基于國產(chǎn)存儲及地學軟件數(shù)據(jù)容災建設

胡露露 張亮 李偉 胡琳 符穎東

摘要：長期以來，南海西部石油研究院科研硬件尤其是存儲主要由國外品牌提供服務，核心地球物理業(yè)務使用的地學軟件同樣為國外品牌。隨著國際競爭環(huán)境日益激烈，企業(yè)對核心技術(shù)自主可控的意愿急迫，國產(chǎn)化替換需求不斷增強。南海西部石油研究院在新科研環(huán)境組建過程中，實現(xiàn)粵西地區(qū)能源領域首個數(shù)據(jù)中心硬件100%國產(chǎn)化工程，尤其是科研硬件存儲實現(xiàn)國產(chǎn)自主可控。另外在地學軟件方面，積極與國內(nèi)軟件廠商合作，推動國產(chǎn)地學軟件成功應用。在此基礎上，為保證科研核心數(shù)據(jù)的絕對安全，創(chuàng)新完成了基于國產(chǎn)存儲模式下的國產(chǎn)地學軟件數(shù)據(jù)容災建設，實現(xiàn)了同構(gòu)存儲的近線容災、異構(gòu)存儲的同城容災及異地容災，保障科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。

關(guān)鍵詞：地學軟件；同構(gòu)存儲；異構(gòu)存儲；數(shù)據(jù)容災；國產(chǎn)化

中圖分類號：ET19? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）07-0064-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

在不斷追求核心技術(shù)自主可控的背景下，南海西部石油研究院（以下簡稱研究院）數(shù)據(jù)中心新建時采用全國產(chǎn)化硬件架構(gòu)，完成數(shù)據(jù)中心的搭建，同時也積極探索國產(chǎn)地學軟件GeoEast，積極推進地震解釋平臺自主可控。科研軟件與數(shù)據(jù)是開展科研工作的重要前提，勘探開發(fā)的研究離不開分析軟件和數(shù)據(jù)支持，因此在國產(chǎn)軟硬件的基礎上，對地學軟件數(shù)據(jù)容災建設進行了探索研究，以保障科研數(shù)據(jù)的安全性[1-2]，為勘探開發(fā)科研生產(chǎn)的正常開展保駕護航。

1 國產(chǎn)化軟硬件存儲架構(gòu)

1.1 國產(chǎn)化軟硬件存儲架構(gòu)

長期以來，研究院硬件尤其是存儲主要由國外品牌構(gòu)成。然而隨著國際競爭環(huán)境日益激烈，爭端所引發(fā)的“卡脖子”事件頻發(fā)，對科研應用造成了一定影響。面對如此特殊的大環(huán)境，研究院科研硬件環(huán)境實現(xiàn)自主可控的重要性不言而喻。

針對科研硬件國產(chǎn)化占比較低的問題，研究院在新科研環(huán)境建設的過程中，充分與國內(nèi)知名硬件廠商開展合作，對國產(chǎn)硬件品牌進行了探索研究，使得數(shù)據(jù)中心在建成時關(guān)鍵核心硬件達到了100%國產(chǎn)化。最后根據(jù)實際的數(shù)據(jù)類型與應用需求配置了不同的存儲，其中選擇Ocean Store 6800用來存儲核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)，選擇Ocean Store 5310用來近線容災，存儲100%國產(chǎn)化為數(shù)據(jù)安全提供了有力保障。

1.2 國產(chǎn)地學軟件應用

研究院目前主要使用的地學軟件均為國外引進，存在技術(shù)支持中斷和供應停止的風險。因此，急需一款功能強大、自主性高的國產(chǎn)地學軟件，以逐步替換國外地學軟件。經(jīng)過深入的市場調(diào)研和前期功能應用測試，我們選擇了GeoEast作為國產(chǎn)軟件進行推廣應用。

GeoEast是一款集構(gòu)造解釋、儲層預測、油氣檢測、地質(zhì)分析于一體的綜合地震資料解釋系統(tǒng)。在功能性上，它能夠較為完整地替代當前的國外地學軟件。因此，我們決定開展對國產(chǎn)地學軟件GeoEast的推廣應用工作[3-4]。在完成數(shù)據(jù)遷移后，為確?？蒲泄ぷ鞯恼ｉ_展與數(shù)據(jù)的安全性，我們開展了軟件數(shù)據(jù)容災建設的相關(guān)研究。鑒于GeoEast數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的復雜性，以及研究院尚未在全國產(chǎn)生產(chǎn)存儲上部署數(shù)據(jù)容災的實際情況，研究并探索了兩種容災部署方案。首先，我們在國產(chǎn)存儲上部署了軟件、工區(qū)數(shù)據(jù)以及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲災備系統(tǒng)。其次，針對結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)，我們編寫了定時備份腳本，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫熱備系統(tǒng)的部署。

2 國產(chǎn)地學軟件數(shù)據(jù)容災建設

數(shù)據(jù)容災不僅僅是簡單的數(shù)據(jù)備份，而是將存儲系統(tǒng)、備份系統(tǒng)和容災技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建成一個一體化的數(shù)據(jù)容災系統(tǒng)，以提升災難后的數(shù)據(jù)恢復能力。這一系統(tǒng)主要針對以下三種情況：由人為原因、軟件故障和硬件故障導致的數(shù)據(jù)全部或部分丟失；因工作需要而對歷史數(shù)據(jù)的恢復；以及因災難性事件（如火災、地震、環(huán)境、電力等）引發(fā)的本地數(shù)據(jù)損壞[5-6]。在建設這一系統(tǒng)時，我們的基本思路是：前兩種情況可通過本地備份進行快速恢復，而最后一種情況則需要從異地遠程容災點進行恢復。本地備份可分為近線容災和同城容災，本文將詳細介紹本地備份的相關(guān)內(nèi)容。

2.1 同構(gòu)存儲模式下的近線容災建設

根據(jù)實際應用需求，考慮兼容性問題，近線容災存儲選擇與生產(chǎn)存儲同品牌的存儲。國產(chǎn)存儲進行數(shù)據(jù)容災建設面臨以下兩個問題：第一是國產(chǎn)存儲與之前的存儲相比數(shù)據(jù)服務和管理功能存在差異，文件系統(tǒng)和管理架構(gòu)也不同，需進行相應數(shù)據(jù)管理模式設計；第二是備份策略沒有經(jīng)驗可借鑒，需要測試不同類型的數(shù)據(jù)，并結(jié)合應用需求和存儲系統(tǒng)架構(gòu)來制定數(shù)據(jù)備份策略。

數(shù)據(jù)備份的難點主要在于數(shù)據(jù)庫的備份，為了保障科研生產(chǎn)的連續(xù)性，對數(shù)據(jù)庫熱備方式進行了研究。GeoEast軟件的底層數(shù)據(jù)庫是PostgreSQL數(shù)據(jù)庫，PostgreSQL數(shù)據(jù)庫的熱備方式主要有以下幾種方式：1） pg_dump是PostgreSQL自帶的一個備份工具，可以用于備份整個數(shù)據(jù)庫或者某個特定的模式。并且可以創(chuàng)建SQL腳本文件，包含還原整個數(shù)據(jù)庫或者特定模式的命令，便于數(shù)據(jù)庫恢復。2） pg_basebackup是PostgreSQL的另一種熱備工具，可以用來創(chuàng)建物理備份文件，在數(shù)據(jù)庫運行時，對數(shù)據(jù)文件和歸檔文件進行備份，且備份文件可以直接存儲在網(wǎng)絡存儲設備上。3） Barman是一個開源的PostgreSQL熱備份工具，支持全備份和增量備份，支持在遠程服務器上執(zhí)行備份操作，支持跨版本還原數(shù)據(jù)?；诂F(xiàn)有GeoEast軟件應用情況以及需求，對pg_basebackup熱備方式進行了研究，pg_basebackup通過流式備份對所有必要的數(shù)據(jù)文件進行備份，其采用 PostgreSQL 的 Write-Ahead Logging（WAL） 機制，保證了數(shù)據(jù)備份的一致性和可恢復性。

因此基于科研生產(chǎn)實際需求，研發(fā)基于國產(chǎn)存儲的地學軟件GeoEast數(shù)據(jù)庫熱備功能，編寫數(shù)據(jù)庫熱備腳本并定時執(zhí)行，如圖1所示，完成生產(chǎn)存儲至近線存儲的數(shù)據(jù)庫自動熱備。對于軟件和工區(qū)數(shù)據(jù)則利用同構(gòu)存儲間的遠程復制功能進行數(shù)據(jù)備份，并定制策略定期對數(shù)據(jù)進行增量備份[7-9]，實現(xiàn)科研生產(chǎn)不間斷的數(shù)據(jù)應用保護。

2.2 異構(gòu)存儲模式下的同城容災建設

在實現(xiàn)近線容災的基礎上，為進一步保障數(shù)據(jù)的安全性，開展同城容災工作。考慮到高可用性和容錯性，同城容災存儲選擇與生產(chǎn)存儲不同品牌的存儲。異構(gòu)存儲間數(shù)據(jù)容災可以通過多地點復制、云備份和恢復以及異構(gòu)存儲管理軟件等方式進行。由于異構(gòu)存儲管理軟件能夠集中管理，提供統(tǒng)一的管理界面，可以管理不同廠商的存儲設備，易于對科研數(shù)據(jù)進行備份、恢復和遷移等操作，提高了管理效率；異構(gòu)存儲管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)的兼容管理，支持多種數(shù)據(jù)協(xié)議，易于備份各種協(xié)議的科研數(shù)據(jù)；異構(gòu)存儲管理軟件有良好的可擴展性和靈活性，可以隨著業(yè)務的發(fā)展而擴展數(shù)據(jù)備份的規(guī)模，支持各種類型的數(shù)據(jù)容災需求。

英方軟件具備全量備份和增量備份功能，以滿足不同應用需求；它能夠在不同平臺間進行數(shù)據(jù)復制，實現(xiàn)異構(gòu)模式下的數(shù)據(jù)備份；同時支持自動同步和手動同步，應用靈活；此外，它還具備日志分析功能，通過分析源數(shù)據(jù)庫的日志文件，能夠識別并解決同步過程中可能遇到的問題或錯誤。因此，我們最終選擇英方軟件作為同城容災數(shù)據(jù)備份軟件[10]。我們搭建了2臺虛擬機，分別作為英方軟件的管理節(jié)點和數(shù)據(jù)容災節(jié)點，并針對GeoEast數(shù)據(jù)的特點制定了同步計劃。通過對數(shù)據(jù)進行全備份和增量備份，并結(jié)合應用動態(tài)工作日限額傳輸流量，我們確保了日常生產(chǎn)應用的正常運行，并成功完成了GeoEast軟件數(shù)據(jù)的同城容災工作。

2.3 數(shù)據(jù)備份策略

為保障數(shù)據(jù)備份的高可用性，結(jié)合存儲快照功能，制定數(shù)據(jù)備份策略，如表1所示，確保能夠恢復不同時間節(jié)點的數(shù)據(jù)，以此應對不同的業(yè)務需求。

2.4 數(shù)據(jù)恢復演練

定期對數(shù)據(jù)進行恢復演練是數(shù)據(jù)容災工作中至關(guān)重要的一環(huán)，其主要作用體現(xiàn)在以下幾點：首先，它可以驗證備份作業(yè)的正常運行，確保備份數(shù)據(jù)的正確性和完整性，從而確保在需要恢復數(shù)據(jù)時能夠順利進行；其次，通過定期演練，可以提升數(shù)據(jù)管理人員在數(shù)據(jù)恢復方面的專業(yè)技能，確保在緊急情況下能夠迅速、準確地完成數(shù)據(jù)恢復工作；最后，它還可以幫助我們發(fā)現(xiàn)并解決數(shù)據(jù)容災過程中存在的問題和不足，從而進一步提升數(shù)據(jù)安全管理水平。通過定期的數(shù)據(jù)恢復演練，我們能夠檢驗數(shù)據(jù)的可用性，提升數(shù)據(jù)安全水平，確保生產(chǎn)業(yè)務的連續(xù)性，并在最大程度上減少因數(shù)據(jù)丟失等可能造成的損失。

2.5 軟件數(shù)據(jù)容災實際應用

軟件數(shù)據(jù)容災建設為科研安全生產(chǎn)提供了有力保障，有科研人員在使用GeoSast工區(qū)時，不小心刪除了某層位數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)恢復，半個小時內(nèi)就完成了數(shù)據(jù)恢復，如圖2所示。

3 結(jié)束語

本文通過對國產(chǎn)地學軟件數(shù)據(jù)容災建設進行研究，取得了以下三點技術(shù)創(chuàng)新：

1） 創(chuàng)新研發(fā)基于國產(chǎn)存儲的數(shù)據(jù)庫定時備份系統(tǒng)，實現(xiàn)國產(chǎn)地學軟件數(shù)據(jù)庫與工區(qū)數(shù)據(jù)近40TB數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)不間斷熱備功能。

2） 從零出發(fā)探索國產(chǎn)同構(gòu)、異構(gòu)存儲的數(shù)據(jù)容災建設，完成科研數(shù)據(jù)的近線、同城、異地的三級容災備份，滿足中海油集團公司科研數(shù)據(jù)“六地兩中心”架構(gòu)要求。

3） 運用連續(xù)數(shù)據(jù)保護與數(shù)據(jù)副本管理技術(shù)，探索實現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的價值備份，在保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)可靠恢復的基礎上減少不必要的數(shù)據(jù)冗余。

研究院投資建設的國產(chǎn)化勘探開發(fā)數(shù)據(jù)容災系統(tǒng)，采用近線、同城和異地容災三級備份，保障了勘探開發(fā)數(shù)據(jù)安全，若面臨突發(fā)事故導致生產(chǎn)存儲設備無法使用，能在一小時內(nèi)快速恢復科研生產(chǎn)。另外，基于國產(chǎn)存儲的國產(chǎn)地學軟件熱備份的功能實現(xiàn)為國產(chǎn)地學軟件的推廣應用奠定了基礎，同時為其他國產(chǎn)地學軟件轉(zhuǎn)型提供借鑒，提升了科研軟件國產(chǎn)化率。

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