基于SAN存儲(chǔ)的容災(zāi)備份系統(tǒng)

劉小斌

（中國(guó)石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

隨著時(shí)代的發(fā)展，信息化的進(jìn)程也越來越快，企業(yè)的運(yùn)作需要大量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，大量的數(shù)據(jù)隨之產(chǎn)生。數(shù)據(jù)影響著企業(yè)的生存和發(fā)展，是企業(yè)寶貴的無形資產(chǎn)。各行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的依賴日益強(qiáng)烈，如果數(shù)據(jù)一旦因?yàn)閼?yīng)用服務(wù)器受到入侵，數(shù)據(jù)被篡改，或是存儲(chǔ)服務(wù)器因?yàn)閿嚯娀蛘咦匀粸?zāi)害導(dǎo)致系統(tǒng)不正常關(guān)機(jī)或發(fā)生宕機(jī)引起數(shù)據(jù)的丟失，都會(huì)給企業(yè)和用戶帶來巨大的損失。如何能保證系統(tǒng)7×24平穩(wěn)可靠的運(yùn)行，使得服務(wù)器存儲(chǔ)的信息能夠有效保存和被利用，并能預(yù)防各種突發(fā)性事件，已成為各行各業(yè)關(guān)注的話題。容災(zāi)技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，如何建立一套高可用的容災(zāi)備份系統(tǒng)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)容災(zāi)的首要問題。

1 容災(zāi)的關(guān)鍵技術(shù)

容災(zāi)是一個(gè)廣泛的概念，就是在災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候，保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)盡量少丟失，從而保持系統(tǒng)業(yè)務(wù)不間斷地運(yùn)行。它是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要利用技術(shù)手段、管理方法和相關(guān)資源確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)在發(fā)生災(zāi)難后可以恢復(fù)并能繼續(xù)運(yùn)行。從廣義上看，所有提高系統(tǒng)高可信的努力都可稱之為容災(zāi)。從狹義上講，容災(zāi)是通過建立和維護(hù)一個(gè)備份存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用物理上的分離來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)對(duì)災(zāi)難的抵御能力［1］。

一般來說，一個(gè)容災(zāi)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)容災(zāi)和應(yīng)用容災(zāi)可以采用不同的技術(shù)。所謂數(shù)據(jù)容災(zāi)，就是建立一個(gè)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，在災(zāi)難發(fā)生后確保原有的數(shù)據(jù)不丟失或者遭到破壞。應(yīng)用容災(zāi)系統(tǒng)建立在數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)之上，建立一套完整的與生產(chǎn)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膽?yīng)用系統(tǒng)，盡可能減少災(zāi)難帶來的損失，讓用戶感覺不到災(zāi)難發(fā)生。

數(shù)據(jù)容災(zāi)不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)備份或者數(shù)據(jù)復(fù)制，但數(shù)據(jù)備份是容災(zāi)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)復(fù)制是容災(zāi)的一種技術(shù)。數(shù)據(jù)備份的目的是在災(zāi)難發(fā)生時(shí)能夠快速地恢復(fù)數(shù)據(jù)，并能全面及時(shí)地恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)。在建立容災(zāi)備份系統(tǒng)時(shí)會(huì)涉及到多種技術(shù)，如數(shù)據(jù)備份技術(shù)、數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)、遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)、快照技術(shù)等。其中數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)又分為。同步數(shù)據(jù)復(fù)制、異步數(shù)據(jù)復(fù)制。應(yīng)用容災(zāi)包括集群技術(shù)、災(zāi)難檢測(cè)技術(shù)、系統(tǒng)遷移技術(shù)和系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)等。

2 數(shù)據(jù)容災(zāi)

所謂數(shù)據(jù)備份技術(shù)，就是讓數(shù)據(jù)能以某種特定的格式加以保留，以便在系統(tǒng)遭受災(zāi)害時(shí)能重新加以利用的一個(gè)過程。其目的就是為了使數(shù)據(jù)能重新利用，換句話說，數(shù)據(jù)備份的核心是能使數(shù)據(jù)恢復(fù)，一個(gè)無法恢復(fù)的數(shù)據(jù)備份是毫無意義的，也不能達(dá)到容災(zāi)的要求。數(shù)據(jù)備份有4種策略：完全備份、增量備份、差異備份和即時(shí)備份。為了確保備份的數(shù)據(jù)具有完整性，數(shù)據(jù)備份又分為冷備份和熱備份。冷備份又稱為離線備份，當(dāng)執(zhí)行備份操作時(shí)，服務(wù)器將不能接受來自用戶和應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的更新。熱備份也稱在線備份，即同步數(shù)據(jù)備份。它是在用戶和應(yīng)用正在更新數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)也可以進(jìn)行備份［2］。

和數(shù)據(jù)備份相比，數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)則是通過將生產(chǎn)數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)存儲(chǔ)備份系統(tǒng)中，這個(gè)存儲(chǔ)備份系統(tǒng)可以是本地的，也可以是異地的，從而保證在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不丟失或丟失量最少。數(shù)據(jù)復(fù)制可以分成同步數(shù)據(jù)復(fù)制和異步數(shù)據(jù)復(fù)制。同步數(shù)據(jù)復(fù)制就是將本地生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以同步的方式復(fù)制到備份系統(tǒng)中。由于發(fā)生在生產(chǎn)系統(tǒng)的每一次I/O操作都需要等待遠(yuǎn)程復(fù)制完成才能返回，這種復(fù)制方式雖然可以做到數(shù)據(jù)的零丟失，但是對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響。異步數(shù)據(jù)復(fù)制則是將本地生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在后臺(tái)異步地復(fù)制到備份系統(tǒng)中。這種復(fù)制方式會(huì)有少量的數(shù)據(jù)丟失，但是對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的性能影響較小。

3 應(yīng)用容災(zāi)

應(yīng)用容災(zāi)是建立在數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)上的，是在備份端建立一套與生產(chǎn)系統(tǒng)完全一致的備份應(yīng)用系統(tǒng)，建立這樣一個(gè)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，不僅需要一份可用的數(shù)據(jù)備份，還要有包括網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、應(yīng)用等資源。數(shù)據(jù)容災(zāi)是應(yīng)用容災(zāi)的基礎(chǔ)，應(yīng)用容災(zāi)是數(shù)據(jù)容災(zāi)的目標(biāo)。集群系統(tǒng)是一套冗余的高可用性系統(tǒng)，運(yùn)行用來檢測(cè)集群系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的高可靠性軟件。當(dāng)集群中的某臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障，該軟件會(huì)自動(dòng)將設(shè)定的服務(wù)轉(zhuǎn)到另一臺(tái)服務(wù)器上，當(dāng)這臺(tái)服務(wù)器恢復(fù)正常后，軟件還會(huì)將原來的服務(wù)分配給改服務(wù)器運(yùn)行，讓使用用戶感覺不到服務(wù)器的切換，認(rèn)為對(duì)外提供的服務(wù)始終是由一臺(tái)服務(wù)器來完成的。

4 容災(zāi)方案設(shè)計(jì)

遼河油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)存放的是遼河油田開發(fā)建設(shè)40多年來積累的靜態(tài)資料，這些資料種類繁多且電子化耗時(shí)耗力，十分珍貴。遼河油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)提供瀏覽、查詢等功能，可以通過瀏覽器查詢到各類靜態(tài)資料和科研成果資料。靜態(tài)數(shù)據(jù)也是地質(zhì)研究工作和油藏評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)，科研人員在使用靜態(tài)資料進(jìn)行科研生產(chǎn)研究也會(huì)產(chǎn)生一些珍貴的成果資料，這些資料都存儲(chǔ)在靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，遼河油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的平穩(wěn)運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)油田的井位部署和新老區(qū)調(diào)驅(qū)上產(chǎn)等工作的順利開展，顯得尤為重要。

由于遼河油田靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)底層數(shù)據(jù)庫(kù)是基于Oracle的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此我們采用了Oracle的RAC數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Real Application Clusters，實(shí)時(shí)應(yīng)用集群）。Oracle RAC能使多臺(tái)服務(wù)器同時(shí)訪問同一個(gè)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣可以避免由于一臺(tái)服務(wù)器的宕機(jī)時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)不能訪問，具有高可用性，同時(shí)也可以進(jìn)行并行運(yùn)算和負(fù)載均衡，保證前端應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行。Oracle RAC具有很好的可伸縮性，可以根據(jù)需要添加或減少節(jié)點(diǎn)［3］。

圖1 T4的連接圖

Oracle RAC集群實(shí)質(zhì)是讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)訪問同一個(gè)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行一個(gè)實(shí)例，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在共享磁盤上。共享存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)機(jī)制可以使用裸設(shè)備、Oracle集群文件系統(tǒng)（OCFS）、自動(dòng)存儲(chǔ)管理（ASM）或網(wǎng)絡(luò)區(qū)域存儲(chǔ)（NAS）、SAN 存儲(chǔ)。我們使用Oracle的Clusterware集群軟件，部署了4臺(tái)基于InfiniBand交換機(jī)互聯(lián)的T4服務(wù)器作為Oracle的服務(wù)器來使用（參見圖1）。InfiniBand是集合了業(yè)界的努力而開發(fā)出來的，能夠替代 PCI總線的新標(biāo)準(zhǔn)，它是由 Intel、Microsoft、IBM、HP 等 7 家公司牽頭，共同研發(fā)的高速先進(jìn)的I/O標(biāo)準(zhǔn)。InfiniBand交換機(jī)廣泛應(yīng)用于高性能服務(wù)器領(lǐng)域，該互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬，低延時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，是目前全球帶寬最高的高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。使用InfiniBand交換機(jī)，可以很好地保證4節(jié)點(diǎn)的Oracle RAC集群高可用性。

圖2 存儲(chǔ)連接圖

對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，我們采用HDS VSP存儲(chǔ)（參見圖2）它是HDS的一款高性能、高可靠性的高端存儲(chǔ)系統(tǒng)，適用于所有的數(shù)據(jù)類型，并能具有3D可擴(kuò)展性。通過在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝HDS提供的Dynamic Link Manager軟件（多路徑管理軟件），可以識(shí)別存儲(chǔ)共享的磁盤。HDLM提供主機(jī)到存儲(chǔ)系統(tǒng)的I/O通道負(fù)載平衡和故障切換功能。HDLM對(duì)數(shù)據(jù)通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)每個(gè)通道的狀態(tài)；當(dāng)有任何一個(gè)通道發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)將I/O切換到其他健康的通道上，保證了業(yè)務(wù)7×24不間斷地運(yùn)行，增強(qiáng)了主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可用性。當(dāng)故障通道修復(fù)或替換完畢后，可在線激活，重新開始工作。TrueCopy同步數(shù)據(jù)容災(zāi)解決方案是HDS結(jié)合智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的特點(diǎn)推出的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程容災(zāi)解決方案（參見圖3）。它是基于磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的軟件包，不依賴任何的主機(jī)操作系統(tǒng)和其他第三方廠商軟件，為用戶提供了最安全、最開放、最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的容災(zāi)解決方案。TrueCopy采用獨(dú)立于主機(jī)與應(yīng)用的基于邏輯單元級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)備份，可靠地在另一地點(diǎn)對(duì)用戶重要數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像并進(jìn)行持續(xù)的在線更新。在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，TrueCopy會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施無縫保護(hù)，免除了一系列煩瑣的手工磁盤恢復(fù)的過程。TrueCopy相比于傳統(tǒng)的手工恢復(fù)步驟，將災(zāi)難恢復(fù)的時(shí)間大大減小。

圖3 TrueCopy示意圖

兩臺(tái)HDS VSP之間通說光纖線直連，通過在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中布置一臺(tái)控制主機(jī)（CCI主機(jī)），控制兩臺(tái)存儲(chǔ)之間的同步關(guān)系，CCI主機(jī)只需發(fā)給主存儲(chǔ)一次命令，即可執(zhí)行實(shí)時(shí)在線同步。

5 總結(jié)

本文介紹了容災(zāi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，搭建了一套適合本業(yè)務(wù)的容災(zāi)備份系統(tǒng)。容災(zāi)備份系統(tǒng)的建立，提供了一套可靠的數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境，降低了災(zāi)難發(fā)生時(shí)對(duì)企業(yè)帶來的損失，提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

［1］ 陳汶濱，呂曼曼，劉義軍.容災(zāi)備份系統(tǒng)研究［J］.計(jì)算機(jī)安全，2009（7）.

［2］ 劉艷.SAN環(huán)境下數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶：重慶大學(xué)，2008.

［3］ 李智賢.ORACLE RAC集群在自動(dòng)化設(shè)備管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2010（5）.