随着计算机应用在各行各业的不断深入,数据的有效利用、安全可靠、高效管理等越来
越引起计算机系统建设决策层、系统日常维护人员及应用人员的重视。自动备份、高可用系
统、灾难恢复中心等相关技术逐渐被业界认识或采用。
一、数据管理技术及其解决的问题
1.双机热备份技术
双机热备份技术是国内对于相关技术的俗称。在国外,一般称为高可用系统(High Aval
ability System),国内有的称为数据容错技术、系统双工技术、簇技术等。这些名词在实际
含义上各有一些不同点。它的基本原理是指同一个计算机应用软件系统,采用两个或两个以
上的主机/服务器硬件系统来支持。当主要的主机/服务器发生故障时,通过相应的技术
,由另外的主机/服务器来承担应用软件运行所需的环境。因此,它主要解决的问题是保持
计算机应用软件系统的连续运作。对于一些柜台业务系统、大数据量连续处理系统来说这种
数据管理是必不可少的。目前,这项技术已在我国得到了广泛的应用。
2.数据备份和归档技术
国内通常将这类技术称为冷备份,国外称为数据存储管理(Data Storage Management)。
它通常是将计算机系统硬盘中的数据,通过适当方式,保存到软磁盘、磁带或目前正在兴起的
可擦写光盘片中,从而为硬盘中的数据保留一个后援数据,以期在硬盘数据遭破坏或需要用到
已经从硬盘中删除了的数据时,对数据进行恢复。由于对计算机硬件可靠性的过度信赖及管
理制度上的相对落后,这项技术目前往往不被系统建设者或相关人员所重视,尚未成为系统建
设模式中的有机组成部分,是一个薄弱环节,它使计算机系统的应用存在着较大隐患,应当引
起各级人士的高度重视。
3.HSM分级存储管理技术
分级存储管理技术从原理上讲就很吸引人。它将计算机系统内存数据和硬盘数据的管理
方式,延伸到硬盘和后援的磁带库、光库盘等存储设备上,使计算机数据的分布更趋合理,即
最常用的数据放在内存中,经常用的数据放在硬盘中,而其它数据放在后援存储设备上,就像
通常在内存中保留硬盘数据的一个标志,而使用户忽略数据的真正分布位置一样。HSM技术使
硬盘中只保留那些不常用的数据文件名的标志,而将数据迁移到后援存储设备上。用户在用
到这些文件时,由HSM负责将文件从后援存储设备搬迁到硬盘上。因此,数据的分布对用户是
透明的。
HSM技术首先应用在主机系统中,随着大型关系型数据库系统的应用和磁盘阵列技术的发
展,这一技术在Unix平台中的应用面临着较大的挑战。
4.其它数据管理技术
随着计算机软、硬件应用技术的不断提高,一些相关的数据管理技术不断面世,如数据库
在线复制技术、智能数据修复技术、逻辑数据技术等。
二、双机热备份与数据存储管理的联系和区别
有人经常感叹计算机系统建设的复杂性和无止境,不明白已经投资了双机或多机进行系
统热备份,为什么还要投资数据存储管理。
作为数据管理的两个重要环节,双机热备份系统与数据存储管理系统都是对数据进行管
理。只有实现了系统的正常运行,才能保证数据存储管理的制度化和科学化,保证数据的安全
可靠,因此,两者有着广泛的联系。但是,我们更应该看到它们之间存在着根本的区别。
1.解决的问题不同
数据存储管理主要面向三方面的需求:
(1)提供数据中心的概念
通过数据备份,不仅可以保留现存硬盘数据的一份拷贝,还可以保留众多的历史数据,从
而为计算机系统的长期使用提供了数据基础。
(2)面向灾难恢复
保留一份硬盘数据的后援备份,可以实现小到系统误操作,大至由非计算机系统因素引起
的灾难,如火灾、地震后的数据恢复和系统重建。
(3)有利于应用系统数据的安全检查
通过保留各个时间点的计算机系统数据,可以检查连续运行的数据库的数据安全。对于
像证券业这样的系统,这种方法对保留各个时间点的数据尤其重要。
双机热备份主要解决系统连续运行的问题。
因此,从解决问题的角度看,两者具有根本的区别,不能互相替代。
2.采用的技术不同
双机热备份主要采用数据镜像、自动切换等技术,而数据存储管理主要是利用现有的大
容量存储设备,以实现全自动、无人干涉的数据备份。
因此,双机热备份和数据存储管理作为数据管理的有机组成部分,由于面向不同的应用在
各方面都存在着区别。
三、双机热备份模式及特点分析
双机热备份系统的实施是国内用户在系统建设时比较重视的一个方面,目前,基本上已成
为系统建设的一个必要部分。
1.IBM AS/400平台上的双机切换模式
国内在AS/400平台上普遍采用两台机器的双机切换方式,一台称作生产机,另一台称作备
份机。每台机器均有各自的硬盘、CPU、通信系统等设备,它们的运行环境不一定完全相同但
都可以运行用户的应用。这种方式主要借助于AS/400本身的一些机制,比如用Journal来捕捉
数据的更改,利用通信系统将修改后的数据实时传输到备份机中相应的数据库文件中去。
这种方式的最大特点是系统完全独立,可支持远程热备份。采用这种方式时应考虑以下
几方面因素:
(1)通信的可靠性及效率
由于数据的唯一通道是通信线路,所以,线路的效率低势必成为通信的瓶颈。另外,不可
靠的通信也可能造成数据丢失。因此,通信线路常选用面向连接的远程通信或Token Ring等
局域网通信,并有备份线路。为保证数据安全,也常采用缓存技术。
(2)切换问题
在平时,业务集中于生产机上运行,一旦灾难发生,则要求在较短的时间内(通常在十几分
钟内)将主要业务用户切换到备份机上。这就要求做到:有切换硬件的开关设备、在备份机中
事先已建好通信配置、用户及用户的密码已实时备份或能临时迅速处理等。
(3)冗余问题
显然,两台昂贵的系统中只有一台用于业务,这对许多用户而言是难以承受的。但可以利
用灾难的概率特性,采用多对一备份、一对多备份及双机互为备份等手段来降低冗余度。
目前,国内许多银行已采用了双机切换的环境,并一直在使用这一环境来保护重要业务。
请注意,是保护重要业务而不仅仅是数据。业务是否能连续、正常地运转,对一个商家而言意
味着信誉的得失。
2.Unix平台下的共享磁盘阵列模式
随着大容量磁盘阵列技术的不断发展和成熟,目前,在Unix平台上,国内普遍采用共享磁
盘阵列来实现双机热备份。
这种方式将应用系统数据库放置在共享磁盘阵列,两台机器共享数据。目前,通过RAID技
术可自动在共享磁盘中复印数据库,以防止共享磁盘损坏对数据的破坏。从技术细节上说,这
种方式在具体实现时还有一些区别。目前,有些用户仍是将共享硬盘分成不同的区,划归给不
同的机器。
这种方式的特点与第1种方式正好相反。由于SCSI线的技术限制,它难以实现远程热备份
,从而无法消除火灾、爆炸等非计算机因素的隐患。
3.Windows NT平台双机热备模式
由于Microsoft对一些技术难点的突破(如稳定性、安全性等),NT平台正迅猛发展,很多
企业正逐渐将其核心业务移到NT平台上。因此,双机热备份也成为NT网络系统建设的热门话
题。
对于NT平台的PC服务器来说,相对昂贵的磁盘阵列成为共享阵列方式双机热备份模式的
一大障碍。相反,双机切换模式由于其支持远程、实施简单、切换可靠而逐渐受到青睐。
4.国内普遍存在的误区
(1)以为有了双机就有了一切
上面已经说明,双机热备份只解决系统运行中有限的问题。要使计算机系统正常运行,采
用严格细致的管理制度是任何技术也难以替代的。需要双机,更需要管理制度。
(2)过分、片面地强调自动切换功能
一些初步探讨双机热备份技术的人员对自动切换表现出过分的热情。有人曾经这样要求
,如果我的应用程序出了错,你能不能让我实现切换。也有人提出,为了使业务真正无缝,切换
最好在几秒钟内完成。需要指出的是,将应用系统从一台主机切换到另一台主机是一件十分
严肃的事情。此决定应该由系统管理高层人员做出。如果由于计算机网络的瞬间波动或主机
的局部损坏而进行业务切换,将会使计算机系统陷于动荡之中。
(3)认为远程双机热备份系统就是灾难恢复中心
有人认为,有了远程双机热备份,当一个地点发生系统灾难时,另一地点就会替代工作,从
而避免了灾难。其实,灾难恢复中心考虑的是怎样建立一套完善的机制,以便迅速有效地恢复
系统,保证计算机系统运行的可靠性、安全性,它的实际内涵要复杂得多。
四、双机模式相关产品简介
1.AS/400平台与LakeView公司的MIMIX产品
在AS/400平台上,国内采用最多的是美国LakeView公司的高可用软件产品MIMIX。该产品
自1993年前后引入中国以来,引起了业界和用户的高度关注。目前已基本成为IBM公司及其代
理商向用户推荐高可用产品的标准。该产品主要包括以下三个模块:
(1)MIMIX/400
该模块利用AS/400的Journal机制,实时捕捉数据更改,利用AS/400的通信机制将数据实
时备份到备份机中。它可以允许两条通信线路互为备份。另外,在备份模式上支持多到
一、一到多、双向、双机、多机菊花链式备份。
(2)MIMIX/Object
该模式与MIMIX/400的备份机理和模式类似,但主要备份业务主机的通信配置、用户口令
、程序的更改等信息,以保证在灾难来临时业务的连续性。
(3)MIMIX/Switch
该模块主要用于配合前两个模块,在灾难发生时自动或手动地将与主要业务有关的通信
设备切换到备份机,以保证业务用户能连接到备份机,并继续其业务。
2.Unix各系统厂商提供的相应产品
Unix各系统厂商,如IBM、HP、Sun、DEC等,各自开发或OEM了共享磁盘阵列模式的双机热
备份产品,使这种模式成为Unix平台的主流。如IBM公司的HACMP,既支持RAID0方式,又支持A
ID5方式。
3.Qualix公司的Qualix HA
美国Qualix公司的Qualix HA是世界上比较著名的独立Unix双机热备份产品供应商。它
的产品模式是支持远程热备份的双机切换模式,同时,该产品也是Sun公司、HP公司Unix机型
的OEM供应商。继1996年成功收购Octopus技术公司以后,它的产品系列已经覆盖了主流的开
放平台操作系统。
4.Octopus for Windows NT产品
该产品最早是由美国Octopus Technology Inc.公司开发的,是Windows NT平台上采用完
全双机切换模式的高可用性系统。1996年,该产品在'96美国Comdex上获得最佳应用软件奖后
,立即风靡全球。被Qualix公司收购之后,该产品吸收了Unix一些成功的技术,进行了大幅度
的升级,在其最新的Octopus3.0中可以支持一对多、多对一、双向等功能。
五、数据存储管理模式及相关产品
数据存储管理随着网络环境的不同,其模式的建立多种多样,需要考虑的因素也更加复杂
。
1.集中式网络环境下的数据存储管理
集中式网络环境是指应用软件与其生成的数据集中分布在一台主机上,也许此时还有另
一台备机作为这台主机的热备份机,以支持系统的连续运行。
早期建立应用开发模式的大型机、IBM AS/400小型机上均采用这种方式。目前,有些Ui
x应用系统虽采用客户/服务器体系结构,但数据处理程序和生成的数据都集中在后台服务器
中,从数据管理的角度看,也可以将其看作集中式网络环境。一些小型的NT和NetWare网络也
基本采用这种网络环境。
(1)大型机、IBM AS/400小型机上的数据存储管理模式
在国外,大型机(Mainframe)、中小型机是早期企业核心业务运行的主要机型。在这些机
器中,系统供应商提供了比较完善的数据存储管理机制,以保护企业的核心数据,与之相连的
往往是如Memorex、StorageTek、IBM等厂商供应的大型带库(国外称作SILO)。这些带库有自
己的主控台,管理带库中上千卷的磁带。美国CA公司也是大型机数据管理软件的主要供应商
。
(2)Unix小型机上的数据存储管理模式
随着计算机技术的发展,计算机应用系统的平台下移,各Unix小型机上逐渐有了一些企业
的核心业务,数据存储管理也变得十分重要起来,各系统厂商除了在操作系统中提供基本的数
据备份工具以外,开发或OEM了一些专门的数据存储管理软件,提供给用户,如IBM的ADSM、H的
OmniBack、Sun的Solstice(Legato公司OEM产品)、DEC的NetWorker(Legato公司OEM产品、S
GI的IRIX NetWorker(Legato公司OEM产品)等。这些产品提高了对本系统服务器的全自动备
份功能,并大多可以支持部分大容量存储设备,如带库的自动操作。
另外,一些独立软件厂商,如美国Legato系统公司,除提供OEM产品外,也提供了支持各种
平台并适合集中式网络环境的产品。
(3)NetWare平台上的数据存储管理模式
NetWare平台上往往运行着企业的一些基本业务,国内很多应用在起步时也往往使用NeW
are网络。因此,建立数据存储管理制度,无论从安全性、数据恢复等角度都是极为必要的。
NetWare操作系统提供了SMS管理工具,实现了简单的数据管理。独立的软件厂商,如美国Chy
enne公司(1997年初被美国CA公司收购)的ArcServe软件,在这一领域占有全球约60%多的市场
份额。该产品自1996年4月进入中国以来,已逐渐占据了这一平台市场的主导地位。其产品的
主要特点是性能简单、易于使用。
(4)NT平台的数据存储管理模式
NT平台在国内的应用发展极其迅速,一些应用已成为企业的核心业务系统。因此,对良好
的数据管理软件的需求也逐渐增大。目前,国内在这一市场上的竞争几乎与国外同步。Legt
o公司的NetWorker性能优良,功能强大,ArcServe界面直观,易于使用。美国Seagate Softar
e公司于1996年成功地收购了在低平台数据存储市场著名的Arcada公司后,将NT平台上的该产
品作为其进入中国市场的突破口,可谓来势凶猛,给用户较大的选择余地。
在存储媒体的选择上,对于集中式网络环境,目前主要有各厂家提供的磁带机、可读写光
盘机。HP公司提供了内装6盘磁带的自动加载磁带机(Autoloader),满足了大数据量应用环境
的数据备份要求,在软件的支持下可实现自动换带,无人值守,这在国外应用得非常普遍。
2.分布式网络环境下的数据存储管理
随着分布式网络环境在系统建设中不断被采用,用户越来越重视应用系统的先进性,而构
造应用系统的硬件平台却不再统一。对一个银行用户来说,可以用不同厂商的Unix小型机处
理储蓄、对公、信用卡、清算、汇兑等业务,而银行可能已经有NetWare的办公自动化系统又
新建了Windows NT电子邮件系统。因此,计算机系统处于多服务器、跨平台、多应用的状态
。
对于分布式网络环境来说,数据分布在不同平台的机器上,如果采用集中式网络环境的数
据管理方式,就会大大增加系统维护人员的工作量,降低数据的安全性。同时,各平台的数据
格式不一致,会给磁带、光盘等的管理带来极大的麻烦。因此,应用数据分布而数据管理相对
集中的模式,就成为分布式网络环境下数据存储管理的首选模式。在这一网络环境下,占据全
球66.4%市场份额的美国Legato Systems Inc.的NetWorker数据存储管理系统,自1996年初进
入中国以来,已占据了几乎全部的市场份额。它的基本概念是选择网络中的一台服务器或新
增加一台/多台服务器作为数据管理服务器,在其上连接用于数据存储的大容量存储设备,如
磁带库或光盘库,安装NetWorker的服务器端软件,而在其它应用服务器或需要进行数据管理
的客户端,根据其相应的操作系统安装相应的软件模块ClientPak,从而实现对整个网络中数
据的有效管理。
由于分布式网络环境相对复杂,在建设和使用数据存储管理系统时应考虑以下一些策略
因素。
(1)备份服务器选择策略
究竟是选择网上的一台应用服务器兼作数据管理服务器,还是增加一台独立的服务器作
为数据管理服务器?对于这一问题,应根据应用的性质来分析。
如果数据备份主要是作为业务处理系统的数据后援,在正常业务运作时很少进行恢复,如
一些以数据库应用为主的业务系统,像银行的综合业务系统、证券处理系统、邮电计费系统
等,则可以选择业务处理服务器作为备份服务器。这样,一方面可以降低投资,另一方面可以
提高数据备份的效率。
如果业务是以数据处理为主,如CAD系统、气象和石油数据处理系统,在日常工作中会经
常进行数据的存储和恢复操作,则最好选择专门的服务器作为数据管理服务器。
(2)存储媒体选择策略
对于选择什么样的存储媒体来存放数据,则需要考虑的因素很多。本人认为,首先要根据
业务性质来选择合适的存储介质,然后根据数据量及备份日程表选择设备容量,并根据极限备
份量选择驱动器数量,在投资许可的情况下选择合适的存储设备。从存储介质看,目前主要有
磁介质和光介质。磁介质技术有4mmDAT、8mm、DLT、QIC、1/2英寸及3590技术等,各有优势
和弱点。光介质中目前最适合做数据管理的是可读写光盘(MO)。用户在选择时应认真分析从
中选择合适的产品。
(3)时间窗口瓶颈分析策略
随着数据量的不断增大,在网络环境下用于数据管理的时间窗口越来越小,有时甚至成为
瓶颈。有人总是把磁带机处理速度看成是造成瓶颈的主要原因,花了不少钱买更高速的磁带
机,但并没有起到明显的效果。影响备份效率的主要因素有以下三个:一是软件支持下CPU处
理数据转换的能力;二是网络的传输速率;三是磁带机存储速度。在发现备份时间不能满足要
求时,应认真分析,确定哪一点是真正的瓶颈所在,并进行合理的改进。
(4)备份时间表选择策略
国内不少用户对增量备份表现出过分的热情,总是希望每天的备份量越小越好。这也许
是理念上的区别。在国外,系统管理员更加注重的是恢复过程的简捷,因为备份是一个日常工
作,可以通过技术来实现备份自动化,提高备份效率,缩小备份时间,而恢复是瞬间灾难发生时
必须即时处理的事件,只有用最简捷的方法迅速恢复数据,才能将损失降低到最小,系统管理
员才能尽到自己的职责。而太多的增量备份势必使恢复过程繁琐,因为恢复必须从最初的一
个全备份开始,逐级恢复各个增量备份,以回到离当前最近的一个状态。这就是国外往往选择
大型的存储设备,几乎每天都对一些关键性核心业务系统做全备份的原因。我认为,要提高我
们的系统运行水平,必须改变某些观念,当然这牵涉到广泛的社会问题。
六、结语
数据管理是计算机系统应用中不可缺少的重要环节,双机热备份和数据存储管理是其两
个重要的基础的组成部分。双机热备份已逐渐成为国内系统的模式(这一点也许比国外先进
),但数据存储管理也应引起业界的高度重视,它理应成为系统建设中的一个有机的组成部分
。实施数据存储管理,不仅仅是技术和投资的问题,更是某些观念上的革新,只有这样,才能使
我国的计算机系统建设向更加实用的方面迈进。
