基于藍光存儲技術的異地實時備份系統

梁明珠 云京濤 鄒曉杰 王洪業 袁滿

（華錄光存儲研究院（大連）有限公司，遼寧大連 116023）

0.引言

進入信息化、數字化時代后，各企業、數據中心的存儲數據量呈爆炸式增長，IDC預測2025年全球數據總量將增長到175ZB(1ZB=1024EB、1EB=1024PB、1PB=1024TB、1TB=1024GB)，中國產生的數據量將達到48.6ZB，占全球數據總量的27.8%，位于全球第一。

由于傳統的數據存儲介質存在高耗電量、高運維成本、低安全性等問題，藍光光盤這種物理存儲方式的存儲介質已經逐步被業界認可，并獲得了迅猛的發展及應用。

數據是新時代的石油，數據即資產，因此不管使用哪種存儲介質，都需要進行異地或多副本備份，以避免由于單點故障導致的數據丟失。目前金融、保險、檔案等各行業都在推進兩地甚至多地的災備中心建設，各地的數據要求實時同步，且要求在某地系統癱瘓后可以實時切換到備份系統，以確保不影響上層應用的數據調閱，不影響正常的業務操作。

根據銀監會、發改委、科技部、工信部聯合下發的《關于應用安全可控信息技術加強銀行業網絡安全和信息化建設的指導意見》，在涉及客戶敏感數據的信息處理環節，應優先使用安全可靠、風險可控的信息技術和服務，要重點在網絡設備、存儲、中低端服務器、信息安全、運維服務、文字處理軟件等領域積極推進，在操作系統、數據庫等領域要加大探索和嘗試力度[1]。

藍光光盤由于其物理特性，決定了其不受電磁干擾等外界因素影響，可確保數據安全，但若發生光盤讀取設備故障、管理服務器系統宕機或者機房電力系統受損等不可抗力，數據無法被實時讀取，影響正常業務使用，此時就需要切換至異地備份系統。此外，若遭受地震、洪水、火災等自然災害，也可最大限度的確保數據安全性。

基于以上背景，開發此新型存儲系統，提供一種低成本、高可靠性、高時效性的數據存儲系統，在藍光光盤的物理性安全基礎之上，進行了異地雙副本的邏輯安全，確保數據實時安全、可用。

1.藍光存儲技術

藍光光盤作為新一代的存儲技術，與DVD技術相比有了突破性的技術進步，是完全迭代的新產品。藍光光盤利用波長較短的藍色激光讀取和寫入數據，并因此而得名，采用“無機金屬相變”技術進行數據記錄，通過激光照射金屬記錄層，實現金相改變而實現數據的記錄，由于金相狀態不可逆，其穩定性較磁性存儲得到極大提升，可確保記錄后的數據不會因電磁干擾而被篡改。藍光光盤與讀寫光頭不接觸，無磨損，記錄信息不會因反復讀取二產生衰減，極大提高數據安全性與可靠性，藍光光盤結構與原理如圖1所示。

圖1 藍光光盤結構與原理

光盤存儲由于特有的長壽命、安全可靠、低成本等優點，從20世紀60年代開始一經發展就迅速流行，但隨著數據量增加，傳統DVD光盤（容量4.7GB）已無法滿足數據存儲需求，藍光光盤（Blu-ray Disc）由于存儲容量大、讀取速度快、穩定性更高等優點，已經成為企業級光盤存儲的主流。藍光存儲以藍光光盤作為存儲介質，企業級的藍光存儲設備主要是藍光光盤庫，包括：藍光光盤，藍光光驅、機械手等部件，最新藍光光盤技術可確保數據安全存儲50～100年。此外，存儲耗電量極低，介質離線管理對環境無特殊要求，可大幅降低數據保存成本。

2.基于藍光存儲的異地實時備份系統

2.1 系統構成

本系統由數據實時同步系統（Model A）、基于藍光技術的主存儲系統（Model B）、基于藍光技術的異地存儲系統（Model C）3部分組成，3部分使用光纖（FC）或專網連接，Model B、Model C的硬件系統、軟件系統完全一致，包括管理服務器（文件系統、緩存、數據庫等）和藍光存儲設備（機械手、藍光光驅、藍光光盤等）兩部分，兩部分之間使用SAS/FC連接，藍光存儲設備管理軟件部署于管理服務器中，系統架構如圖2所示。Model B、Model C可部署于不同物理地點，Model A可部署于Model B、Model C任意一處或單獨部署于第三地點。

圖2 基于藍光存儲技術的異地實時備份系統架構圖

文獻[2]設計的是銀聯數據的異地災難備份系統。銀聯數據發卡系統的災備系統采用兩地兩中心模式，通過數據庫異步復制技術建立異地災備系統[2]。本系統應用場景與文獻[2]設計的類似，確保在災難發生的情況下，最大限度保護數據資產，確保系統業務的連續性。

2.2 系統工作流程

Model A對Model B、Model C的文件系統中的數據實時監測，同時對藍光存儲設備進行健康狀態實時監測，若其中一處發生數據增加、刪除、修改，且藍光存儲設備運行正常，則立刻將其同步至另一處藍光光盤中，確保數據實時同步，若藍光存儲設備運行異常，則將數據暫時保存在Model B、Model C的緩存中。

Model A對兩地文件進行數據庫狀態管理，即使同步過程中出現斷電、宕機等異常情況，在系統恢復正常后，可自動實施同步操作，避免數據丟失風險。

Mode B、Model C為基于藍光技術的數據存儲系統，該系統中包管理服務器（藍光光盤存儲系統的文件系統、緩存、數據庫等），以及藍光藍光存儲設備（包括機械手、藍光光驅、藍光光盤等）。文件系統可對外提供NAS服務，使光盤存儲系統操作簡潔，類似于普通硬盤使用。若文件系統中有新增或修改的數據，則該數據會自動流向存儲系統的緩存中，并刻錄至藍光光盤中。由于藍光光盤采用的是激光燒制的物理記錄方式，可確保數據的絕對安全。存儲系統中，數據庫記錄了藍光光盤、文件系統以及緩存中的文件狀態、文件位置信息、文件元數據信息等，便于快速、準確的查找、下載所需的文件。

Mode A為本系統的核心部分，分為5個模塊：數據狀態監測模塊、狀態變化數據列表模塊、光盤庫狀態檢查模塊、SMC/MMC管理模塊和數據同步模塊。

數據狀態監測模塊對藍光光盤存儲系統中的文件系統部分進行實時監測，以判斷文件系統中數據是否發生變化，包括文件新增、文件刪除、文件修改等。狀態變化數據列表模塊對發生狀態變化的數據進行信息收集，形成文件列表，包括全路徑信息、MD5信息、文件大小等屬性信息。數據同步模塊根據數據列表，對Model B、Model C兩套系統中的數據進行同步操作，同步采用增量方式，可選擇進行單向同步（Model B→Model C）或雙向同步（Model B←→Model C）。在數據同步完成后，數據庫管理模塊對Model B、Model C系統中數據進行數據庫信息同步，確保數據狀態完全一致。

數據上傳客戶端向Model B進行數據上傳或修改操作后，該操作會使Model B的文件系統狀態發生變化，該變化會實時被Model A監測到，Model A會在數據上傳完成后（以單個文件為單位），立刻將變化的數據列表生成。

光盤庫狀態檢查模塊會對藍光存儲設備進行健康狀態檢查，通過SNMP方式獲取光盤庫錯誤碼、警告碼，確認是否存在硬件故障；通過調用API接口函數，確認藍光光盤存儲系統的文件系統、緩存、數據庫返回值正常，無類似緩存滿、文件系統無法掛載等異常情況。若存在異常情況，可向系統管理員發出警告通知。

SMC（機械手控制指令）和MMC（光驅控制指令）管理模塊負責控制藍光存儲設備機械手及光驅動作，以執行藍光光盤加載、交換、刻錄等操作，同時通過API接口函數與藍光光盤存儲系統的數據庫進行交互，以記錄文件與藍光碟片的對應關系。

數據同步模塊根據光盤庫狀態檢查模塊返回的藍光存儲設備健康狀態進行數據同步。若藍光存儲設備軟、硬件均正常，則將狀態變化數據列表中的文件在Model B、Model C間進行同步，同時向藍光存儲設備發表數據刻錄指令（將數據刻錄至藍光光盤中）；若藍光存儲設備硬件或軟件存在異常，則僅將狀態變化數據列表中的文件在Model B、Model C間的緩存中進行同步，待藍光存儲設備恢復正常后再發布數據刻錄指令。

考慮到實時監測可能會對系統內存、傳輸速度造成影響，本系統支持實時監測、定時監測2種模式。實時監測模式下，只要有任何數據變化立刻進行同步，確保Model B、Model C數據實時一致；定時監測模式下，可手動或設置定時任務，任務開啟后進行同步操作，Model B、Model C數據存在一定時間差，僅在任務執行完成后完全一致。

對于已經保存至Model B、Model C中，并已經刻錄至藍光光盤中的數據，若需要進行調閱，可通過網絡共享方式直接方案Model B或Model C的文件系統即可，由于兩套系統完全相同，即使某套系統由于硬件故障或自然災害無法使用，也可實時切換至另一套系統，實現異地實時災備，確保數據高可用性。

2.3 CDM技術簡介

為提高生產環境數據備份及恢復效率，確保數據高效可用，本系統中主存儲系統（Model B）使用Copy Data Management（簡稱CDM）技術進行數據備份。

CDM是始于美國的一項新興數據管理技術，近年來得到了快速的發展，國內一般翻譯為：副本數據管理、復制數據管理、拷貝數據管理等。經過幾年時間，中國國內對CDM的認知和實際的技術發展基本和美國處于同一水平線上，呈現方式和發展路徑略有不同，中國在某些方面也形成了一些獨特優勢。隨著國內各行各業對CDM認知的深入，CDM逐漸顯性化。

CDM技術能夠滿足大規模數據業務需求，實現分鐘級數據恢復，且具備實時增量數據備份功能。通過CDM技術備份的數據格式為初始格式，該數據能夠直接掛載到目標服務器，實現數據快速恢復，不受數據數量規模影響[3]。

CDM技術自誕生至今，已經從單純的備份應用方向，發展成為數據運維、數據管理、數據服務、數據戰略等數據全生命周期管理的重要創新技術支撐，CDM有機會成為企業數據管理底座。

3.結語

全球“數字經濟”蓬勃發展，數據成為關鍵生產要素，并上升到國家層面給以關注。本系統使用藍光光盤作為存儲介質，可確保數據存儲安全性，大幅降低數據存儲成本。以先進的CDM備份技術為上層應用，提高數據備份及恢復效率。通過對藍光存儲系統的監測，直接對機械手、光驅進行操作，制定數據同步策略，最大化保證數據安全性。針對異地災備應用場景，提供高效率、低成本、高穩定性、易操作性的存儲解決方案。