業(yè)務(wù)系統(tǒng)異地容災(zāi)備份關(guān)鍵技術(shù)

郭斌

摘要：業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容災(zāi)備份是非常重要的需求，尤其是在與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，必須要盡力提升服務(wù)的可用性和可靠性，業(yè)界的相關(guān)技術(shù)也在不斷的演進(jìn)與革新。本文探討了容災(zāi)備份技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀及局限性，并著重闡述了通過異地容災(zāi)備份技術(shù)確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)持續(xù)可用、數(shù)據(jù)可靠的技術(shù)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：異地容災(zāi)備份；兩地三中心；分布式

1引言

信息化的飛速發(fā)展不斷地提升社會的生產(chǎn)效率并改善人們的生活方式，尤其是通訊、金融、安全、交通、互聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵領(lǐng)域的各種信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，必須有足夠的手段去確保其服務(wù)的可用性和可靠性。災(zāi)害事件造成業(yè)務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中斷、供電異常、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備損壞等，不僅給人們的生產(chǎn)生活帶來干擾，也給不少企業(yè)和單位的業(yè)務(wù)開展帶來沉重的打擊，因此需要容災(zāi)備份技術(shù)方法，更穩(wěn)妥的保障其可用性和可靠性。

2容災(zāi)備份技術(shù)現(xiàn)狀及局限性

容災(zāi)備份技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)多個階段，每一次技術(shù)革新都解決了前一代的某些局限性，體現(xiàn)了業(yè)界技術(shù)水平的提升和用戶預(yù)期的提高。

2.1冷備份技術(shù)

冷備份即業(yè)務(wù)系統(tǒng)定期或定量的把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出并備份到某種離線存儲介質(zhì)上。如業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)丟失，可通過之前備份的數(shù)據(jù)將業(yè)務(wù)系統(tǒng)恢復(fù)到近期的某個狀態(tài)。冷備份的技術(shù)局限性在于，最近一次備份完成后至在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變更是無法挽救的，且在數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中，在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)是中斷的。

2.2RAID技術(shù)

RAID（Redundant Array of Independent Disks）技術(shù)即業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存在由多塊磁盤組成的具有冗余性的陣列中，某塊磁盤損壞后，數(shù)據(jù)仍然可用，不影響上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀寫訪問。RAID通常可配置為RAID1，RAID5，RAID6等模式，寫數(shù)據(jù)時通過一定的規(guī)則額外保存冗余的副本或校驗，用于故障后的恢復(fù)。專用的RAID磁盤陣列產(chǎn)品通常配置了雙電源和雙控制器，數(shù)據(jù)的可靠性和可用性有極大的保障，但基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體的可靠性和可用性還需要其他機(jī)制來保障。

2.3雙機(jī)熱備份技術(shù)

雙機(jī)熱備份技術(shù)，即兩臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器互為“主機(jī)”和“備機(jī)”，通過雙機(jī)軟件來管理。在同一時刻，只有做主機(jī)的服務(wù)器對外提供服務(wù)，當(dāng)主機(jī)故障時，雙機(jī)軟件負(fù)責(zé)進(jìn)行主機(jī)和備機(jī)的身份切換，之前的備機(jī)立刻切換為主機(jī)并提供服務(wù)。雙機(jī)熱備份技術(shù)中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通常由共享的磁盤陣列存儲，當(dāng)備機(jī)切換為主機(jī)時，直接使用該磁盤陣列上的數(shù)據(jù)提供服務(wù)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的雙機(jī)熱備份技術(shù)是現(xiàn)階段廣泛使用的一種應(yīng)用模式，其局限性在于：性能方面無法橫向的線性擴(kuò)展；備機(jī)不能對外提供服務(wù)，其配備的計算能力長期閑置；安全性方面，雖然數(shù)據(jù)有冗余，但整個陣列仍然容易成為一個單點故障點。

2.4分布式多副本技術(shù)

分布式多副本技術(shù)中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)由多臺服務(wù)器節(jié)點組成一個集群。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集通常被分割為多個分區(qū)，每個分區(qū)有一個主副本和多個從副本，這些分區(qū)的各數(shù)據(jù)副本根據(jù)一定規(guī)則分布在集群中不同的服務(wù)器節(jié)點上，這些服務(wù)器有各自獨立的存儲。寫數(shù)據(jù)時通常會先在某個分區(qū)的主副本上寫入，然后相繼更新該分區(qū)所有副本上的數(shù)據(jù)，并確保副本間的數(shù)據(jù)一致性。當(dāng)某分區(qū)的主副本故障時，系統(tǒng)會立刻選舉某個從副本承擔(dān)主副本的角色，無縫的提供不間斷的服務(wù)；當(dāng)故障節(jié)點恢復(fù)正常后，其數(shù)據(jù)會在有限的時間內(nèi)與其他副本上的最新數(shù)據(jù)保持同步。此技術(shù)架構(gòu)下，集群可以橫向線性擴(kuò)展，并且在一定場景下從副本也可提供數(shù)據(jù)的只讀服務(wù)，計算資源利用率有提升。但其局限性在于，因為總體上要保存多份數(shù)據(jù)，存儲資源利用率較低。

2.5分布式糾刪碼技術(shù)

分布式糾刪碼（Erasure Coding，EC）技術(shù)本質(zhì)上是通過數(shù)學(xué)運算，用計算資源去交換存儲資源的一種時空權(quán)衡。糾刪碼首先針對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分片（例如分為m片），然后基于這些分片數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣運算，編碼生成若干備份數(shù)據(jù)分片（例如n片），最后將原始數(shù)據(jù)分片和備份數(shù)據(jù)分片分別寫入分布式系統(tǒng)中的不同節(jié)點。數(shù)據(jù)恢復(fù)是編碼的逆運算，在m+n片中取任意m片數(shù)據(jù)，即可恢復(fù)出完整的原始數(shù)據(jù)。糾刪碼技術(shù)有效克服了多副本技術(shù)中存儲資源利用率低的問題。

3異地容災(zāi)備份關(guān)鍵技術(shù)

綜上所述，容災(zāi)備份技術(shù)發(fā)展過程中不斷提升系統(tǒng)的可靠性和可用性，但仍然難以應(yīng)對區(qū)域性的災(zāi)害，如大面積停電、斷網(wǎng)等情況。因此對非常關(guān)鍵的業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，跨地域的容災(zāi)備份是非常必要的。

3.1同集群同城部署

同集群部署可以運用在同城多數(shù)據(jù)中心的異地容災(zāi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中?；谇笆龅姆植际蕉喔北炯夹g(shù)，將同一個集群各個數(shù)據(jù)分區(qū)的多個副本分布到不同的數(shù)據(jù)中心（相當(dāng)于把單個集群“拉遠(yuǎn)”）。同城的數(shù)據(jù)中心間使用高速的網(wǎng)絡(luò)專線連接，確保盡可能低的網(wǎng)絡(luò)延遲和足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬。當(dāng)某個數(shù)據(jù)中心失聯(lián)時，業(yè)務(wù)系統(tǒng)仍然有正常服務(wù)的能力。

3.2多集群異地部署

多集群異地的部署方式能夠更大程度上保障系統(tǒng)的可靠性和可用性，比如“兩地三中心”的方式，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)總體部署于同城兩個數(shù)據(jù)中心，加上異地一個數(shù)據(jù)中心。同城兩數(shù)據(jù)中心可以是同一個集群，也可以是兩個獨立的集群，同城兩個數(shù)據(jù)中心間實時或準(zhǔn)實時的同步數(shù)據(jù)，當(dāng)其中一個數(shù)據(jù)中心失聯(lián)時，其服務(wù)優(yōu)先由同城另一個數(shù)據(jù)中心承擔(dān)。如果業(yè)務(wù)系統(tǒng)在同城的兩個數(shù)據(jù)中心都可以同時提供服務(wù)（而不只是在另一個失聯(lián)時才承擔(dān)工作），這時可以叫做“同城雙活”模式。處于異地的數(shù)據(jù)中心因為距離較遠(yuǎn)，與其他兩個數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬都得不到保障，因此只能異步的將自己的數(shù)據(jù)逐漸與其他集群保持一致。假如不幸發(fā)生地震、颶風(fēng)等大面積災(zāi)害，處于同城的2個數(shù)據(jù)中心都出現(xiàn)了問題，則處于異地的數(shù)據(jù)中心（通常在人工確認(rèn)后）可以立即承擔(dān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)工作。

4結(jié)束語

在高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)時代，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的高可用和高可靠具有極其重要的意義，相關(guān)技術(shù)也是業(yè)界研究和應(yīng)用的重要方向。本文探討了容災(zāi)備份技術(shù)的歷次迭代，分析了其局限性的和解決方案，并著重闡述了通過異地容災(zāi)備份技術(shù)確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)持續(xù)可用、數(shù)據(jù)可靠的問題。具體到商用案例中，往往面臨著成本與目標(biāo)的權(quán)衡，最合適的方案才是最好的方案。隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的變化，業(yè)界對容災(zāi)備份方案也會提出更高的要求，需要持續(xù)針對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求進(jìn)行研究，利用新技術(shù)不斷改善現(xiàn)有方案。

（作者單位：南京中興新軟件有限責(zé)任公司）