計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲備份探討

于 洋

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 管理學(xué)院，威海 264209）

1 計(jì)算機(jī)存貯系統(tǒng)的分類介紹及對比

存儲技術(shù)經(jīng)歷了從基于服務(wù)器的存儲（DAS），基于磁盤陣列的存儲(SCSI)發(fā)展到基于網(wǎng)絡(luò)的存儲模式(NAS及SAN)，在數(shù)據(jù)存儲容量和讀寫速度上有較大幅度的提高，每秒傳輸?shù)恼鬃止?jié)數(shù)（MBps）和每秒完成的輸入/輸出量（IOPS）是存儲設(shè)備的性能的兩種主要參數(shù)，目前的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)大致發(fā)展為三類。簡略對比如下。

1.1 直接依附存儲系統(tǒng)

DAS是以服務(wù)器為中心的存儲體系，DAS存貯設(shè)備直接掛接在各種服務(wù)器或客戶機(jī)的后端，直接由服務(wù)器或客戶機(jī)控制。它本身不帶任何存貯操作系統(tǒng)，由運(yùn)行在服務(wù)器上或客戶機(jī)上的操作系統(tǒng)或第三方軟件兼管，當(dāng)用戶數(shù)量增加或服務(wù)器正在提供服務(wù)時(shí)，其響應(yīng)速度會變慢。目前隨著ATM和千兆以太網(wǎng)的普遍使用，服務(wù)器本身成為了數(shù)據(jù)輸入輸出的瓶頸。

1.2 網(wǎng)絡(luò)依附存儲系統(tǒng)

NAS存儲設(shè)備是以網(wǎng)絡(luò)為中心面向文件服務(wù)的結(jié)構(gòu)方式，NAS存貯設(shè)備是單獨(dú)作為一個(gè)文件服務(wù)器直接連接在網(wǎng)絡(luò)上的，應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲部分不在同一服務(wù)器上，網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)據(jù)全部存貯在NAS存貯設(shè)備中，應(yīng)用服務(wù)器通過標(biāo)準(zhǔn)LAN的接口與作為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器連接。NAS存儲系統(tǒng)能將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立出來，降低了服務(wù)器的負(fù)載，從而較好提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。

1.3 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

SAN是一種以光纖通道（Fiber Channel, FC）實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲設(shè)備之間通訊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中的服務(wù)器和存儲系統(tǒng)通過高帶寬FC交換機(jī)（帶寬達(dá)到4GB）相連，各應(yīng)用工作站通過局域網(wǎng)訪問服務(wù)器，各存儲設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時(shí)可以不通過服務(wù)器，能有效減少大流量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生的阻塞和沖突，較大程度減輕服務(wù)器承受的壓力，具有很強(qiáng)的靈活性和伸縮性。在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）是存儲領(lǐng)域近來十分引人注目的技術(shù)。它一方面能為網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用系統(tǒng)提供豐富、快速、簡便的存儲資源；另一方面又能共享存儲資源并對其實(shí)施集中管理，成為當(dāng)今理想的存儲管理和應(yīng)用模式。其優(yōu)點(diǎn)如下。

1）高數(shù)據(jù)傳輸速度

以光纖為接口的存儲網(wǎng)絡(luò)SAN可提供多路4Gbps連接的高擴(kuò)展性、高性能的網(wǎng)絡(luò)存儲機(jī)構(gòu)，光纖交換機(jī)、光纖存儲陣列同時(shí)提供高吞吐量和更大的服務(wù)器擴(kuò)展空間。如IBM DS4800 4Gbps SAN 產(chǎn)品采用 4Gbps 技術(shù)性能數(shù)據(jù)，它可以提供最高 1724MBps 的吞吐量和最高 575,000 的 IOPS。

2）加強(qiáng)存儲管理

SAN存儲網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)存儲系統(tǒng)、備份設(shè)備和服務(wù)器相互連接的架構(gòu)，他們之間的數(shù)據(jù)不再在以太網(wǎng)絡(luò)上流通，從而大大提高以太網(wǎng)絡(luò)的性能，用戶得以獲得一個(gè)與服務(wù)器分開的存儲管理理念，文件數(shù)據(jù)的復(fù)制、備份、恢復(fù)數(shù)據(jù)和安全的管理可以以中央的控制和管理手段進(jìn)行，同時(shí)可把不同的存儲池以網(wǎng)絡(luò)方式連接，提供給用戶以任何他們需要的方式訪問需要的數(shù)據(jù)，可獲得更高的數(shù)據(jù)安全性及完整性。

3）簡易擴(kuò)容及高效容錯(cuò)性能

在需要容量擴(kuò)容時(shí)只需要將新的SAN存儲設(shè)備連接并入網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行簡單的配置，即可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容；并且SAN設(shè)備RAID組中同時(shí)損壞兩塊硬盤的情況下仍然可以保證數(shù)據(jù)完整不丟失，而且磁盤陣列無需重啟即可更換損壞的硬盤，實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)容災(zāi)及備份性能。

1.4 NAS與磁盤陣列的比較

磁盤陣列只是一個(gè)存儲介質(zhì)，接到服務(wù)器后端，依靠通用操作系統(tǒng)來管理磁盤，如UNIX或NT, 沒有自己文件管理系統(tǒng)，控制磁盤只是其職能中的一部分，I/O操作算法效率不高，完全依托于服務(wù)器，當(dāng)數(shù)據(jù)流量很大時(shí)，給服務(wù)器造成的壓力過大，易形成I/O瓶頸。

NAS是一臺服務(wù)器，有自己的核心，如CPU、內(nèi)存、操作系統(tǒng)、磁盤系統(tǒng)等。NAS直接接到交換機(jī)或集線器上，有自己的文件管理系統(tǒng)，對磁盤的I/O操作算法進(jìn)行了優(yōu)化和提高，并采用多個(gè)磁盤的磁頭臂同時(shí)并行讀寫，最大限度地減少了磁頭臂的移動次數(shù)從而大大提高了讀寫效率，從而把應(yīng)用服務(wù)器管理文件的包袱卸掉，提高整個(gè)系統(tǒng)性能。

1.5 NAS與SAN的比較

NAS是在RAID的基礎(chǔ)上增加了存儲操作系統(tǒng)，用戶通過TCP/IP協(xié)議訪問數(shù)據(jù)，NAS管理的是文件；

SAN是獨(dú)立出一個(gè)數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)，通過專用光纖通道交換機(jī)訪問數(shù)據(jù)，各存儲設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時(shí)可以不通過服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸率很快，SAN追求的是性能和速度，管理的是磁盤空間。

2 計(jì)算機(jī)備份系統(tǒng)的分類及其對比

長遠(yuǎn)來看，數(shù)據(jù)備份效果的好壞是和用戶具體的需求、資金投入程度等有很大的關(guān)系，如果用戶想要一個(gè)好的災(zāi)難備份方案則用戶在進(jìn)行投資的時(shí)候一定要明白花費(fèi)可能比較巨大，但是所花費(fèi)的精力肯定就比較少，而且系統(tǒng)重新運(yùn)行的時(shí)間也肯定很短。反之則不然。因此在初期選擇災(zāi)難備份的方案時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況為用戶提供性價(jià)比較高的方案。

數(shù)據(jù)備份的方式分為冷備份、暖備份和熱備份三種方式，下面就這三種方式具體闡述一下。

2.1 冷備份

冷備份是一種花費(fèi)最小的災(zāi)難備份方式，它主要可以通過采用磁帶機(jī)、打孔器等設(shè)備將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行定期存儲，然后將處理完以后的數(shù)據(jù)備份分別存放，以實(shí)現(xiàn)災(zāi)難備份。從以上的描述可以看出：它的優(yōu)勢在于技術(shù)含量較低，易于實(shí)現(xiàn)，而且花費(fèi)最小，但是這種方式也存在其最大的不足，就是它恢復(fù)的時(shí)間慢，而且如果備份的存儲介質(zhì)出現(xiàn)問題時(shí)，則意味著用戶將永遠(yuǎn)不能進(jìn)行恢復(fù)了。因此我們認(rèn)為只有在投資比較緊張，而且用戶對數(shù)據(jù)要求不是很高的情況下，才采用此種方式。因此我們可以看出采用此種方式只能適合于那些小型的應(yīng)用系統(tǒng)和廣大的中小企業(yè)。

2.2 暖備份

暖備份是介于冷備份和熱備份之間的一種方式，因此它可以說是一種折中的方案，它主要通過設(shè)置硬盤遠(yuǎn)程鏡像、數(shù)據(jù)庫復(fù)制和設(shè)置災(zāi)難備份中心以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的完全備份。

首先我們來看一下硬盤遠(yuǎn)程鏡像，它主要是通過設(shè)置另外一個(gè)相對于主服務(wù)器系統(tǒng)差的一臺服務(wù)器和數(shù)量眾多的硬盤（一般采用磁盤陣列）在兩者之間通過光纖連接，采用RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此我們可以看出這種方式是相對較為節(jié)省的方式，而且實(shí)現(xiàn)也比較簡單，不需要很多的技術(shù)支持。但是它也存在其固有的缺點(diǎn)，比如說因?yàn)槭褂霉饫w而造成了距離限制，同時(shí)光纖的鋪設(shè)也是一筆花費(fèi)較高的費(fèi)用。而且相對最大的問題在于因?yàn)槠洳皇遣捎猛綇?fù)制技術(shù)，所以存儲的時(shí)候也沒有做到同步存儲。

其次暖備份的第二種方法即：數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)。這種方法實(shí)現(xiàn)起來和采用硬盤鏡像技術(shù)差不多，只是他們的具體存儲方式不一樣，采用數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)有效地解決了不同步的問題，它能利用數(shù)據(jù)庫軟件強(qiáng)大的管理功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有機(jī)備份，從而比采用RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份更加科學(xué)。因此采用此種方式它繼承了硬盤備份的大部分缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，唯一不同的地方在于它有效的解決了數(shù)據(jù)同步復(fù)制的問題。但是采用此種方式帶來的另一個(gè)問題在于每個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫廠商只能對采用自己公司的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步復(fù)制，它不能對其他數(shù)據(jù)庫廠商的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。從而造成兼容性較差的問題。

最后讓我們來看一下暖備份的最后一種實(shí)現(xiàn)形式即采用災(zāi)難備份中心這種形式。我們在這里指的災(zāi)難備份中心與下邊要講的熱備份中的災(zāi)難備份中心不是同一個(gè)概念。在這里講的災(zāi)難備份中心指的是在系統(tǒng)所在地（或某大公司總部所在地）建立一個(gè)較大的數(shù)據(jù)備份中心，然后用這個(gè)備份中心實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)（或公司）的全程數(shù)據(jù)管理及備份功能。因此，這種方式相對來講沒有距離的限制（可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程分支機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)備份和管理），而且它適合于任何的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（可以使用DDN、PSTN、X.25、FDDI等），相對投資較小，可以實(shí)現(xiàn)接近于實(shí)時(shí)同步，而且實(shí)現(xiàn)起來技術(shù)比較成熟，要求相對較低，而且擴(kuò)張性很好，它與具體接駁幾個(gè)分支機(jī)構(gòu)以及以后新增多少分支機(jī)構(gòu)等沒有任何關(guān)系。但是它同樣也存在其固有的缺點(diǎn)，即作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份中心來說，它的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)比較詳細(xì)的計(jì)劃，以便于其進(jìn)行具體實(shí)施（譬如說事先計(jì)劃好每隔多久進(jìn)行一次數(shù)據(jù)備份，每個(gè)數(shù)據(jù)包采用什么格式），因此需要事先進(jìn)行謹(jǐn)慎地計(jì)劃。

從上述分析我們可以看出，不管采用哪種暖備份方式，都存在一定的局限性，但是它相對的性價(jià)比較好，而且實(shí)現(xiàn)的技術(shù)十分成熟。因此，我們可以看出這種備份方式特別適合于那些大型的應(yīng)用系統(tǒng)以及大型的企業(yè)實(shí)現(xiàn)對其所有分支機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程管理以及對自己系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份。

2.3 熱備份

熱備份是所有災(zāi)難備份方式中效果最好、恢復(fù)方式最快的一種方式。它具體也通過設(shè)置災(zāi)難備份中心，用一種專用設(shè)備，通過光纖實(shí)現(xiàn)與要進(jìn)行備份的服務(wù)器系統(tǒng)之間建立聯(lián)系。然后通過專用的軟件對要進(jìn)行實(shí)時(shí)備份的目標(biāo)服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動探測，在整個(gè)災(zāi)難備份系統(tǒng)安裝完成以后，可以實(shí)現(xiàn)基本不需要人進(jìn)行操作，它能監(jiān)控出目標(biāo)服務(wù)器系統(tǒng)的任何問題，自動進(jìn)行任何數(shù)據(jù)操作，達(dá)到防范于未然的效果，對管理人員來說也是相當(dāng)輕松的。但是我們?nèi)匀恍枰吹竭@種方式的許多不足之處，首先因?yàn)槭褂脤ｉT的設(shè)備和管理軟件，因此費(fèi)用肯定最貴，而且它只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，幾乎沒有擴(kuò)展性可言，系統(tǒng)初期安裝的技術(shù)難度以及實(shí)施工期可想而知，對廠商的依賴程度大大提高了。

因此，我們可以看出，熱備份只有在用戶對數(shù)據(jù)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性要求特別高的時(shí)候才推薦使用，這種方式最好使用在那些超大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)以及超大規(guī)模的企業(yè)對其中心服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行備份時(shí)采用。

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