義煤公司數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

平 璐

（河南能化集團(tuán)義煤公司通訊分公司，河南 義馬472300）

0 引言

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展， 煤礦企業(yè)的信息化建設(shè)也趨于成熟，通過使用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，保證了煤礦控制系統(tǒng)能夠及時(shí)全面的了解煤礦內(nèi)部的各種信息，工作效率大大提高了，但與此同時(shí)，數(shù)據(jù)量增大，煤礦信息化系統(tǒng)服務(wù)器的安全運(yùn)行問題變得日益重要，因此，容災(zāi)備份系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)于保證煤礦業(yè)務(wù)的連續(xù)性上有重要的意義。

容災(zāi)備份是通過在異地建立和維護(hù)一個(gè)備份存儲(chǔ)系統(tǒng)，確保在災(zāi)難發(fā)生后，關(guān)鍵數(shù)據(jù)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)能夠在確定的時(shí)間內(nèi)可以恢復(fù)和繼續(xù)運(yùn)營(yíng)[1-2]。容災(zāi)備份防范的災(zāi)難包括地震、水災(zāi)、火災(zāi)等自然災(zāi)害以及網(wǎng)絡(luò)攻擊、設(shè)備軟硬件故障、人為破壞等無(wú)法預(yù)料的突發(fā)事件[3]。

1 義煤公司容災(zāi)需求分析

義煤公司完成了企業(yè)信息化建設(shè)， 提高了不可再生資源利用率、加大了生產(chǎn)效率、降低人工投入、縮減了成本，增加了公司的效益。 義煤公司信息化建設(shè)主要完成了下面幾個(gè)方面的工作[4]：建立辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、建立財(cái)務(wù)管理平臺(tái)、拓展部分電子商務(wù)平臺(tái)、建立生產(chǎn)安全管控平臺(tái)以及建立信息平臺(tái)。 對(duì)于上述五種主要的方面，反應(yīng)了義馬煤礦信息化建設(shè)中信息流的特點(diǎn)[5]：

（1）數(shù)據(jù)信息來(lái)源多樣。 煤礦中的各種系統(tǒng)，如自動(dòng)控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及人工活動(dòng)的系統(tǒng)等都是信息的來(lái)源。

（2）數(shù)據(jù)信息不集中。 義煤公司有不同的部門、層級(jí)，其各自經(jīng)營(yíng)的側(cè)重點(diǎn)不同，各種業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，所以信息相對(duì)較為分散。

1.1 業(yè)務(wù)子系統(tǒng)信息影響分析

災(zāi)備系統(tǒng)的建設(shè)需要考慮多方面的因素， 如需求與資源的平衡，各個(gè)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)都希望災(zāi)難發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠最大限度的以最短時(shí)間恢復(fù)到災(zāi)難發(fā)生前的情況，子系統(tǒng)內(nèi)無(wú)任何數(shù)據(jù)信息丟失。 但災(zāi)備系統(tǒng)并不是完全的對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的拷貝，它只是作為備份，當(dāng)正在運(yùn)行的子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，它代替子系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，完成子系統(tǒng)的重建和恢復(fù)后，災(zāi)備系統(tǒng)即可停止業(yè)務(wù)處理。所以，應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際的業(yè)務(wù)中各種子系統(tǒng)之間的重要程度，根據(jù)其重要程度，決定是否進(jìn)行災(zāi)備保護(hù)，以及數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)的優(yōu)先順序。

目前義煤公司有著大量的windows 和linux PC 服務(wù)器，運(yùn)行著不同的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信息來(lái)源多樣，數(shù)據(jù)信息分散，但其重要程度不同，以目前的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)分析，義煤公司數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)應(yīng)包含安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、電信收費(fèi)子系統(tǒng)、煤炭銷售子系統(tǒng)以及財(cái)務(wù)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)災(zāi)備。這些服務(wù)器面臨著關(guān)鍵數(shù)據(jù)可能遭到破壞，丟失，業(yè)務(wù)可能中斷運(yùn)行（包括計(jì)算機(jī)病毒感染，黑客攻擊，殺毒軟件誤殺毒，主機(jī)服務(wù)器故障，人為誤操作和蓄意破壞等），將導(dǎo)致整個(gè)業(yè)務(wù)癱瘓，對(duì)公司的影響巨大。

鑒于系統(tǒng)故障很難避免，容災(zāi)備份系統(tǒng)的建立可以在關(guān)鍵程序和應(yīng)用系統(tǒng)在遭到破壞時(shí)能夠快速的恢復(fù)服務(wù)器正常運(yùn)行，所以建立容災(zāi)備份系統(tǒng)勢(shì)在必行。

2 數(shù)據(jù)災(zāi)備策略分析

義煤公司存在著大量的數(shù)據(jù)，合理的分析數(shù)據(jù)災(zāi)備策略有助于確定適合特定企業(yè)的數(shù)據(jù)級(jí)災(zāi)備方案。

2.1 數(shù)據(jù)災(zāi)備模式

數(shù)據(jù)備份分為七種模式[6]，部分模式以實(shí)現(xiàn)方式有SAN（存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)）和NAS（網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)）之分。 衡量數(shù)據(jù)災(zāi)備方案的最基本指標(biāo)是RTO[7-8]（復(fù)原時(shí)間目標(biāo)），指可容許服務(wù)中斷的時(shí)間長(zhǎng)度，以及RPO（復(fù)原點(diǎn)目標(biāo)），指當(dāng)服務(wù)恢復(fù)后，恢復(fù)得來(lái)的數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)時(shí)的間點(diǎn)。 其它指標(biāo)有一次備份對(duì)業(yè)務(wù)的影響以及二次備份對(duì)業(yè)務(wù)的影響。下面就這些指標(biāo)分析每種模式的優(yōu)劣性。

2.1.1 存儲(chǔ)復(fù)制模式

指將某個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備上的信息完全同步到另一個(gè)備份存儲(chǔ)設(shè)備上。主卷和輔助卷位于同一個(gè)存儲(chǔ)磁盤陣列中，數(shù)據(jù)同步在主卷與輔助卷之間進(jìn)行一次備份， 再對(duì)輔助卷通過SAN 進(jìn)行二次備份到備份服務(wù)器，一次備份的速度極快，且對(duì)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)服務(wù)器幾乎無(wú)影響，二次備份使用獨(dú)立的SAN，對(duì)業(yè)務(wù)SAN 也無(wú)影響。 RTO 為數(shù)秒，RPO 為故障前狀態(tài)。

2.1.2 SAN 存儲(chǔ)拷貝模式

存儲(chǔ)設(shè)備與備份服務(wù)器之間使用SAN，拷貝存儲(chǔ)設(shè)備中的完整數(shù)據(jù)到備份設(shè)備， 它與存儲(chǔ)復(fù)制模式的唯一區(qū)別在于使用業(yè)務(wù)的SAN，而不是獨(dú)立的SAN。 所以一次備份速度極快，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)幾乎無(wú)影響。 二次備份對(duì)業(yè)務(wù)的影響較小。 RTO 為數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)不等，RPO為最后備份數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)。

2.1.3 NAS 存儲(chǔ)拷貝模式

與SAN 存儲(chǔ)拷貝的最大不同是它不使用SAN 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而是通過LAN，所以只有在二次備份時(shí)，影響了系統(tǒng)業(yè)務(wù)。 其它指標(biāo)和SAN 存儲(chǔ)拷貝模式相同。

2.1.4 SAN 快照模式

快照是指在某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)，對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備提取磁盤鏡像。 此模式是通過快照進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，二次備份使用業(yè)務(wù)SAN 通信。 一次備份對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)有輕微影響，但二次通信對(duì)業(yè)務(wù)影響較小。 RTO 為數(shù)十小時(shí)以上，RPO 為數(shù)分鐘前。

2.1.5 NAS 快照模式

與SAN 快照模式的最大區(qū)別是它使用LAN， 所以二次備份對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)影響相對(duì)于前者較大。

2.1.6 業(yè)務(wù)服務(wù)器模式

通過業(yè)務(wù)服務(wù)器的資源進(jìn)行備份，雖然此模式使用了SAN 通信，但它直接用于業(yè)務(wù)服務(wù)器，所以一次備份對(duì)業(yè)務(wù)的影響較大，不存在二次備份，一次備份的速度也比較慢。 RTO 為數(shù)十小時(shí)以上，RPO 為最后的備份點(diǎn)。

2.1.7 業(yè)務(wù)LAN 備份模式

與業(yè)務(wù)服務(wù)器模式相比，區(qū)別在于是用LAN 通信，所以一次備份對(duì)業(yè)務(wù)也有較大影響，其它與前者相同。

2.2 數(shù)據(jù)災(zāi)備策略的選擇

對(duì)于數(shù)據(jù)備份本身， 其過程會(huì)產(chǎn)生大量的設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)，因此，合理的選擇災(zāi)備模式，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)正常業(yè)務(wù)的使用，綜合考慮備份速度、對(duì)業(yè)務(wù)的影響，可根據(jù)表1 選擇標(biāo)準(zhǔn)選擇適合的備份策略。

備份方法的確定

備份方法分為完全備份、差異備份、增量備份。完全備份為備份所有數(shù)據(jù)，差異備份只備份與上次備份發(fā)生變化的部分，增量備份是備份上次備份中另外增加的部分。根據(jù)備份處理時(shí)間和RTO 的需求，選擇合適的備份方法。

義煤數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與架構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

對(duì)于任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，以滿足各種需求。依據(jù)義煤公司的實(shí)際情況，數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下幾種原則：

2.3.1 可擴(kuò)展

作為煤礦企業(yè)信息化建設(shè)的重要組成部分，義煤數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要充分考慮其實(shí)用性、先進(jìn)性以及高可擴(kuò)展性，以滿足未來(lái)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的發(fā)展需求。

表1 數(shù)據(jù)災(zāi)備策略選擇標(biāo)準(zhǔn)

表2 備份方法對(duì)比

2.3.2 過渡平穩(wěn)

數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要充分考慮義煤公司現(xiàn)有的各個(gè)子系統(tǒng)的現(xiàn)狀，應(yīng)最大限度的降低對(duì)子系統(tǒng)的影響程度，達(dá)到平穩(wěn)的過渡。

2.3.3 資源利用最大化

數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足需求，能夠?qū)﹃P(guān)鍵業(yè)務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)災(zāi)備，而對(duì)于非核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)以及不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)災(zāi)備的子系統(tǒng)則不啟用災(zāi)備方案，達(dá)到資源利用的最大化。

2.3.4 策略選擇

目前數(shù)據(jù)災(zāi)備的策略有很多種，要選擇滿足義煤公司需求并且合適的策略，要考慮其穩(wěn)定性、先進(jìn)性、可靠性、安全性、以及可拓展。

2.4 數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)架構(gòu)

為了構(gòu)建義煤公司容災(zāi)備份系統(tǒng)， 參考現(xiàn)階段主流的容災(zāi)技術(shù)，提出適用于義煤公司的數(shù)據(jù)容災(zāi)備份系統(tǒng)解決方案。

根據(jù)義煤公司現(xiàn)有重要子系統(tǒng)的不同重要程度，將義煤公司的數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：本地核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)和異地關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)。 整個(gè)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，在義馬本地機(jī)房設(shè)兩臺(tái)IBM3650 服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)平臺(tái)， 再設(shè)華為1724G 交換機(jī)一臺(tái)， 將所保護(hù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器與IBM3650 服務(wù)器組成存儲(chǔ)局域網(wǎng)。 在本地機(jī)房將其中一臺(tái)IBM3650 服務(wù)器通過光纖， 將財(cái)務(wù)系統(tǒng)、煤炭銷售系統(tǒng)的UNIX 服務(wù)器連接，組成SAN 結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)局域網(wǎng)。同時(shí)在孟津機(jī)房增設(shè)一臺(tái)IBM3650 服務(wù)器作為異地容災(zāi)存儲(chǔ)平臺(tái)，兩地相距66km，能夠滿足異地容災(zāi)需求。

圖1 義煤容災(zāi)備份系統(tǒng)架構(gòu)

2.4.1 本地核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)

數(shù)據(jù)備份模式選擇SAN 快照模式，包括財(cái)務(wù)子系統(tǒng)（雙備份）以及煤炭銷售子系統(tǒng)的備份。

選擇一臺(tái)本地機(jī)房的容災(zāi)備份服務(wù)器，通過FC-SAN 與主存儲(chǔ)相連，利用UPS 軟件，將財(cái)務(wù)系統(tǒng)、運(yùn)銷系統(tǒng)的UNIX 主機(jī)的操作系統(tǒng)、配置環(huán)境、在線數(shù)據(jù)提供連續(xù)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的無(wú)縫集中及遷移， 準(zhǔn)備遠(yuǎn)程的多版本傳送。 另一臺(tái)機(jī)房的容災(zāi)備份服務(wù)器連入LAN，在需要保護(hù)的Windows/Linux 服務(wù)器安裝UWS 軟件，為PC 服務(wù)器提供系統(tǒng)到數(shù)據(jù)的全方位保護(hù)和快速恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的無(wú)縫集中及遷移，遠(yuǎn)程的多版本傳送。 數(shù)據(jù)備份的方法選擇完全備份。

該系統(tǒng)是義煤公司對(duì)其核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)災(zāi)備保護(hù)的系統(tǒng)，要求RTO=0，PTO＜=2h。

2.4.2 異地關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)

數(shù)據(jù)備份模式選擇SAN 快照模式，包括對(duì)安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，電信收費(fèi)子系統(tǒng)，煤炭銷售子系統(tǒng)以及財(cái)務(wù)子系統(tǒng)的備份。

利用遠(yuǎn)程鏡像軟件Remote Mirror，通過IP 網(wǎng)絡(luò)（采用的是義煤公司辦公網(wǎng)）， 將保存在UWS、USP 空間的多版本的操作系統(tǒng)、 配置環(huán)境、文件以及數(shù)據(jù)庫(kù)采用同步和異步兩種方式傳送到孟津遠(yuǎn)程容災(zāi)中心相應(yīng)的UWS/USP 存儲(chǔ)設(shè)備上。 由于本地機(jī)房和容災(zāi)中心采用基于版本的同步，故可以方便地隨時(shí)在容災(zāi)中心服務(wù)器的本地盤啟動(dòng)任意版本的應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)乃至全部運(yùn)營(yíng)，容災(zāi)中心的運(yùn)行狀態(tài)不影響本地機(jī)房的運(yùn)營(yíng)，從而構(gòu)成center to center 遠(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)備份方法選擇差異備份。

該系統(tǒng)是義煤公司對(duì)其重要子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異地容災(zāi)保護(hù)，主要用于防范自然災(zāi)害以及人力不可為的導(dǎo)致本地?cái)?shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)。要求RTO 在5 分鐘之內(nèi)，而對(duì)于RTO，不做具體要求，但盡可能的短。

2.5 測(cè)試結(jié)果

（1）UWS 利用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)、光盤引導(dǎo)等模式實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)，Linux 系統(tǒng)因?yàn)橐龃疟P檢查， 數(shù)據(jù)稍大的服務(wù)器在半個(gè)小時(shí)內(nèi)可以完成，數(shù)據(jù)少的可以更快一些，Windows 系統(tǒng)比平常啟動(dòng)慢兩到三分鐘就可以到登錄界面，而UNIX 系統(tǒng)也可以達(dá)到和Windows 系統(tǒng)相等的時(shí)間。

（2）UPS 利用Volume Mirro 機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接切換， 都可以做到3 分鐘內(nèi)完成啟動(dòng)。

3 結(jié)論

企業(yè)信息化建設(shè)對(duì)于企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，保障信息安全更是重中之重。 為了保障企業(yè)的業(yè)務(wù)正常運(yùn)行，本文著重分析了數(shù)據(jù)層面的備份設(shè)計(jì)模式，結(jié)合義煤公司的實(shí)例，介紹了企業(yè)容災(zāi)備份系統(tǒng)解決方案，為企業(yè)信息化建設(shè)提供了參考案例。

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