數(shù)字化校園備份與容災(zāi)方案探索

游俊慧

摘 要 隨著高校數(shù)字化校園的廣泛應(yīng)用，保障數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)安全變得尤為重要。本文通過(guò)分析數(shù)字化校園對(duì)數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)的需求，初步制定了備份策略并設(shè)計(jì)了基本的容災(zāi)方案，為日后實(shí)施具體的容災(zāi)備份指明了方向。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化校園 備份 容災(zāi)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Exploration of Data Backup and Disaster Recovery in Digital Campus

YOU Junhui

（Department of Information Engineering， Guangzhou Institute of Technology， Guangzhou， Guangdong 510925）

Abstract With the widely use of digital campus in colleges， ensuring the data security of data center becomes especially important. To lay a foundation for the specific implementation of data backup and disaster recovery in the future， this paper analyzes the requirement for data backup and disaster recovery of digital campus， constitute the preliminary backup strategy and design the basic plan of disaster recovery.

Key words digital campus； backup； disaster recovery

0 引言

近年來(lái)，隨著高校信息化建設(shè)的不斷深入，各種維持高校日常教學(xué)管理、學(xué)生管理、行政管理等正常工作的信息管理系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，并逐漸形成公共數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，①由高校的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的集中度及龐大的數(shù)據(jù)量使數(shù)字化校園建設(shè)面臨著數(shù)據(jù)安全要求高、數(shù)據(jù)管理難度高、系統(tǒng)維護(hù)成本高等各方面壓力。而目前許多高校的數(shù)據(jù)中心仍存在一些硬件平臺(tái)相互獨(dú)立、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、存儲(chǔ)管理軟件功能不完善等缺陷，②這進(jìn)一步增加了管理海量數(shù)據(jù)的難度和數(shù)據(jù)的運(yùn)維成本，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備讀寫(xiě)性能低下，存儲(chǔ)服務(wù)器的可擴(kuò)充性和兼容性差，數(shù)據(jù)可靠性低，不利于數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等問(wèn)題。針對(duì)這一系列問(wèn)題，需要提出一套與之相適應(yīng)的數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)方案予以解決。

1 備份與容災(zāi)應(yīng)用需求

校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著數(shù)據(jù)構(gòu)建、保存、更新、集成、分發(fā)、共享的任務(wù)，同時(shí)提供容災(zāi)、備份等信息服務(wù)。③而數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸涉及的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜，構(gòu)成數(shù)字化校園信息平臺(tái)的教學(xué)系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、圖書(shū)館管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)共享難度大，信息存儲(chǔ)分散在多個(gè)服務(wù)器上，存儲(chǔ)資源浪費(fèi)很大。這就要求數(shù)據(jù)中心具備較高的數(shù)據(jù)安全性、高可管理性、良好的可擴(kuò)展性以及數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的連續(xù)性。

1.1 安全性需求

從數(shù)據(jù)管理的角度看，小至人為誤操作導(dǎo)致的系統(tǒng)破壞及數(shù)據(jù)丟失，大至自然因素導(dǎo)致的火災(zāi)、地震、水災(zāi)等突發(fā)事件，都會(huì)使數(shù)字化校園的數(shù)據(jù)安全受到威脅。④這就要求備份與容災(zāi)系統(tǒng)具備穩(wěn)定的性能和良好的安全性，要能保證當(dāng)意發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)啟動(dòng)備用的存儲(chǔ)系統(tǒng)，以保證整體系統(tǒng)能夠繼續(xù)平穩(wěn)、正常運(yùn)行；另外，需要制定嚴(yán)密的數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)方案，作為系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)恢復(fù)業(yè)務(wù)能持續(xù)運(yùn)行的保障。

數(shù)據(jù)安全的威脅主要來(lái)源于硬件故障、軟件故障、人為操作失誤、惡意刪改、自然災(zāi)害等。

針對(duì)硬件故障，一種主要的解決方案是廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks， RAID）。RAID是一種通過(guò)邏輯或物理的方法將多個(gè)硬盤(pán)組建成一個(gè)新的邏輯陣列盤(pán)，將數(shù)據(jù)分散地儲(chǔ)存在不同的磁盤(pán)中，存取數(shù)據(jù)時(shí)，陣列中的相關(guān)磁盤(pán)一起動(dòng)作，以大幅減低數(shù)據(jù)的存取時(shí)間，同時(shí)獲得更佳的空間利用率的技術(shù)。⑤該技術(shù)有多種級(jí)別，其中最常用的是RAID1（磁盤(pán)鏡像）和RAID5（帶分布式校驗(yàn)塊的獨(dú)立磁盤(pán)陣列）。RAID1的每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的鏡像盤(pán)，對(duì)任何一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入都會(huì)被復(fù)制到鏡像盤(pán)中，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤(pán)中的任何一個(gè)磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)。RAID1的讀性能好，可靠性很高，但由于其物理磁盤(pán)空間是邏輯空間的兩倍，其成本也是磁盤(pán)陣列中最昂貴的一種。RAID5是在同一陣列所有磁盤(pán)上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)信息，每塊磁盤(pán)上的校驗(yàn)信息由其他幾塊磁盤(pán)上對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊計(jì)算得出。因此，如果一塊磁盤(pán)失效，其他盤(pán)上的校驗(yàn)信息和數(shù)據(jù)即可經(jīng)過(guò)計(jì)算重新產(chǎn)生失效盤(pán)上的數(shù)據(jù)，這樣既提高了數(shù)據(jù)安全性，又避免了單位成本過(guò)高的問(wèn)題。

針對(duì)軟件故障、操作失誤及惡意刪改等軟故障，一般采取結(jié)合數(shù)據(jù)備份恢復(fù)軟件，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份計(jì)劃和恢復(fù)方案的解決辦法。在數(shù)據(jù)正常時(shí)做好有計(jì)劃的備份，記錄下當(dāng)前數(shù)據(jù)的狀態(tài)，當(dāng)軟故障引起數(shù)據(jù)丟失時(shí)，即可借助數(shù)據(jù)恢復(fù)方案把數(shù)據(jù)恢復(fù)到最近一次的備份，最大程度地減少數(shù)據(jù)的丟失，保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

1.2 可管理性需求

要求整套數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)方案能夠提供人性化的可操作界面，以便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控、管理和維護(hù)。同時(shí)，由于存儲(chǔ)設(shè)備多且位置分散，要求系統(tǒng)的管理功能能夠輕易地對(duì)分散在各處的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行管理。

1.3 可擴(kuò)展性需求

要求整套存儲(chǔ)備份系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)平滑地接入新的系統(tǒng)，同時(shí)不增加服務(wù)器和局域網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，具備靈活的升級(jí)能力和良好的可擴(kuò)展性。endprint

1.4 數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)連續(xù)性需求

所設(shè)計(jì)的方案應(yīng)滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硥K板卡或連接線(xiàn)路故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可訪(fǎng)問(wèn)，在經(jīng)費(fèi)允許的情況下，應(yīng)盡可能地減少系統(tǒng)的單點(diǎn)故障，最大限度地保障應(yīng)用服務(wù)器對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的連續(xù)性。

2 備份策略的制定

備份策略是指確定需備份的內(nèi)容、備份時(shí)間以及備份方式。備份策略關(guān)系到數(shù)據(jù)的完整性、安全性、可靠性和有效性，并在系統(tǒng)軟硬件發(fā)生任何故障時(shí)可以快速恢復(fù)數(shù)據(jù)。⑥一個(gè)完整的備份策略是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和備份系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)備份問(wèn)題進(jìn)行分析，最終決策形成的一個(gè)詳細(xì)的備份內(nèi)容分解機(jī)對(duì)應(yīng)的備份調(diào)度計(jì)劃，用以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

2.1 備份方式的選擇

目前采用的備份方式主要有以下3種：

完全備份：即對(duì)現(xiàn)有的所有文件都進(jìn)行備份。其優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)數(shù)據(jù)遭到破壞或丟失時(shí)，只要使用災(zāi)難發(fā)生前一天的備份磁帶即可恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)（假設(shè)備份介質(zhì)為磁帶，且每天使用一盤(pán)磁帶進(jìn)行備份）。但如果每天都采用這種方式進(jìn)行備份，其數(shù)據(jù)量之大可想而知，而且需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和服務(wù)器資源乃至網(wǎng)絡(luò)資源。

增量備份：這種備份方式通常與完全備份結(jié)合使用。假設(shè)管理員在周日進(jìn)行一次完全備份，在接下來(lái)的六天中每天都只對(duì)與前一天相比新增的或修改過(guò)的文件進(jìn)行備份。這種備份方式既節(jié)省了存儲(chǔ)設(shè)備的空間又大大縮短了備份處理時(shí)間。然而，一旦災(zāi)難發(fā)生，這種備份方式就會(huì)明顯暴露出兩大缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)恢復(fù)操作繁瑣和備份可靠性低。同樣設(shè)每天備份都需要用到一盤(pán)磁帶，假設(shè)周四早上系統(tǒng)發(fā)生故障造成大量數(shù)據(jù)丟失，那么數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)就需要用到周日完全備份的磁帶以恢復(fù)周日及之前的數(shù)據(jù)，除此之外還需用到接下來(lái)的周一、周二、周三晚上進(jìn)行增量備份的3個(gè)磁帶，分別用于恢復(fù)周一、周二、周三新增的或被修改過(guò)的數(shù)據(jù)，災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間離完全備份的時(shí)間越遠(yuǎn)恢復(fù)起來(lái)就越麻煩，用到的磁帶和恢復(fù)操作就越多。

差異備份：這種備份方式也通常與完全備份結(jié)合使用。同樣假設(shè)管理員在周日進(jìn)行一次完全備份，但與增量備份所不同的是，在接下來(lái)的六天中每天都只對(duì)與周日相比新增的或修改過(guò)的文件進(jìn)行備份。這種備份方式與增量備份相比，同樣也無(wú)需每日進(jìn)行完全備份，能夠大大節(jié)省備份的時(shí)間和存儲(chǔ)設(shè)備空間，而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)避免了增量備份方式帶來(lái)的操作繁瑣，只需使用最近一次完全備份和最近一次差異備份的磁帶就能進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，所需的磁帶少，且可靠性更高。

在實(shí)際應(yīng)用中，備份策略通常采用完全備份+增量備份或完全備份+差異備份的結(jié)合形式，鑒于上面提及的增量備份的缺點(diǎn)，建議選擇后者的結(jié)合形式。

2.2 備份策略實(shí)施關(guān)鍵

備份策略具體應(yīng)如何實(shí)施需與不同服務(wù)器的功能及其所存數(shù)據(jù)的用途和重要性相結(jié)合來(lái)進(jìn)行安排。在進(jìn)行具體實(shí)施時(shí)，需注意以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先，由于數(shù)據(jù)量大，使用網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)無(wú)可避免，但也不能完全依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)，尤其對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)而言，必需采用至少兩種備份方法，比如除了借助網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)進(jìn)行備份之外，還可采用操作系統(tǒng)備份方法作為軟件備份的補(bǔ)充，這樣即使網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)運(yùn)作失效也可保證當(dāng)日有一份備份成功。其次，備份時(shí)不要只備份到磁帶，而應(yīng)先備份到硬盤(pán)，再備份到磁帶。數(shù)字化校園中某些重要系統(tǒng)如OA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行備份和恢復(fù)，要求取得較短的恢復(fù)時(shí)間。由于磁帶是脫機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰時(shí)，若從磁帶恢復(fù)數(shù)據(jù)到硬盤(pán)需要較長(zhǎng)的傳輸時(shí)間，但如果備份時(shí)先備份到硬盤(pán)再備份到磁帶，那么當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰時(shí)就可以直接使用硬盤(pán)中的備份進(jìn)行恢復(fù)，節(jié)省了數(shù)據(jù)從磁帶讀入到硬盤(pán)的時(shí)間，從而減少了平均恢復(fù)時(shí)間。再者，應(yīng)考慮定期把關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到異地，以確保本地服務(wù)器遇到災(zāi)難性事件后本地關(guān)鍵數(shù)據(jù)能得以恢復(fù)。

3 容災(zāi)方案初步設(shè)計(jì)

由于我校建有多個(gè)校區(qū)，為應(yīng)對(duì)不可抗力災(zāi)難情況發(fā)生，除了需要進(jìn)行常規(guī)的本地備份之外，還需進(jìn)行異地災(zāi)難備份。為實(shí)現(xiàn)主校區(qū)和分校區(qū)間的數(shù)據(jù)級(jí)容災(zāi)，可將主存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)置在數(shù)據(jù)中心所在校區(qū)，備份存儲(chǔ)系統(tǒng)放置在另一校區(qū)。

根據(jù)我校數(shù)字化校園建設(shè)現(xiàn)狀及要求，初步建議數(shù)據(jù)中心配置一臺(tái)在線(xiàn)主存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中配備一套虛擬化數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。而容災(zāi)中心的備份存儲(chǔ)系統(tǒng)中設(shè)置一套虛擬化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

為保證對(duì)在線(xiàn)存儲(chǔ)中重要數(shù)據(jù)的容災(zāi)，利用該虛擬化數(shù)據(jù)管理平臺(tái)中的遠(yuǎn)程復(fù)制模塊將現(xiàn)有存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)按照事先設(shè)定的策略通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程容災(zāi)存儲(chǔ)系統(tǒng)的存儲(chǔ)池中。每次數(shù)據(jù)復(fù)制只復(fù)制上一次復(fù)制后的變量數(shù)據(jù)，以降低網(wǎng)絡(luò)帶寬占用量。由于數(shù)據(jù)直接通過(guò)虛擬化平臺(tái)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程，中途無(wú)需經(jīng)過(guò)任何應(yīng)用服務(wù)器，因此可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)制過(guò)程中對(duì)應(yīng)用服務(wù)器的零干擾。

為主存儲(chǔ)系統(tǒng)和備份存儲(chǔ)系統(tǒng)配備時(shí)間點(diǎn)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)功能，對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)備份，保存數(shù)據(jù)在不同時(shí)間點(diǎn)的多個(gè)備份版本。一旦數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)系統(tǒng)遭受災(zāi)難時(shí)，即可對(duì)不同備份版本的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，最終把數(shù)據(jù)恢復(fù)到離災(zāi)難發(fā)生之前最近的時(shí)間點(diǎn)。

以上采用的主備存儲(chǔ)方式理論上可支持各校區(qū)服務(wù)器的共同使用，遇到災(zāi)難可以快速恢復(fù)業(yè)務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上所提出的備份與容災(zāi)方案僅為初步方案，理論上能夠滿(mǎn)足我院數(shù)字化校園對(duì)容災(zāi)備份的基本要求，可為日后的容災(zāi)方案詳細(xì)設(shè)計(jì)及軟硬件設(shè)備的選擇提供參考方向。

注釋

① 左鋒，宋艷.數(shù)字化校園數(shù)據(jù)備份體系建設(shè)探索[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2012（20）：51-53.

② 汪宏偉.基于SAN的高可靠性校園網(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].情報(bào)探索，2006（2）：54-56.

③ 吝春妮.數(shù)字化校園中數(shù)據(jù)中心建設(shè)與數(shù)據(jù)庫(kù)安全[J].軟件導(dǎo)刊，2011（4）：163-165.

④ 徐震.數(shù)字檔案館數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)方案的規(guī)劃[J].蘭臺(tái)世界（理論版），2006（9）：21-22.

⑤ 何歡，何倩等.數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

⑥ 魏評(píng).高等學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)備份策略及其實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008（20）：317-319.endprint