數(shù)字圖書館保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的支撐技術(shù)與方案

●王慕抽(溫州大學(xué)，浙江 溫州 325035)

1 前言

圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行及數(shù)據(jù)安全至關(guān)重要。一旦系統(tǒng)中斷運(yùn)行，將給各個(gè)業(yè)務(wù)部門及全校師生帶來極大的混亂，而數(shù)據(jù)一旦丟失，則帶來的損失和后果都是災(zāi)難性的。目前，我校圖書館自動(dòng)化管理系統(tǒng)在PC服務(wù)器上運(yùn)行，數(shù)據(jù)保存在本地主機(jī)內(nèi)，通過FPT方式做每日全備份，隨著兩校合并、學(xué)生擴(kuò)招、書目數(shù)據(jù)量劇增以及應(yīng)用軟件不斷升級(jí)、功能擴(kuò)展等，PC服務(wù)器處理能力和性能已無法充分滿足使用要求，隨時(shí)存在停機(jī)和數(shù)據(jù)丟失的可能。在這次自動(dòng)化系統(tǒng)更換升級(jí)的實(shí)踐中，如何確保業(yè)務(wù)不中斷，如何確保數(shù)據(jù)安全，如何在災(zāi)難發(fā)生時(shí)能快捷準(zhǔn)確地進(jìn)行恢復(fù)，是方案考慮的關(guān)鍵問題。應(yīng)當(dāng)采用基于雙機(jī)熱備技術(shù)、SAN技術(shù)、備份軟件和環(huán)境保障的支撐一體化解決方案，以徹底解除系統(tǒng)隱患，保障業(yè)務(wù)連續(xù)性。

2 雙機(jī)熱備技術(shù)

從廣義上講，雙機(jī)熱備就是對(duì)于重要的服務(wù)使用兩臺(tái)服務(wù)器，互相備份，共同執(zhí)行同一服務(wù)。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可以由另一臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)服務(wù)任務(wù)，從而在不需要人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)保證系統(tǒng)能持續(xù)提供服務(wù)。

2.1 雙機(jī)熱備技術(shù)選擇分析

雙機(jī)熱備主要解決服務(wù)器故障問題。服務(wù)器比交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備復(fù)雜得多。它包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，故障概率也要高得多，如設(shè)備故障、操作系統(tǒng)故障、應(yīng)用系統(tǒng)故障等等，一般地講，在技術(shù)人員在現(xiàn)場的情況下，恢復(fù)服務(wù)器正?？赡苄枰?0分鐘、幾小時(shí)甚至幾天。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)上看，除非是簡單地重啟服務(wù)器(可能隱患仍然存在)，否則往往需要幾個(gè)小時(shí)以上，如果技術(shù)人員不在現(xiàn)場，則恢復(fù)服務(wù)的時(shí)間就更長了。對(duì)于圖書館的關(guān)鍵應(yīng)用來說，師生很難忍受長時(shí)間的服務(wù)中斷。因此，對(duì)于需要持續(xù)可靠地提供應(yīng)用服務(wù)的系統(tǒng)，雙機(jī)熱備還是非常重要的。

2.2 雙機(jī)熱備的實(shí)現(xiàn)方式

雙機(jī)熱備是一種軟硬件結(jié)合的高可靠性應(yīng)用模式，有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是基于共享的存儲(chǔ)設(shè)備方式，另一種是沒有共享的存儲(chǔ)設(shè)備方式(純軟件方式)。我們選擇基于共享存儲(chǔ)設(shè)備的雙機(jī)熱備方式，該系統(tǒng)由兩臺(tái)服務(wù)器+磁盤陣列柜+熱備軟件構(gòu)成，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序安裝在兩臺(tái)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫存放于共享的磁盤陣列柜，通過RAID技術(shù)保證數(shù)據(jù)的可靠性，數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用軟件在某一時(shí)刻只由一臺(tái)主機(jī)控制。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)服務(wù)器將以一個(gè)虛擬的IP地址對(duì)外提供服務(wù)，通過熱備軟件的監(jiān)測(cè)模塊來互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的心跳及服務(wù)，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器根據(jù)心跳偵測(cè)的情況做出判斷，并進(jìn)行切換，接管服務(wù)，故障切換過程中數(shù)據(jù)能確保完整性，切換時(shí)間很短，而且無需人工干擾，能夠很好地滿足圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高的需求。

基于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN的存儲(chǔ)共享雙機(jī)熱備模式是目前雙機(jī)熱備較好方案。我館服務(wù)器IBM P550兩臺(tái)，其操作系統(tǒng)為AIX 5.3，存儲(chǔ)為SAN，實(shí)踐證明比較穩(wěn)定可靠。[1]

3 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)技術(shù)

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN技術(shù)主要解決數(shù)據(jù)硬盤問題。數(shù)據(jù)硬盤故障是系統(tǒng)中斷運(yùn)行的重要原因之一，而且硬盤故障往往會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，從而帶來災(zāi)難性的后果。因此要解決系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行和數(shù)據(jù)丟失的問題，必然要解決存儲(chǔ)的問題。在今天，“數(shù)據(jù)與系統(tǒng)分離”觀念已經(jīng)成為當(dāng)前IT技術(shù)的新潮流。隨著數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)的重要性越來越大，存儲(chǔ)設(shè)備已成為整個(gè)系統(tǒng)的中心，采用開放性的存儲(chǔ)系統(tǒng)也顯得越來越重要。我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)施了基于存儲(chǔ)業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者EMC公司的CX 700光纖磁盤陣列系統(tǒng)為存儲(chǔ)核心的SAN存儲(chǔ)解決方案，通過存儲(chǔ)局域網(wǎng)SAN的架構(gòu)對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)管理。

本館使用的光纖交換網(wǎng)絡(luò)的核心是一臺(tái)16口光纖交換機(jī)和一臺(tái)8口光纖交換機(jī)。其中四服務(wù)器均配置了兩塊HBA卡，分別連接這兩臺(tái)光纖交換機(jī)，余下一臺(tái)服務(wù)器配置了單塊HBA卡與16卡光纖交換機(jī)進(jìn)行連接。光纖交換機(jī)一方面連接各服務(wù)器，另一方面連接光通道磁盤陣列系統(tǒng)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，光纖交換機(jī)可以通過自身的端口或通過級(jí)連方式進(jìn)行擴(kuò)展。整個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)除配置單塊HBA卡的服務(wù)器外，通過EMC的路徑管理軟件PowerPath做到了鏈路冗余，無單點(diǎn)故障。系統(tǒng)構(gòu)建完成后，速度性能得到了很大的提升，將原有的數(shù)據(jù)分散模式變?yōu)閿?shù)據(jù)集中模式，使數(shù)據(jù)的管理帶來很大的便利，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。應(yīng)用三年中證實(shí)具有高度的可靠性、穩(wěn)定性、安全性。

本校圖書館網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)系統(tǒng)拓?fù)鋱D改造前和改造后分別如圖1、圖2所示：

圖1 改造前圖書館網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 備份軟件技術(shù)

圖2 改造后圖書館網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

備份軟件主要解決數(shù)據(jù)異地備份問題。數(shù)據(jù)的安全性保障包括多方面，如防病毒、系統(tǒng)入侵檢測(cè)、硬件故障冗余、雙機(jī)系統(tǒng)冗余、系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份等，而數(shù)據(jù)備份是上述安全性保障最核心也是最重要的保障手段，因?yàn)樗苯訉?duì)用戶的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，是保證為圖書館提供正常服務(wù)的最后一道防線，當(dāng)各種影響數(shù)據(jù)安全的情況發(fā)生時(shí)，以最短的時(shí)間恢復(fù)受損的數(shù)據(jù)。

4.1 備份技術(shù)分析選擇

目前本館使用南京匯文自動(dòng)化管理系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。所以自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份，實(shí)際上就是Oracle數(shù)據(jù)庫備份。Oracle數(shù)據(jù)庫在備份與恢復(fù)方面的功能較完善，除了硬件級(jí)的備份(如RADI1、雙機(jī)熱備等)之外，還包括邏輯備份和物理備份。物理備份又包括冷備份和熱備份。

Oracle的備份與恢復(fù)有3種標(biāo)準(zhǔn)的模式，大致分為兩大類，備份恢復(fù)(物理上的)以及導(dǎo)入導(dǎo)出(邏輯上的)，而備份恢復(fù)又可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫的工作模式分為非歸檔模式 (Nonarchivelog-style)和歸檔模式(Archivelog-style)，通常，我們把非歸檔模式稱為冷備份，而相應(yīng)的把歸檔模式稱為熱備份。Oracle的這3種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面比較一下這3種方式的優(yōu)缺點(diǎn)：

以上3種備份方式，使用頻率最高的首推邏輯導(dǎo)入導(dǎo)出方式備份。鑒于冷備份只能在關(guān)機(jī)時(shí)使用，我們主要使用邏輯備份和物理備份的熱備份方式。

4.2 數(shù)據(jù)備份方案實(shí)現(xiàn)

為了使可能丟失的重要數(shù)據(jù)能盡快恢復(fù)，且保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，我們采用如下數(shù)據(jù)備份方案：

(1)Oracle的邏輯備份，數(shù)據(jù)庫主機(jī)和備份機(jī)交互備份相結(jié)合，磁帶、光盤等介質(zhì)異地備份為輔助的方式。普通PC做備份機(jī)定時(shí)自動(dòng)備份到硬盤，每天22：00備份。Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器同時(shí)將腳本寫入主配置文件/etc/crontab/cron在本機(jī)定時(shí)備份，每天23：00備份。光盤、磁帶等輔助備份介質(zhì)，根據(jù)實(shí)際情況，不定期將數(shù)據(jù)保存在光盤或磁帶等介質(zhì)上。

表 備份方式比較表

在備份機(jī)上的備份腳本語句格式，備份機(jī)備份腳本：exp用戶名/密碼@tns file=fileName.dmp本館考慮數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)空間方面，于是將一周作為循環(huán)周期。語句如下所示:exp userid=system/orcl@libsys file=d:ak\%date:～11,3%.dmp log=d:ak\%date:～11,3%.log owner=libsys buffer=1024000

將以上命令行存成.bat格式放在Windows系列的備份機(jī)上可執(zhí)行腳本文件，進(jìn)行定時(shí)備份。邏輯備份恢復(fù)，采用Oracle自身的導(dǎo)入命令進(jìn)行。把備份出的用戶級(jí)備份文件完全導(dǎo)入到Oracle數(shù)據(jù)庫即可。

導(dǎo)入時(shí)的命令行：imp用戶名/密碼 full=y file=fileName.dmp

如果導(dǎo)出采用的命令是：exp system/orcl file=20110101.dmp，則相應(yīng)的導(dǎo)入命令是：

例：imp system/orcl full=y file=20110101.dmp

(2)物理備份的熱備份方式，Oracle數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在歸檔模式；每天晚上將歸檔日志文件通過備份軟件備份到磁帶庫中；每周五凌晨進(jìn)行一次數(shù)據(jù)庫RMAN全備份，備份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SAN上歸檔日志文件存儲(chǔ)區(qū)域中；每周五晚上將RMAN全備份數(shù)據(jù)通過備份軟件備份到磁帶庫中，刪除存儲(chǔ)(SAN)兩周前備份數(shù)據(jù)和一天前歸檔日志文件；在存儲(chǔ)上始終保持一份完整的RMAN全備份數(shù)據(jù)和有效的一周內(nèi)歸檔日志文件。[2]

5 機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)綜合利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)等構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，提供的一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、基于集中管理監(jiān)控模式的自動(dòng)化、智能化和高效率的技術(shù)手段，系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象主要是機(jī)房動(dòng)力和環(huán)境設(shè)備等(如：配電、ups、空調(diào)、溫濕度、漏水、煙霧、視頻、門禁、消防系統(tǒng)等)。

我館目前主控機(jī)房180m2UPS四臺(tái)，三臺(tái)10KV和一臺(tái)2KV；有5臺(tái)3P格力空調(diào)；二氧化碳滅火器2對(duì)；煙霧探頭若干，視頻攝像頭1對(duì)。

由于學(xué)校的特殊性，寒暑假尤其是暑假機(jī)房溫度非常重要，考慮到精密空調(diào)價(jià)格高、噪音大等問題，于是在原來格力空調(diào)的基礎(chǔ)上，增加空調(diào)來電重啟控制器 (sAC-2501)。

6 結(jié)束語

雙機(jī)熱備技術(shù)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)技術(shù)、備份技術(shù)及機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等是圖書館保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的支撐技術(shù)，它們相互形成，不可缺少。雙機(jī)容錯(cuò)技術(shù)解決了服務(wù)器故障問題和用戶對(duì)服務(wù)中斷的容忍時(shí)間，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)技術(shù)技術(shù)解決了硬盤故障和數(shù)據(jù)丟失問題，備份技術(shù)解決了系統(tǒng)出現(xiàn)問題后數(shù)據(jù)損壞、丟失時(shí)的恢復(fù)問題，機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提供必要的環(huán)境保障功能。本文在機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)智能化方面未做詳細(xì)的描述，有待進(jìn)一步完善。經(jīng)過兩年多運(yùn)行，證明系統(tǒng)具有高性能、高可用性和高安全可靠性等特性。

[1] 劉新宇，等．雙機(jī)熱備份機(jī)群的可信性建模分析與比較[J]．小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2004(4)：747－751.

[2] 潘傳迪．高可用性醫(yī)院信息系統(tǒng)核心部件的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)[J]．醫(yī)學(xué)信息，2006(5)：768－770.