电子政务数据备份与容灾体系

　在当今信息社会，最珍贵的财产不是计算机硬件或软件，而是我们宝贵的数据，数据是资产。在电子政务系统中存有大量的有价值的数据信息和资料，需要在各个提供信息服务的服务群内进行本地的系统、数据备份和存储。在系统中所涉及的网络范围中，我们在系统主干处设有数据灾难备份中心，该中心要配备高性能的数据存储系统和管理系统。

数据存储通常会涉及到以下几个方面：

　　存储体系结构：DAS、NAS 和 SAN。DAS（直接连接存储）是指将存储设备通过 SCSI 接口或光纤通道直接连接到一台服务器上；NAS（网络附加存储）是将存储设备通过标准的网络拓扑结构连接到一群计算机上；SAN（存储区域网络）是通过 FCP 协议组网连接到一群计算机上。

• 存储设备：磁盘阵列、磁盘、光磁存储设备、磁带机、SAN 存储设备；

• 存储软件技术：CA-Arcserve2000、Veritas-Backupexce、Legato-Networker；

• 存储保护：磁盘阵列、双机容错、集群、备份与恢复；

• 存储管理：备份、文件系统和卷管理、集群、SAN 管理。

• 智能存储架构：光纤交换机、海量磁盘阵列、智能磁带库等硬件存储设备，实现 SAN 文件系统共享和分层存储管理的存储软件管理系统。

1．数据备份：

　　数据备份的目的是为了在系统数据崩溃时能够快速的恢复数据。备份系统由三因素构成：执行备份的设备、存储备份的介质、控制备份的软件。备份措施有磁盘镜像、磁盘阵列、双机容错、数据拷贝。

　　目前比较常见的备份方式有：①定期磁带备份数据。②远程磁带库、光盘库备份。即将数据传送到远程备份中心制作完整的备份磁带或光盘。③远程关键数据＋磁带备份。采用磁带备份数据，生产机实时向备份机发送关键数据。④远程数据库备份。就是在与主数据库所在生产机相分离的备份机上建立主数据库的一个拷贝。⑤网络数据镜像。这种方式是对生产系统的数据库数据和所需跟踪的重要目标文件的更新进行监控与跟踪，并将更新日志实时通过网络传送到备份系统，备份系统则根据日志对磁盘进行更新。⑥远程镜像磁盘。通过高速光纤通道线路和磁盘控制技术将镜像磁盘延伸到远离生产机的地方，镜像磁盘数据与主磁盘数据完全一致，更新方式为同步或异步。

　　一个完整的系统备份方案应包括：备份硬件、备份软件、日常备份制度（Backup Routines）和灾难恢复措施（Disaster Recovery Plan）四个部分。

2．数据容灾：

　　数据容灾是指在灾难如火灾、盗窃和地震等发生时，全面、及时地恢复整个系统。设计一个容灾备份系统，需要考虑多方面的因素，如备份/恢复数据量大小、应用数据中心和备援数据中心之间的距离和数据传输方式、灾难发生时所要求的恢复速度、备援中心的管理及投入资金等。

　　在建立容灾备份系统时会涉及到多种技术，如：SAN或NAS技术、远程镜像技术、快照技术、基于IP的SAN的互连技术等。

(1)远程镜像技术

　　远程镜像技术是在主数据中心和备援中心之间的数据备份时用到。镜像是在两个或多个磁盘或磁盘子系统上产生同一个数据的镜像视图的信息存储过程，一个叫主镜像系统，另一个叫从镜像系统。按主从镜像存储系统所处的位置可分为本地镜像和远程镜像。远程镜像又叫远程复制，是容灾备份的核心技术，同时也是保持远程数据同步和实现灾难恢复的基础。远程镜像按请求镜像的主机是否需要远程镜像站点的确认信息，又可分为同步远程镜像和异步远程镜像。

　　同步远程镜像（同步复制技术）是指通过远程镜像软件，将本地数据以完全同步的方式复制到异地，每一本地的I/O事务均需等待远程复制的完成确认信息，方予以释放。同步镜像使远程拷贝总能与本地机要求复制的内容相匹配。当主站点出现故障时，用户的应用程序切换到备份的替代站点后，被镜像的远程副本可以保证业务继续执行而没有数据的丢失。但它存在往返传播造成延时较长的缺点，只限于在相对较近的距离上应用。

　　异步远程镜像（异步复制技术）保证在更新远程存储视图前完成向本地存储系统的基本I/O操作，而由本地存储系统提供给请求镜像主机的I/O操作完成确认信息。远程的数据复制是以后台同步的方式进行的，这使本地系统性能受到的影响很小，传输距离长（可达1000公里以上），对网络带宽要求小。但是，许多远程的从属存储子系统的写没有得到确认，当某种因素造成数据传输失败，可能出现数据一致性问题。为了解决这个问题，目前大多采用延迟复制的技术（本地数据复制均在后台日志区进行），即在确保本地数据完好无损后进行远程数据更新。

(2)快照技术

　　远程镜像技术往往同快照技术结合起来实现远程备份，即通过镜像把数据备份到远程存储系统中，再用快照技术把远程存储系统中的信息备份到远程的磁带库、光盘库中。

　　快照是通过软件对要备份的磁盘子系统的数据快速扫描，建立一个要备份数据的快照逻辑单元号LUN和快照cache。在快速扫描时，把备份过程中即将要修改的数据块同时快速拷贝到快照cache中。快照LUN是一组指针，它指向快照cache和磁盘子系统中不变的数据块（在备份过程中）。在正常业务进行的同时，利用快照LUN实现对原数据的一个完全的备份。它可使用户在正常业务不受影响的情况下（主要指容灾备份系统），实时提取当前在线业务数据。其“备份窗口”接近于零，可大大增加系统业务的连续性，为实现系统真正的7×24运转提供了保证。

　　快照是通过内存作为缓冲区（快照cache），由快照软件提供系统磁盘存储的即时数据映像，它存在缓冲区调度的问题。

(3)互连技术

　　早期的主数据中心和备援数据中心之间的数据备份，主要是基于SAN的远程复制（镜像），即通过光纤通道FC，把两个SAN连接起来，进行远程镜像（复制）。当灾难发生时，由备援数据中心替代主数据中心保证系统工作的连续性。这种远程容灾备份方式存在一些缺陷，如：实现成本高、设备的互操作性差、跨越的地理距离短（10公里）等，这些因素阻碍了它的进一步推广和应用。

　　目前，出现了多种基于IP的SAN的远程数据容灾备份技术。它们是利用基于IP的SAN的互连协议，将主数据中心SAN中的信息通过现有的TCP/IP网络，远程复制到备援中心SAN中。当备援中心存储的数据量过大时，可利用快照技术将其备份到磁带库或光盘库中。这种基于IP的SAN的远程容灾备份，可以跨越LAN、MAN和WAN，成本低、可扩展性好，具有广阔的发展前景。基于IP的互连协议包括：FCIP、iFCP、Infiniband、iSCSI等。

　　从技术上看，衡量容灾系统有两个主要指标：RPO（Recovery PointObjective）：即数据恢复点目标，主要指的是业务系统所能容忍的数据丢失量。RTO（Recovery Time Objective）：即恢复时间目标，主要指的是所能容忍的业务停止服务的最长时间，也就是从灾难发生到业务系统恢复服务功能所需要的最短时间周期。

(4)数据备份与容灾方案的设计

　　根据网络结构和应用系统的特点，我们从资源数据中心备份容灾和门户网站的备份与容灾二方面目标，以及 RAID 保护、冗余结构、数据备份、故障预警等多方种方式来考虑，设计采用本地容灾和异地容灾两套系统。

　　在数据中心采用磁盘阵列为主要设备，采用 SAN 方式进行本地数据存储，支持 NAS 对远程数据进行异地备份。对门户网站的备份与容灾体现在 Web 服务器和防火墙的冗余备份与流量负载均衡等方面。如图所示。