CDP異地災(zāi)備系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

[摘 要] 連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)作用于生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)之上，對(duì)用戶的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的保護(hù)，當(dāng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)遭受破壞時(shí)可提供任意時(shí)間點(diǎn)快速、有效的數(shù)據(jù)恢復(fù)，使數(shù)據(jù)損失達(dá)到最小。本文通過(guò)研究并部署CDP服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)采用軟件對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)難備份， 通過(guò)異地快照和錄像恢復(fù)數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)定期將數(shù)據(jù)復(fù)制至異地災(zāi)備中心。可實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)發(fā)生變化的差異數(shù)據(jù)量傳送到災(zāi)備中心進(jìn)行存儲(chǔ)保存，形成歷史數(shù)據(jù)快照，并且當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)遭遇故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，災(zāi)備中心主機(jī)可自動(dòng)接管服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行支撐，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的異地災(zāi)備功能。

[關(guān)鍵詞] 連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)；異地；快照

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 21. 029

[中圖分類號(hào)] TP309.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2013）21- 0049- 03

信息化建設(shè)快速發(fā)展的環(huán)境下，信息技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用正催生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)在全球范圍內(nèi)帶來(lái)了日益廣泛深刻的影響。加快推進(jìn)信息化建設(shè)，建立健全信息安全保障體系具有重大意義。數(shù)據(jù)的重要性逐步提高，由于系統(tǒng)應(yīng)用錯(cuò)誤、硬件故障、不可抗力因素等原因所引發(fā)的數(shù)據(jù)損壞或者丟失是較為嚴(yán)重的問(wèn)題，因此災(zāi)難備份與數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 研究背景及意義

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)解決方案專注于數(shù)據(jù)的周期性備份，因此存在備份窗口、數(shù)據(jù)一致性以及對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響等問(wèn)題，難以保證靈活的目標(biāo)恢復(fù)點(diǎn)（RPO）及目標(biāo)恢復(fù)時(shí)間（RTO），而RPO和RTO已經(jīng)成為衡量容災(zāi)體系應(yīng)急能力和數(shù)據(jù)保護(hù)能力的關(guān)鍵性指標(biāo)。

因此，連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本文針對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)災(zāi)備體系方案進(jìn)行研究，通過(guò)異地快照和錄像恢復(fù)數(shù)據(jù)以及精簡(jiǎn)帶寬復(fù)制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的異地災(zāi)備功能。

1.1 連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)概述

連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)（CDP，Continuous Data Protection）是一種數(shù)據(jù)保護(hù)方法，它可以捕獲或跟蹤數(shù)據(jù)的變化，并將其在生產(chǎn)數(shù)據(jù)之外獨(dú)立存放，以確保數(shù)據(jù)可以恢復(fù)到過(guò)去的任意時(shí)間點(diǎn)。持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)可以基于塊、文件或應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，可以為恢復(fù)對(duì)象提供足夠細(xì)的恢復(fù)粒度，實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)限多的恢復(fù)時(shí)間點(diǎn)。

CDP連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)解決方案的優(yōu)勢(shì)：

（1）全面防御所有災(zāi)難，徹底消除災(zāi)難死角（傳統(tǒng)災(zāi)備體系完全不防御數(shù)據(jù)丟失也不防御存儲(chǔ)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的崩潰）。

（2）能自動(dòng)瞬間接管發(fā)生故障的生產(chǎn)存儲(chǔ)，可以在主系統(tǒng)磁盤中斷時(shí)不停止業(yè)務(wù)。

（3）可以在操作系統(tǒng)中毒時(shí)迅速修復(fù)業(yè)務(wù)。

1.2 連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

CDP實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)數(shù)據(jù)變化的記錄和保存，以便實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間點(diǎn)的快速恢復(fù)。一般有3種實(shí)現(xiàn)方式：基準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)模式、復(fù)制參考數(shù)據(jù)模式和合成參考數(shù)據(jù)模式。這3種方式分別是通過(guò)正向、逆向、正向逆向相結(jié)合的方式記錄和保存已經(jīng)進(jìn)行的文件操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)并非對(duì)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)制，而是對(duì)數(shù)據(jù)的每個(gè)變化記錄日志或者編制索引，數(shù)據(jù)發(fā)生任何變化都會(huì)在CDP 設(shè)備中保留一個(gè)備份版本，因此能夠?qū)?shù)據(jù)恢復(fù)到過(guò)去任意一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。而不間斷地捕捉數(shù)據(jù)的變化，通常采用的方法是在寫磁盤時(shí)，對(duì)備份源和備份目標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，某些高性能的CDP 設(shè)備可以在磁盤塊大小為4kB的情況下將磁盤數(shù)據(jù)比對(duì)的粒度定為512B。

2 CDP系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

2.1 CDP系統(tǒng)功能及軟件概述

2.1.1 CDP系統(tǒng)功能

CDP系統(tǒng)通過(guò)部署CDP服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行災(zāi)難備份， 通過(guò)異地快照和錄像恢復(fù)數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)定期將數(shù)據(jù)復(fù)制至異地災(zāi)備中心。可實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)發(fā)生諸如新建、修改等變化的差異數(shù)據(jù)量傳送到災(zāi)備中心進(jìn)行存儲(chǔ)保存，形成歷史數(shù)據(jù)快照，并且當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)遭遇故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，災(zāi)備中心主機(jī)可自動(dòng)接管服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行支撐，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的異地災(zāi)備功能。

2.1.2 軟件概述

DiskSafe 通過(guò)持續(xù)或者周期方式將數(shù)據(jù)磁盤或分區(qū)拷貝到另外一個(gè)由CDP管理的存儲(chǔ)專用設(shè)備。在當(dāng)操作系統(tǒng)或數(shù)據(jù)磁盤發(fā)生物理或邏輯故障時(shí)，DiskSafe能提供可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)及快速的數(shù)據(jù)恢復(fù)。使用CDP服務(wù)器與DiskSafe客戶端軟件，可以為應(yīng)用服務(wù)器建立一個(gè)簡(jiǎn)單、快速、易用、強(qiáng)大的備份平臺(tái)。

2.2 CDP關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

在企業(yè)調(diào)度管理信息系統(tǒng)中采用CDP技術(shù)，能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)的故障進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)故障模擬并將調(diào)度管理信息系統(tǒng)切換到備用數(shù)據(jù)庫(kù)，保障系統(tǒng)在發(fā)生災(zāi)難或突發(fā)事件時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行和正常應(yīng)用。故障發(fā)生時(shí)切換到備用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，待生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器恢復(fù)后重新接管，對(duì)用戶訪問(wèn)沒(méi)有任何影響。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠，為建設(shè)高性能、高可用性的信息平臺(tái)奠定了良好基礎(chǔ)。

2.2.1 多點(diǎn)自動(dòng)快照機(jī)制TimeMark

TimeMark多時(shí)間點(diǎn)的自動(dòng)連續(xù)快照技術(shù)，是CDP系統(tǒng)非常重要的功能之一，它使用戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠在較短時(shí)間間隔內(nèi)保存各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)版本。CDP高密度的快照視圖可保證將系統(tǒng)的RPO（動(dòng)態(tài)及靜態(tài)）降到最低范圍。

2.2.2 磁盤讀/寫優(yōu)化技術(shù)

SafeCache技術(shù)可以全面提升所管理的磁盤的寫入性能。當(dāng)磁盤性能無(wú)法滿足主機(jī)的I/O需求時(shí)，使用SafeCache配合高速磁盤設(shè)備可以明顯改善整體性能。

SafeCache的原理：將高速磁盤設(shè)備置于“前端”，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以先按順序?qū)懭敫咚俅疟P設(shè)備中，然后按照SafeCache設(shè)置的策略（基于Cache容量或基于時(shí)間），將Cache中的數(shù)據(jù)再隨機(jī)寫入后端存儲(chǔ)中。通過(guò)將隨機(jī)寫入向順序?qū)懭朕D(zhuǎn)換，大大提升CDP訪問(wèn)IPStor 時(shí)順序?qū)懭敫咚買/O的性能。

HotZone技術(shù)則可以全面提升所管理的磁盤的讀性能。使用HotZone時(shí)，CDP會(huì)將磁盤劃分為容量相等的多個(gè)區(qū)域，然后監(jiān)控哪些區(qū)域經(jīng)常會(huì)被讀到，隨之將該區(qū)域的數(shù)據(jù)塊映射到高速磁盤中，這樣就會(huì)提高應(yīng)用主機(jī)讀取磁盤的速度。如果CDP監(jiān)控到某些區(qū)域不再經(jīng)常被讀到，則會(huì)將該區(qū)域移出高速磁盤。

2.2.3 MicroScan精簡(jiǎn)帶寬復(fù)制技術(shù)

MicroScan重復(fù)數(shù)據(jù)刪除機(jī)制，消除了由于低效的應(yīng)用程序及文件系統(tǒng)層造成的不斷增長(zhǎng)的變化數(shù)據(jù)塊，從而將數(shù)據(jù)的傳輸量減到最低。MicroScan是基于Hash算法的去重技術(shù)，利用MicroScan技術(shù)，使真正發(fā)生變化的數(shù)據(jù)按顆粒度或是磁盤扇區(qū)（512字節(jié)）進(jìn)行傳輸，這使得災(zāi)難恢復(fù)的帶寬成本以及相關(guān)的存儲(chǔ)成本極大削減。

傳統(tǒng)的傳輸技術(shù)由于寫入的精細(xì)度較低，由此造成了大量的冗余數(shù)據(jù)。MicroScan技術(shù)則有效地消除了這些數(shù)據(jù)的重復(fù)拷貝，以512字節(jié)為最小單位掃描磁盤變化并只傳輸變化的數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了廣域網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬。在多個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目中， CDP的遠(yuǎn)程容災(zāi)傳輸占用的帶寬極小，一般只需傳統(tǒng)容災(zāi)技術(shù)帶寬的1/50～1/5。

2.2.4 靈活的容災(zāi)復(fù)制傳輸策略

CDP的復(fù)制策略非常靈活，包括連續(xù)復(fù)制與定時(shí)復(fù)制，無(wú)論哪種復(fù)制策略，都是基于增量的，只將發(fā)生變化的數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。用戶可以設(shè)定一種或多種策略，可以根據(jù)帶寬情況自動(dòng)或手動(dòng)地在多種復(fù)制策略間進(jìn)行切換。通常在寬帶的遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)中，可以采用連續(xù)方式傳輸，而在常規(guī)的廣域網(wǎng)絡(luò)中，則建議采用定時(shí)方式。

3 CDP災(zāi)備系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

3.1 連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)災(zāi)備技術(shù)的整合

傳統(tǒng)的災(zāi)難備份與恢復(fù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，在對(duì)特定應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性、性價(jià)比等方面，也具有不可替代的作用，因此將連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)產(chǎn)品和傳統(tǒng)災(zāi)難備份與恢復(fù)方案相整合，使連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)和傳統(tǒng)災(zāi)備與恢復(fù)技術(shù)相互融合，形成更為完善的災(zāi)難備份與恢復(fù)解決方案，滿足應(yīng)用需求。

災(zāi)難防御機(jī)制具有以下特點(diǎn)：

有效的信息系統(tǒng)災(zāi)難防御機(jī)制需要具備以下3個(gè)特性。

（1）有效性。分析以往一些災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，“有災(zāi)無(wú)備”的現(xiàn)象使得一些災(zāi)備體系無(wú)法有效保障信息系統(tǒng)的安全，具體表現(xiàn)在：只建立了查詢系統(tǒng)，卻作為災(zāi)備系統(tǒng)使用，根本不具備災(zāi)難后的回退能力；只采用了傳統(tǒng)的備份等非災(zāi)備手段進(jìn)行防御，或者采用單一的存儲(chǔ)直連等手段來(lái)替代復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的多種災(zāi)備要求，造成故障發(fā)生時(shí)無(wú)法做出快速反應(yīng)。

（2）安全性。災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)十分重要的一點(diǎn)就是不能帶來(lái)新的不穩(wěn)定因素，災(zāi)備手段必須具有極高的安全性，具體表現(xiàn)在：災(zāi)備體系實(shí)施和運(yùn)行不能影響生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行；保障投資的安全，不能造成今后投入的不可控和前期投資的浪費(fèi)。

（3）經(jīng)濟(jì)性。實(shí)現(xiàn)有限投資下的多應(yīng)用保護(hù)，以及向未來(lái)發(fā)展的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，將使得災(zāi)備系統(tǒng)一次建設(shè)，終生受益。這是最為經(jīng)濟(jì)的符合發(fā)展趨勢(shì)的建設(shè)思路。而一些企業(yè)在建設(shè)災(zāi)備體系時(shí)，耗費(fèi)較大資金建設(shè)龐大的傳輸網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展時(shí)，這類傳輸網(wǎng)絡(luò)需要更大的改造成本，使企業(yè)不堪重負(fù)。

3.2 CDP災(zāi)備系統(tǒng)構(gòu)建及部署

災(zāi)備體系設(shè)計(jì)重點(diǎn)： ①數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)損失量小）；②恢復(fù)（數(shù)據(jù)10分鐘快速恢復(fù)）；③驗(yàn)證（隨時(shí)隨地?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證）；④帶寬（極小的廣域網(wǎng)帶寬）（見(jiàn)圖1）。

3.3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與工作流程描述

3.3.1 操作系統(tǒng)調(diào)研

前期生產(chǎn)主機(jī)環(huán)境：

Processor1-16 Inter Xeon CPU e5620@2.40GHz 2 394 MHz

Memory 15 913MB

3.3.2 CDP配置

（1）修改CDP設(shè)備名和網(wǎng)絡(luò)配置。選擇eth0網(wǎng)口并配置IP地址和子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)關(guān)。啟用FC Target模式，切換光纖卡模式，展開(kāi)物理資源下的物理適配器，選擇要切換到Target模式的光纖適配器，右鍵切換到Target模式。配置物理設(shè)備，創(chuàng)建存儲(chǔ)池，選擇物理資源下的存儲(chǔ)資源池并新建。

（2）創(chuàng)建SAN客戶端，客戶端協(xié)議選擇“光纖通道”，輸入保護(hù)的客戶端光纖卡的WWPN號(hào)及V890客戶端名稱類型。創(chuàng)建SAN資源并分配給SAN客戶端，并為SAN資源啟用快照及Journal功能。

（3）啟用配置存儲(chǔ)庫(kù)。

3.3.3 本地CDP和異地CDP的復(fù)制

在進(jìn)行異地災(zāi)備復(fù)制前，確認(rèn)生產(chǎn)主機(jī)上的本地磁盤或分區(qū)和SAN資源的第一次全同步是否完成，若未完成，最好等待第一次全同步完成后再發(fā)起遠(yuǎn)程災(zāi)備復(fù)制。

在進(jìn)行第一次復(fù)制時(shí)，在同一個(gè)IPStor Console上需要同時(shí)登錄兩臺(tái)CDP，當(dāng)生產(chǎn)端和災(zāi)備端CDP都連接時(shí)，才能看到復(fù)制的進(jìn)度、上次同步完成時(shí)間和下次同步時(shí)間等。

復(fù)制SAN資源的數(shù)據(jù)，在災(zāi)備CDP上為副本磁盤創(chuàng)建快照資源。

3.3.4 災(zāi)備CDP上快照功能的啟用

（1）在災(zāi)備端的CDP設(shè)備啟用“TimeMark”。啟用快照功能的過(guò)程中確認(rèn)TimeMark的策略，輸入要保持的快照數(shù)目。

（2）完成CDP保護(hù)主機(jī)策略。

4 總結(jié)及進(jìn)一步工作

災(zāi)難備份與恢復(fù)技術(shù)一直是信息技術(shù)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)產(chǎn)品正在各個(gè)行業(yè)快速普及，這種思想新穎、特點(diǎn)鮮明的災(zāi)難備份與恢復(fù)技術(shù)為寶貴的信息資源提供了前所未有的保護(hù)與恢復(fù)能力。在下一步的工作中，我們將繼續(xù)追蹤C(jī)DP技術(shù)，研究CDP技術(shù)在虛擬化應(yīng)用環(huán)境下的實(shí)施，為信息資源提供更好的保護(hù)。

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