數(shù)據(jù)，在遭遇災(zāi)害時(shí)能保證信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行，那么智慧水務(wù)信息化建設(shè)中容災(zāi)備份方案的設(shè)計(jì)就必不可少。下面從容災(zāi)技術(shù)和備份技術(shù)兩個(gè)方面來分析適用于該項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)的技術(shù)方案。

容災(zāi)技術(shù)主要有數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)和應(yīng)用級(jí)容災(zāi)。數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)是指在異地建立一個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其中保存一份與本地?cái)?shù)據(jù)完全一致的可用數(shù)據(jù)。應(yīng)用級(jí)容災(zāi)是指，在數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)上，在異地建立一套完整的與本地業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能完全一致的備份應(yīng)用系統(tǒng)，在發(fā)生災(zāi)難的情況下，異地備份業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠迅速地接管業(yè)務(wù)運(yùn)行?？紤]到集團(tuán)總部的智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行著供水、污水、水電等各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，本地平臺(tái)一旦發(fā)生災(zāi)難性事故，集團(tuán)絕大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)都將受到影響。因此本項(xiàng)目的容災(zāi)備份方案中應(yīng)選擇應(yīng)用級(jí)容災(zāi)技術(shù)，涉及具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有負(fù)載均衡、集群技術(shù)。

備份方式有本地備份和異地備份。本地備份的優(yōu)點(diǎn)是速度快、維護(hù)方便，缺點(diǎn)是一旦發(fā)生重大災(zāi)難，無法保證本地備份系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng)仍可用。而異地備份，是將備份系統(tǒng)部署在與本地同時(shí)發(fā)生重大災(zāi)難概率極低的異地，這樣即使本地發(fā)生災(zāi)難，也可以順利的從異地備份中恢復(fù)數(shù)據(jù)。結(jié)合集團(tuán)的實(shí)際情況，可選擇本地備份與異地備份相結(jié)合的方式。各縣級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)在各縣本地部署有數(shù)據(jù)庫，作為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的本地備份。智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)接收各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，作為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異地備份。同時(shí)可通過考察選擇一合適地點(diǎn)，部署智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的異地備份系統(tǒng)，進(jìn)一步保障平臺(tái)數(shù)據(jù)的安全及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。

遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)用于在本地?cái)?shù)據(jù)中心和異地?cái)?shù)據(jù)中心之間備份數(shù)據(jù)，包括同步復(fù)制和異步復(fù)制兩種方式。同步復(fù)制技術(shù)，是指通過遠(yuǎn)程鏡像軟件，將本地?cái)?shù)據(jù)以完全同步的方式復(fù)制到異地，每一本地的I/O事務(wù)均需等待遠(yuǎn)程復(fù)制的完成確認(rèn)信息。異步復(fù)制技術(shù)，則是保證在更新異地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)前，完成本地存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作，由本地存儲(chǔ)系統(tǒng)提供I/O操作完成確認(rèn)信息?？紤]到同步復(fù)制技術(shù)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)I/O性能影響較大，且異地備份系統(tǒng)與本地?cái)?shù)據(jù)中心需距離300 km以上，因此智慧水務(wù)的本地?cái)?shù)據(jù)中心與異地備份數(shù)據(jù)中心之間采用異步復(fù)制技術(shù)是比較理想的方式，兼顧性能要求的同時(shí)，又滿足了對(duì)數(shù)據(jù)可靠性的要求。

遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)還可與快照技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程備份，即通過鏡像把數(shù)據(jù)備份到異地存儲(chǔ)系統(tǒng)中，再用快照技術(shù)把異地存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)備份到異地的磁帶庫、光盤庫中。在正常業(yè)務(wù)進(jìn)行的同時(shí)，通過軟件對(duì)要備份的磁盤子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)快速掃描，同時(shí)快速拷貝，獲得當(dāng)前業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整備份。智慧水務(wù)的容災(zāi)備份建設(shè)，可通過在異地?cái)?shù)據(jù)中心的磁盤陣列系統(tǒng)中配置快照的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)備份，以及在線數(shù)據(jù)的恢復(fù)，并可利用備份數(shù)據(jù)完成報(bào)表生成等功能。

2 容災(zāi)備份方案實(shí)施

結(jié)合陜西省水務(wù)集團(tuán)的實(shí)際情況，制定 “一主一備一輔”，實(shí)現(xiàn)“雙活”的應(yīng)用級(jí)容災(zāi)備份方案，具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 異地容災(zāi)備份網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

考慮到集團(tuán)在延安設(shè)有分公司，延安距離西安超過了300 km，且不在同一地震帶，也不在同一江河流域，符合異地容災(zāi)備份的地理?xiàng)l件，故在集團(tuán)延安分公司機(jī)房設(shè)立異地備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

在西安總部機(jī)房DMZ區(qū)和延安機(jī)房分別部署數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置為集群模式。本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)均處于活動(dòng)狀態(tài)，本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要提供數(shù)據(jù)處理、查詢及存儲(chǔ)的功能，備份數(shù)據(jù)庫啟用自動(dòng)生成日志、報(bào)表等功能，提高了備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用率。一旦本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)宕機(jī)等故障，異地的備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)仍能提供數(shù)據(jù)處理、查詢及存儲(chǔ)等完整功能，且可以通過備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)恢復(fù)本地?cái)?shù)據(jù)。經(jīng)調(diào)研神州數(shù)碼數(shù)據(jù)庫一體機(jī)符合上述要求，可實(shí)現(xiàn)“雙活”效果，因此實(shí)際項(xiàng)目中在本地和異地?cái)?shù)據(jù)中心各部署了一臺(tái)神州數(shù)碼數(shù)據(jù)庫一體機(jī)。

在西安總部機(jī)房DMZ區(qū)和延安機(jī)房分別部署軟、硬件配置均相同的平臺(tái)級(jí)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，本地業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)正常情況下處于主用狀態(tài)，而異地業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。一旦本地?cái)?shù)據(jù)中心出現(xiàn)重大災(zāi)難，異地的備份數(shù)據(jù)中心可自動(dòng)接管相關(guān)業(yè)務(wù)。

本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間，采用異步復(fù)制技術(shù)，將本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)，復(fù)制到異地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的鏈路出現(xiàn)故障，無法通信時(shí)，本地?cái)?shù)據(jù)庫將會(huì)對(duì)已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，然后一直保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的探測(cè)，一旦恢復(fù)通信，本地?cái)?shù)據(jù)庫將會(huì)從標(biāo)記節(jié)點(diǎn)開始向異地備份數(shù)據(jù)庫傳輸數(shù)據(jù)。為了解決本地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)與異地備份系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)鏈路故障期間，本地?cái)?shù)據(jù)庫同時(shí)發(fā)生故障的特殊情形，盡可能地保證本地?cái)?shù)據(jù)與異地備份數(shù)據(jù)的一致性，在本地DMZ區(qū)另行部署一臺(tái)輕量級(jí)實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，僅保存最近兩天的更新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸至本地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)時(shí)，將同時(shí)傳輸給本地更新數(shù)據(jù)庫與異地備份數(shù)據(jù)庫。這樣，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，即使本地?cái)?shù)據(jù)庫同時(shí)出現(xiàn)故障，隨后也能通過本地實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫恢復(fù)完整的數(shù)據(jù)。

異地備份數(shù)據(jù)中心部署有磁盤陣列系統(tǒng)，配置快照功能。自動(dòng)從備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往磁盤陣列系統(tǒng)復(fù)制當(dāng)天更新的數(shù)據(jù)。每隔一個(gè)月，對(duì)全部的數(shù)據(jù)做一個(gè)完整快照。當(dāng)發(fā)生災(zāi)難，需要恢復(fù)本地?cái)?shù)據(jù)庫或備份數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時(shí)，可使用快照的在線恢復(fù)功能，快速恢復(fù)所需數(shù)據(jù)?？煺占夹g(shù)極大地減輕了運(yùn)維壓力以及災(zāi)后恢復(fù)的效率。磁盤陣列采用RAID5模式，在所有磁盤上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)信息，當(dāng)一個(gè)磁盤發(fā)生損壞后，可從其他硬盤上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)恢復(fù)出故障盤的內(nèi)容，不會(huì)影響數(shù)據(jù)的完整性，從而進(jìn)一步保證了數(shù)據(jù)的安全。

本地及異地的所有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)設(shè)備，均采用雙鏈路冗余方式與交換機(jī)或防火墻進(jìn)行連接。在服務(wù)器或平臺(tái)設(shè)備的兩個(gè)連接端口上做端口聚合，將兩條鏈路虛擬為一條鏈路，配置一個(gè)IP地址，這樣一條鏈路出現(xiàn)故障的情況下，通過另一條鏈路仍可進(jìn)行訪問。

3 結(jié)語

通過采用RAID5磁盤陣列、“一主一備一輔”方案及異步復(fù)制技術(shù)，部署異地容災(zāi)備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)和備份業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)，目前集團(tuán)智慧水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)已具備數(shù)據(jù)級(jí)、數(shù)據(jù)庫級(jí)、應(yīng)用級(jí)，共三個(gè)層級(jí)容災(zāi)備份，保證了數(shù)據(jù)的安全及核心業(yè)務(wù)的連續(xù)性，可提供7*24小時(shí)業(yè)務(wù)不間斷運(yùn)行，整個(gè)備份系統(tǒng)具有高容災(zāi)性和可擴(kuò)展性。