數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)與CDP技術(shù)

1、數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)與CDP技術(shù)數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)與CDP技術(shù)在當(dāng)今信息化時代,數(shù)據(jù)和信息已經(jīng)成為各行各業(yè)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)和命脈。但當(dāng)存儲數(shù)據(jù)和信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在遭受諸如火災(zāi)、水災(zāi)、地震、戰(zhàn)爭等不可抗拒的自然災(zāi)難以及電腦病毒、黑客入侵、系統(tǒng)掉電、網(wǎng)絡(luò)通信失敗和各種軟、硬件錯誤的時候,人們不得不重新審視以信息系統(tǒng)為核心業(yè)務(wù)載體所面臨的高度風(fēng)險(xiǎn),因此數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)越來越受到人們的重視。1數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)(Data Disaster- tolerant System,DDTS),即災(zāi)難發(fā)生時,確保計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)能夠恢復(fù),并降低數(shù)據(jù)和信息損失的系統(tǒng)。廣義上,所有與業(yè)務(wù)連續(xù)性相關(guān)的內(nèi)容都納入容災(zāi)。對于IT而言,則

2、是提供一個能防止用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)遭受各種災(zāi)難影響和破壞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。狹義上是指,除了生產(chǎn)站點(diǎn)以外,用戶另外建立的冗余站點(diǎn),當(dāng)災(zāi)難發(fā)生,生產(chǎn)站點(diǎn)受到破壞時,冗余站點(diǎn)可以接管用戶正常的業(yè)務(wù),達(dá)到業(yè)務(wù)連續(xù)性的目的。數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)存儲備份的最高層次。1.1衡量數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)的性能指標(biāo)衡量DDTS的應(yīng)急能力和系統(tǒng)保護(hù)能力有兩個指標(biāo)RPO(Recovery Point Object,恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo))和RTO(Recovery Time Object,恢復(fù)時間目標(biāo))。RPO側(cè)重于數(shù)據(jù)丟失,RTO側(cè)重于服務(wù)丟失,二者沒有必然聯(lián)系。RPO以時間為單位,即系統(tǒng)和數(shù)據(jù)必須恢復(fù)到的時間點(diǎn)要求,它表示系統(tǒng)能夠容忍的最大數(shù)據(jù)丟

3、失量。系統(tǒng)容忍丟失的數(shù)據(jù)量越小,RPO的值越小。RTO以時間為單位,即信息系統(tǒng)或業(yè)務(wù)功能從停止到完全恢復(fù)的時間要求。RTO表示系統(tǒng)能夠容忍的服務(wù)停止的最長時間。系統(tǒng)服務(wù)的緊迫性要求越高,RTO的值越小。.2容災(zāi)系統(tǒng)的分類容災(zāi)系統(tǒng)可分為在線式與離線式兩種。在線式容災(zāi)要求生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心同時工作,數(shù)據(jù)從生產(chǎn)中心實(shí)時復(fù)制傳送到災(zāi)備中心。當(dāng)生產(chǎn)中心出現(xiàn)故障時,災(zāi)備中心自動接管并繼續(xù)提供服務(wù),其關(guān)鍵是數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)。離線式容災(zāi)是將數(shù)據(jù)通過備份系統(tǒng)備份到磁帶,將磁帶在異地保存,由備份軟件來實(shí)現(xiàn)備份和磁帶的管理,其主要依靠備份技術(shù)實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是:從磁帶上恢復(fù)數(shù)據(jù)慢;備份窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)都會丟失;實(shí)時性差。2傳統(tǒng)容

4、災(zāi)技術(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)包括數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)復(fù)制和數(shù)據(jù)管理技術(shù)等,而應(yīng)用容災(zāi)技術(shù)包括災(zāi)難檢測、進(jìn)程遷移和系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)等。2.1數(shù)據(jù)備份技術(shù)數(shù)據(jù)備份就是把數(shù)據(jù)從生產(chǎn)系統(tǒng)備份到備份系統(tǒng)介質(zhì)中的過程。數(shù)據(jù)備份技術(shù)最初是備份到本地磁帶,隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,備份技術(shù)有了新的發(fā)展。2.1.1主機(jī)備份每臺主機(jī)都配備專用的存儲磁盤或磁帶系統(tǒng),主機(jī)中的數(shù)據(jù)備份到位于本地的專用磁帶驅(qū)動器或資源庫中。缺點(diǎn):即使一臺磁帶驅(qū)動器處于空閑狀態(tài),另一臺主機(jī)也不能使用它進(jìn)行備份,磁帶資源利用率低。不同的操作系統(tǒng)平臺使用的備份恢復(fù)程序一般不相同,使得備份工作和對資源的總體管理變得更加復(fù)雜。2.1.2網(wǎng)絡(luò)備份磁帶資源由一個主備份/恢復(fù)服務(wù)

5、器控制,而備份和恢復(fù)進(jìn)程則由一些復(fù)雜程序來控制。主備份服務(wù)器接收其它服務(wù)器通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)發(fā)來的數(shù)據(jù),并將其存入公用磁盤或磁帶系統(tǒng)中。這種集中存儲方式提高了磁帶資源的利用率,同時也使企業(yè)在高性能磁帶驅(qū)動器和資源庫的投資取得更好的回報(bào)。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)帶寬將成為備份和恢復(fù)進(jìn)程中的瓶頸,制約快速備份和恢復(fù)的能力。另外,通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)主鏈路傳輸備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)將占據(jù)大量帶寬,增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,影響其性能。2.1.3專有存儲網(wǎng)絡(luò)備份專有存儲網(wǎng)絡(luò)備份可以分為LAN- Free備份和Server- Free備份。LAN- Free,如圖1,是把局域網(wǎng)排除在備份和恢復(fù)進(jìn)程之外的備份方案。用戶只需將磁帶驅(qū)動器和資源

6、庫連接到SAN網(wǎng)絡(luò)中,各服務(wù)器就可繞過局域網(wǎng)把數(shù)據(jù)直接備份到共享的磁帶庫中。局域網(wǎng)只承擔(dān)各服務(wù)器之間的通信(而不是數(shù)據(jù)傳輸)任務(wù)。先進(jìn)的備份和恢復(fù)程序仍然被用來完成進(jìn)程控制和數(shù)據(jù)跟蹤的工作。這種分工使得存儲設(shè)備、服務(wù)器和局域網(wǎng)資源得到更有效的利用。圖1LAN- Free原理Server- Free,如圖2,數(shù)據(jù)無需通過主服務(wù)器直接在存儲設(shè)備之間進(jìn)行傳輸(如從磁盤到磁帶機(jī)),這種依賴于一項(xiàng)仍在發(fā)展的新技術(shù)第三方拷貝(3rd-Party Copy),這種技術(shù)被用于SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、主機(jī)系統(tǒng)和存儲設(shè)備(有待實(shí)現(xiàn))當(dāng)中。獨(dú)立于服務(wù)器的備份和恢復(fù)方案可降低主機(jī)的CPU占用率,提高操作系統(tǒng)效率。這項(xiàng)技術(shù)目前

7、仍在發(fā)展完善階段,進(jìn)一步同操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用程序相結(jié)合,以支持應(yīng)用級的備份和恢復(fù)。圖2Server- Free原理2.2數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)如圖3所示。數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)是通過不斷將生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制到另外一個不同的備份系統(tǒng)中,其實(shí)現(xiàn)可以分為三種:服務(wù)器層、交換機(jī)層和存儲層。圖3數(shù)據(jù)復(fù)制層次2.2.1服務(wù)器層在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的服務(wù)器上安裝專用的數(shù)據(jù)復(fù)制軟件,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)制,二端必須有網(wǎng)絡(luò)連接作為數(shù)據(jù)通道。這種方式投入較少,可兼容不同品牌的服務(wù)器和存儲設(shè)備,較適合硬件組成復(fù)雜的用戶。2.2.2交換機(jī)層在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心都要配備這種交換機(jī),交換機(jī)之間用專用鏈路連接。由于交換機(jī)可以管理和復(fù)制的數(shù)據(jù)是存放

8、在存儲層內(nèi)的,因此,用戶需要將生產(chǎn)中心的數(shù)據(jù)都存儲在與交換機(jī)所連接的存儲設(shè)備中。2.2.3存儲層在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心各配備一套存儲系統(tǒng)。若距離在幾十公里之內(nèi),可在兩中心的存儲交換機(jī)通過光纖連接;若距離在200公里內(nèi),可增加DWDM等設(shè)備進(jìn)行光纖連接;超過200公里,則可增加存儲路由器進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,通過WAN或Internet連接。存儲層的數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)已經(jīng)很成熟,且對應(yīng)用服務(wù)器的性能基本無影響,是容災(zāi)方案的主流選擇。2.3災(zāi)難檢測技術(shù)災(zāi)難檢測的目的是盡早地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)端的災(zāi)難,目前采用Heart Beat技術(shù)。該技術(shù)有兩種實(shí)現(xiàn)方法,一是生產(chǎn)系統(tǒng)端在空閑時每隔一段時間向外廣播自身的狀態(tài),檢測系統(tǒng)若

9、在給定的時間段內(nèi)沒有收到狀態(tài)信號,則表明發(fā)生了災(zāi)難。二是檢測系統(tǒng)每隔一段時間對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行一次檢測,若在給定的時間內(nèi)生產(chǎn)系統(tǒng)無響應(yīng),則表明發(fā)生了災(zāi)難。心跳技術(shù)的關(guān)鍵是心跳檢測的間隔周期,太短系統(tǒng)開銷會很大;過長則無法及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)難,應(yīng)根據(jù)不同的容災(zāi)等級和容災(zāi)要求,設(shè)定適當(dāng)?shù)臋z測周期。2.4進(jìn)程遷移技術(shù)進(jìn)程遷移是為保持生產(chǎn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性,通過提取一臺處理機(jī)的進(jìn)程狀態(tài),在另一臺處理機(jī)上根據(jù)進(jìn)程狀態(tài)再生該進(jìn)程,從其“斷點(diǎn)”繼續(xù)運(yùn)行下去的技術(shù)。目前主要采用基于本地機(jī)群的進(jìn)程遷移,可分為如下三類:應(yīng)用級遷移:實(shí)現(xiàn)簡單,可移植性好,但需了解應(yīng)用程序語義并可能需對應(yīng)用程序進(jìn)行修改或重編譯,透明性較差。用戶級

10、遷移:實(shí)現(xiàn)較簡單,軟件開發(fā)和維護(hù)也較為容易,但由于在用戶級無法獲得Kernel的所有狀態(tài),對于某些內(nèi)核態(tài)進(jìn)程,無法進(jìn)行遷移。另外由于打破Kernel空間和User空間之間邊界從而獲得Kernel服務(wù),需要巨大的開銷,因此效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)核級實(shí)現(xiàn)。內(nèi)核級遷移:可充分利用OS的功能,全面獲取進(jìn)程和OS的狀態(tài),效率較高。但由于需要對OS進(jìn)行修改,實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。3數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)新技術(shù) CDP3.1CDP技術(shù)概述全球網(wǎng)絡(luò)存儲工業(yè)協(xié)會(SNIA)對CDP(Continu-ous Data Protection,持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù))的定義是:一種能獨(dú)立對主要數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)捕捉或跟蹤數(shù)據(jù)修改,并保存變化,從而實(shí)現(xiàn)從過去的

11、任何非預(yù)設(shè)點(diǎn)恢復(fù)的方法。它的最大優(yōu)勢在于對數(shù)據(jù)的保護(hù)是連續(xù)性的,而且可以快速恢復(fù),從根本上解決傳統(tǒng)備份中低恢復(fù)能力和非精細(xì)時間策略的先天弱點(diǎn)。CDP技術(shù)包括Near CDP和True CDP。前者只能恢復(fù)部分指定時間點(diǎn)的數(shù)據(jù),類似存儲系統(tǒng)的邏輯快照,后者可以恢復(fù)指定時間段內(nèi)的任何一個時間點(diǎn)。3.2CDP技術(shù)原理首先利用連續(xù)或間隔型的復(fù)制策略,實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)內(nèi)的包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)連續(xù)復(fù)制,以確保災(zāi)害發(fā)生時,數(shù)據(jù)恢復(fù)到最新的時間點(diǎn),同時,采用復(fù)制的時間點(diǎn)快照技術(shù),連續(xù)產(chǎn)生多個時間點(diǎn)固定影像,這些影像不僅時間精細(xì)化,而且是直接可用的Image,直接Mount即可使用。對于大量的漸進(jìn)性故障,如病毒的

12、侵襲、人工的誤操作、軟件的BUG等發(fā)生時,只要找到影像,進(jìn)行簡單的空間重定位,就會重現(xiàn)被破壞的數(shù)據(jù)。從操作方式來看,CDP解決方案的可分為基于塊的、基于文檔的和基于應(yīng)用?；趬K的解決方案位于物理儲存或邏輯卷管理層之上。當(dāng)數(shù)據(jù)塊被寫入主存儲器時,寫入的數(shù)據(jù)副本就被CDP系統(tǒng)捕獲并存儲到一個單獨(dú)地點(diǎn)中?；谖臋n的解決方案位于文檔系統(tǒng)之上,它能夠捕獲文檔系統(tǒng)數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)事件?；趹?yīng)用的CDP解決方案設(shè)計(jì)則直接位于受保護(hù)的特定應(yīng)用之中?；趬K和文檔的CDP解決方案能夠利用一種相同的通用方法來支持多種不同的應(yīng)用?；趹?yīng)用的CDP則只為某種應(yīng)用提供CDP能力。3.3CDP解決方案特點(diǎn)3.3.1主機(jī)代理程式

13、為了在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時進(jìn)行訪問,一些CDP解決方案需要在受保護(hù)的主機(jī)上安裝一種特別的“代理程式”軟件。另一些CDP解決方案則使用已內(nèi)置到受保護(hù)主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(如NFS、CIFS、FC或iSCSI)來實(shí)現(xiàn)。3.3.2精細(xì)程度不同的CDP解決方案提供不同精細(xì)程度的恢復(fù)能力,精細(xì)程度可分為:卷組、單個卷或文檔系統(tǒng)、單個文檔夾或文檔組、單個文檔或應(yīng)用對象(如電子郵件或日歷項(xiàng)目)。3.3.3恢復(fù)時間應(yīng)用集成在進(jìn)行恢復(fù)時,CDP解決方案能夠識別出該應(yīng)用的先前歷史中最優(yōu)化或最重要的恢復(fù)點(diǎn)。這類應(yīng)用集成是完全自動的,也是可擴(kuò)展的。3.3.4數(shù)據(jù)庫連續(xù)保護(hù)CDP解決方案一般都支持常見數(shù)據(jù)庫環(huán)境(如Or

14、acle或SQL)的連續(xù)保護(hù)。支持的意思是該解決方案經(jīng)過了廠商的全面測試和認(rèn)證,而且還會向用戶提供相關(guān)文檔內(nèi)容。3.3.5庫架構(gòu)大多數(shù)CDP解決方案是將任何數(shù)據(jù)的變化存儲在單獨(dú)的地點(diǎn),形成存儲庫架構(gòu),而且這種存儲庫是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或存儲區(qū)域網(wǎng)上明確的專用節(jié)點(diǎn)。3.3.6庫復(fù)制一些CDP解決方案還提供將CDP庫復(fù)制到另外一個遠(yuǎn)程庫的能力。這樣就能夠提供更高的靈活性,防止主CDP庫可能出現(xiàn)損壞或丟失對恢復(fù)能力產(chǎn)生影響。3.4CDP發(fā)展方向隨著CDP應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和人們認(rèn)知的深入,CDP技術(shù)將會作為在線數(shù)據(jù)的重要保護(hù)手段而獨(dú)立開辟一條新的通道。其發(fā)展方向概括為三點(diǎn):第一,CDP的連續(xù)和系統(tǒng)保護(hù)范疇將繼續(xù)延伸,從目前基于微軟的各類操作系統(tǒng)平臺延伸到更多企業(yè)級所采用的UNIX平臺。第二,在精細(xì)點(diǎn)恢復(fù)的技術(shù)上,拉桿式日志恢復(fù)技術(shù)將使精細(xì)點(diǎn)的恢復(fù)超越最近的快照點(diǎn)。該技術(shù)將為一些高端的、以秒級錯誤恢復(fù)為目標(biāo)的用戶帶來真正的數(shù)據(jù)保護(hù)方