智慧水務建設容災備份設計淺析

李鈺婷

0 前言

智慧水務是智慧地球、智慧城市的重要組成部分，主要通過使用科技手段，配合儀器儀表、采集終端等設備，對水務信息進行采集、傳輸、處理、存儲、分析，在全面提升水務管理效率的同時，實現(xiàn)更全面的感知、更自動的控制、更及時的應對、更主動的服務和更科學的決策。

陜西省水務集團智慧水務項目是基于大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘以及物聯(lián)網等先進技術，整合供水、水電開發(fā)、污水處理等多個業(yè)務信息系統(tǒng)，部署范圍覆蓋全省的大型信息化建設項目?？h級業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均實時傳送至集團總部數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一處理、存儲，因此數(shù)據(jù)中心存儲了海量的業(yè)務數(shù)據(jù)，這些核心數(shù)據(jù)無疑是企業(yè)重要的數(shù)據(jù)資產。

1 容災備份技術

由于無法完全避免硬件故障、人為誤操作、系統(tǒng)程序錯誤，病毒入侵，以及自然災害帶來的系統(tǒng)停機或數(shù)據(jù)丟失，為了保護核心數(shù)據(jù)，在遭遇災害時能保證信息系統(tǒng)的正常運行，那么智慧水務信息化建設中容災備份方案的設計就必不可少。下面從容災技術和備份技術兩個方面來分析適用于該項目實際建設的技術方案。

容災技術主要有數(shù)據(jù)級容災和應用級容災。數(shù)據(jù)級容災是指在異地建立一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其中保存一份與本地數(shù)據(jù)完全一致的可用數(shù)據(jù)。應用級容災是指，在數(shù)據(jù)容災的基礎上，在異地建立一套完整的與本地業(yè)務系統(tǒng)功能完全一致的備份應用系統(tǒng)，在發(fā)生災難的情況下，異地備份業(yè)務系統(tǒng)能夠迅速地接管業(yè)務運行?？紤]到集團總部的智慧水務大數(shù)據(jù)平臺上同時運行著供水、污水、水電等各個業(yè)務系統(tǒng)，本地平臺一旦發(fā)生災難性事故，集團絕大部分業(yè)務系統(tǒng)的運營都將受到影響。因此本項目的容災備份方案中應選擇應用級容災技術，涉及具體的實現(xiàn)技術主要有負載均衡、集群技術。

備份方式有本地備份和異地備份。本地備份的優(yōu)點是速度快、維護方便，缺點是一旦發(fā)生重大災難，無法保證本地備份系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和應用系統(tǒng)仍可用。而異地備份，是將備份系統(tǒng)部署在與本地同時發(fā)生重大災難概率極低的異地，這樣即使本地發(fā)生災難，也可以順利的從異地備份中恢復數(shù)據(jù)。結合集團的實際情況，可選擇本地備份與異地備份相結合的方式。各縣級業(yè)務系統(tǒng)在各縣本地部署有數(shù)據(jù)庫，作為各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的本地備份。智慧水務大數(shù)據(jù)平臺接收各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，作為各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異地備份。同時可通過考察選擇一合適地點，部署智慧水務大數(shù)據(jù)平臺的異地備份系統(tǒng)，進一步保障平臺數(shù)據(jù)的安全及業(yè)務系統(tǒng)的不間斷運行。

遠程鏡像技術用于在本地數(shù)據(jù)中心和異地數(shù)據(jù)中心之間備份數(shù)據(jù)，包括同步復制和異步復制兩種方式。同步復制技術，是指通過遠程鏡像軟件，將本地數(shù)據(jù)以完全同步的方式復制到異地，每一本地的I/O事務均需等待遠程復制的完成確認信息。異步復制技術，則是保證在更新異地存儲的數(shù)據(jù)前，完成本地存儲系統(tǒng)的操作，由本地存儲系統(tǒng)提供I/O操作完成確認信息。考慮到同步復制技術對應用系統(tǒng)I/O性能影響較大，且異地備份系統(tǒng)與本地數(shù)據(jù)中心需距離300 km以上，因此智慧水務的本地數(shù)據(jù)中心與異地備份數(shù)據(jù)中心之間采用異步復制技術是比較理想的方式，兼顧性能要求的同時，又滿足了對數(shù)據(jù)可靠性的要求。

遠程鏡像技術還可與快照技術結合起來實現(xiàn)遠程備份，即通過鏡像把數(shù)據(jù)備份到異地存儲系統(tǒng)中，再用快照技術把異地存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)備份到異地的磁帶庫、光盤庫中。在正常業(yè)務進行的同時，通過軟件對要備份的磁盤子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)快速掃描，同時快速拷貝，獲得當前業(yè)務數(shù)據(jù)的完整備份。智慧水務的容災備份建設，可通過在異地數(shù)據(jù)中心的磁盤陣列系統(tǒng)中配置快照的方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動備份，以及在線數(shù)據(jù)的恢復，并可利用備份數(shù)據(jù)完成報表生成等功能。

2 容災備份方案實施

結合陜西省水務集團的實際情況，制定 “一主一備一輔”，實現(xiàn)“雙活”的應用級容災備份方案，具體網絡拓撲圖見圖1。

圖1 異地容災備份網絡拓撲圖

考慮到集團在延安設有分公司，延安距離西安超過了300 km，且不在同一地震帶，也不在同一江河流域，符合異地容災備份的地理條件，故在集團延安分公司機房設立異地備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

在西安總部機房DMZ區(qū)和延安機房分別部署數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)設置為集群模式。本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均處于活動狀態(tài)，本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要提供數(shù)據(jù)處理、查詢及存儲的功能，備份數(shù)據(jù)庫啟用自動生成日志、報表等功能，提高了備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用率。一旦本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)宕機等故障，異地的備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)仍能提供數(shù)據(jù)處理、查詢及存儲等完整功能，且可以通過備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)恢復本地數(shù)據(jù)。經調研神州數(shù)碼數(shù)據(jù)庫一體機符合上述要求，可實現(xiàn)“雙活”效果，因此實際項目中在本地和異地數(shù)據(jù)中心各部署了一臺神州數(shù)碼數(shù)據(jù)庫一體機。

在西安總部機房DMZ區(qū)和延安機房分別部署軟、硬件配置均相同的平臺級業(yè)務支撐系統(tǒng)，本地業(yè)務支撐系統(tǒng)正常情況下處于主用狀態(tài)，而異地業(yè)務支撐系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。一旦本地數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)重大災難，異地的備份數(shù)據(jù)中心可自動接管相關業(yè)務。

本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間，采用異步復制技術，將本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)，復制到異地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。當本地數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與異地備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的鏈路出現(xiàn)故障，無法通信時，本地數(shù)據(jù)庫將會對已傳輸?shù)臄?shù)據(jù)節(jié)點進行標記，然后一直保持對網絡連通性的探測，一旦恢復通信，本地數(shù)據(jù)庫將會從標記節(jié)點開始向異地備份數(shù)據(jù)庫傳輸數(shù)據(jù)。為了解決本地數(shù)據(jù)系統(tǒng)與異地備份系統(tǒng)網絡鏈路故障期間，本地數(shù)據(jù)庫同時發(fā)生故障的特殊情形，盡可能地保證本地數(shù)據(jù)與異地備份數(shù)據(jù)的一致性，在本地DMZ區(qū)另行部署一臺輕量級實時更新數(shù)據(jù)庫，僅保存最近兩天的更新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸至本地數(shù)據(jù)系統(tǒng)時，將同時傳輸給本地更新數(shù)據(jù)庫與異地備份數(shù)據(jù)庫。這樣，在網絡出現(xiàn)故障時，即使本地數(shù)據(jù)庫同時出現(xiàn)故障，隨后也能通過本地實時更新數(shù)據(jù)庫恢復完整的數(shù)據(jù)。

異地備份數(shù)據(jù)中心部署有磁盤陣列系統(tǒng)，配置快照功能。自動從備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往磁盤陣列系統(tǒng)復制當天更新的數(shù)據(jù)。每隔一個月，對全部的數(shù)據(jù)做一個完整快照。當發(fā)生災難，需要恢復本地數(shù)據(jù)庫或備份數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)時，可使用快照的在線恢復功能，快速恢復所需數(shù)據(jù)。快照技術極大地減輕了運維壓力以及災后恢復的效率。磁盤陣列采用RAID5模式，在所有磁盤上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗信息，當一個磁盤發(fā)生損壞后，可從其他硬盤上存儲的數(shù)據(jù)恢復出故障盤的內容，不會影響數(shù)據(jù)的完整性，從而進一步保證了數(shù)據(jù)的安全。

本地及異地的所有數(shù)據(jù)庫服務器和業(yè)務支撐平臺設備，均采用雙鏈路冗余方式與交換機或防火墻進行連接。在服務器或平臺設備的兩個連接端口上做端口聚合，將兩條鏈路虛擬為一條鏈路，配置一個IP地址，這樣一條鏈路出現(xiàn)故障的情況下，通過另一條鏈路仍可進行訪問。

3 結語

通過采用RAID5磁盤陣列、“一主一備一輔”方案及異步復制技術，部署異地容災備份數(shù)據(jù)系統(tǒng)和備份業(yè)務支撐系統(tǒng)，目前集團智慧水務業(yè)務系統(tǒng)已具備數(shù)據(jù)級、數(shù)據(jù)庫級、應用級，共三個層級容災備份，保證了數(shù)據(jù)的安全及核心業(yè)務的連續(xù)性，可提供7*24小時業(yè)務不間斷運行，整個備份系統(tǒng)具有高容災性和可擴展性。