SAN環(huán)境下數(shù)據(jù)備份和遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)研究論文
摘 要：針對目前的備份技術(shù)存在的問題，提出將多種數(shù)據(jù)備份技術(shù)、備份技術(shù)和容災(zāi)技術(shù)相互結(jié)合運用于數(shù)據(jù)保護中。通過多種備份技術(shù)的結(jié)合運用，可以達到減小數(shù)據(jù)備份窗口、縮短備份數(shù)據(jù)恢復(fù)時間的目的。通過把容災(zāi)技術(shù)和快照技術(shù)的結(jié)合運用，可以最大程度地避免用戶的物理錯誤和邏輯錯誤。
關(guān)鍵詞：SAN；LAN-Free；快照；備份技術(shù)；容災(zāi)技術(shù)
中圖分類號：TP309 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
1.引言
近年來，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為企業(yè)內(nèi)IT系統(tǒng)架構(gòu)的核心和關(guān)鍵。一方面，數(shù)據(jù)的存儲架構(gòu)必須滿足海量數(shù)據(jù)存儲發(fā)展的要求，以SAN（Storage Area Network）為代表的存儲結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為主流的存儲架構(gòu)。另一方面，客戶對數(shù)據(jù)的安全性提出了更高的要求，因此數(shù)據(jù)備份技術(shù)和容災(zāi)技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)保護的主要手段和方法。 一般將備份技術(shù)應(yīng)用在對本地數(shù)據(jù)的保護上，而對于數(shù)據(jù)和應(yīng)用的異地保護，通常使用容災(zāi)技術(shù)。實際上這兩種技術(shù)不是彼此矛盾的，完全可以通過備份、容災(zāi)結(jié)合系統(tǒng)實現(xiàn)兩種技術(shù)的完美結(jié)合。本文通過設(shè)計BADR（Backup & Disaster Recovery）系統(tǒng)，實現(xiàn)容災(zāi)技術(shù)和備份技術(shù)的完美結(jié)合。
2.系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)主要考慮數(shù)據(jù)的安全性和完整性，同時結(jié)合備份技術(shù)和容災(zāi)軟件而設(shè)計。由于這套系統(tǒng)既有備份的功能，又有容災(zāi)的功能，故將這套系統(tǒng)定義為BADR系統(tǒng)。
BADR系統(tǒng)從功能上說有兩部分組成，一部分是系統(tǒng)備份，通過設(shè)計備份策略、編寫備份腳本程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地備份和異地備份。備份策略主要包括數(shù)據(jù)庫的全備份和增量備份。通過備份腳本，確保離線的數(shù)據(jù)保存在磁帶機中。該系統(tǒng)的另外一部分是容災(zāi)功能，可以在本地生成生產(chǎn)卷的快照（或克�。ㄟ^編寫的同步腳本實現(xiàn)快照（或克�。⿵谋镜氐疆惖氐膫鬏敗ADR系統(tǒng)既可以保護一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，又可以保護某一個時間點的數(shù)據(jù)。BADR系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。
圖1 BADR系統(tǒng)拓?fù)鋱D
BADR系統(tǒng)邏輯層次上從低到高依次為存儲層、基于存儲的軟件、光纖交換層、主機卷管理器層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。下面依次說明各層實現(xiàn)的功能。
存儲層：由兩個磁盤陣列系統(tǒng)組成，存儲層存放系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)；
基于存儲的軟件：這一層由多個內(nèi)嵌存儲的軟件構(gòu)成，其中包括生成快照和克隆的軟件；
光纖交換層：由光纖交換機、主機HBA卡等組成，這層主要擔(dān)任數(shù)據(jù)的傳輸?shù)娜蝿?wù)；
主機卷管理器：這層負(fù)責(zé)組織、管理主機硬盤的容量空間；
數(shù)據(jù)層：主要存放所有數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；
應(yīng)用層：在本系統(tǒng)中主要指主機端運行的數(shù)據(jù)庫，
系統(tǒng)由SAN網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)組成。SAN網(wǎng)絡(luò)由磁盤陣列系統(tǒng)、磁帶庫和兩臺光纖交換機組成。把兩臺磁盤陣列系統(tǒng)稱為磁盤陣列A和磁盤陣列B，磁盤陣列A作為本地設(shè)備，磁盤陣列B和磁帶庫作為異地設(shè)備。在系統(tǒng)中把磁盤陣列A稱為生產(chǎn)端，把磁盤陣列B稱為備份端。在以太網(wǎng)絡(luò)上，連接多臺服務(wù)器（包括Window服務(wù)器、Unix服務(wù)器）。在備份客戶端安裝數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的容量達到200G。這些服務(wù)器充當(dāng)生產(chǎn)主機和備份客戶端。
在磁盤陣列上安裝快照軟件和容災(zāi)軟件，由快照軟件生成生產(chǎn)卷的快照，由容災(zāi)軟件完成在兩臺磁盤存儲設(shè)備之間卷級別的數(shù)據(jù)復(fù)制。兩端數(shù)據(jù)的一致性通過卷級別的數(shù)據(jù)復(fù)制得到了保證。磁帶庫連接到SAN網(wǎng)絡(luò)，用來備份在磁盤陣列生成的快照。在備份服務(wù)器安裝備份軟件的服務(wù)器端，通過備份服務(wù)器端管理所有的備份作業(yè)和磁帶庫。
系統(tǒng)的主要實現(xiàn)通過磁盤快照技術(shù)、SAN備份技術(shù)和容災(zāi)技術(shù)。系統(tǒng)完成的主要功能有：
�。�1）通過備份軟件對服務(wù)器運行的'數(shù)據(jù)庫做全備份,將該全備份集備份到磁帶機上；對數(shù)據(jù)庫在盤陣上的數(shù)據(jù)源Lun做快照，然后使用備份軟件將快照備份到磁帶機上。
計算并對比兩種方法的時間。為了驗證備份的完整性，分別測試將磁帶機上數(shù)據(jù)庫的全備份和快照Restore到原數(shù)據(jù)庫，測算兩種方法所用的時間。
�。�2）通過利用容災(zāi)軟件，將磁盤陣列A的快照鏡像到磁盤陣列B中。通過將該Lun綁定到主機端，來確認(rèn)兩端數(shù)據(jù)的完整性。
�。�3）使用容災(zāi)軟件，將磁盤陣列A的生產(chǎn)卷的克隆鏡像到磁盤陣列B中。通過將該Lun綁定到主機端，來確認(rèn)兩端數(shù)據(jù)的完整性。
3. BADR系統(tǒng)的模塊設(shè)計
BDAR系統(tǒng)由三個模塊組成，即：快照備份模塊、鏡像快照模塊和鏡像克隆模塊。
快照備份模塊實現(xiàn)兩種備份技術(shù)的組合應(yīng)用。首先使用基于LAN-Free的磁帶備份技術(shù)對客戶端的數(shù)據(jù)庫作全備份，隨后使用磁帶機上的全備份集對數(shù)據(jù)庫做Restore；第二組中先對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源Lun做快照，然后利用LAN-Free備份技術(shù)將該快照備份到磁帶庫中，隨后Restore該快照到生產(chǎn)機上運行的數(shù)據(jù)庫中，使用數(shù)據(jù)庫的回滾功能（Rollback）恢復(fù)數(shù)據(jù)庫到某個時間點。
鏡像快照模塊實現(xiàn)容災(zāi)技術(shù)和快照技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。在磁盤陣列A端對某個被鏡像的Lun做的快照，可以通過容災(zāi)軟件鏡像到磁盤陣列B端。這樣就保存了源端的Lun的某個狀態(tài)。當(dāng)然也可以使用LAN-Free技術(shù)把這個快照備份到磁帶機上。快照具有數(shù)據(jù)量小的特點，一般快照只有源卷的20%大小，這樣通過容災(zāi)軟件傳送的話，傳送的數(shù)據(jù)量不大。本地模擬環(huán)境下傳送20M的快照數(shù)據(jù)用時大約5分鐘。在數(shù)據(jù)被容災(zāi)軟件復(fù)制到異地后，通過備份軟件備份該快照的鏡像到磁帶機。容災(zāi)軟件具有反向同步功能，即把原來的備份端提升為生產(chǎn)端，從新的生產(chǎn)端向原來的生產(chǎn)端實時復(fù)制。當(dāng)生產(chǎn)端出現(xiàn)故障后，可以先把快照使用Lan-free技術(shù)恢復(fù)到備份端盤陣，再使用容災(zāi)軟件復(fù)制回生產(chǎn)端。這種數(shù)據(jù)保護方式的最大好處是在在生產(chǎn)端出現(xiàn)故障時，由于有生產(chǎn)端的快照存放在異地，可以使用這個快照恢復(fù)生產(chǎn)端數(shù)據(jù)到生成快照的時間點�？煺毡蝗轂�(zāi)軟件鏡像，也可以對該鏡像進行備份。這樣做帶來的好處是備份過的快照又完全可以恢復(fù)到磁盤陣列B上，通過容災(zāi)軟件還可以還原回生產(chǎn)端，也就是磁盤陣列A上。
鏡像克隆模塊將生產(chǎn)卷的克隆通過容災(zāi)軟件鏡像到備份端，然后再通過備份軟件備份到磁帶機上。這種技術(shù)是對生產(chǎn)卷的整個卷做了實時復(fù)制。由于克隆數(shù)據(jù)量要遠(yuǎn)大于快照，所以傳送耗時要長。此外，克隆所需的空間是和源卷一樣大小。容災(zāi)軟件可以進行增量拷貝，就是把數(shù)據(jù)的改變量也同步到備份端的盤陣空間上。這樣通過容災(zāi)技術(shù)，在備份端的磁盤空間總是保存最新的生產(chǎn)端數(shù)據(jù)卷狀態(tài)。
如果空間允許，可以保留生產(chǎn)卷的兩個副本，即本地的克隆卷通過容災(zāi)軟件復(fù)制到備份端磁盤空間的鏡像卷和本地克隆卷的鏡像卷。盡管占用較多的空間，但是對于關(guān)鍵應(yīng)用和關(guān)鍵數(shù)據(jù)來說，以空間的代價帶來數(shù)據(jù)的安全也是值得的。
在數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)過程中，如果結(jié)合使用盤陣的快照技術(shù)和LAN-Free技術(shù)，可以明顯提高備份速度。相對單純使用LAN-Free備份，這種兩種技術(shù)結(jié)合使用帶來的好處是顯而易見的。它能明顯提高備份速度，大大降低備份窗口的大小。在進行數(shù)據(jù)恢復(fù)時，時間也可以明顯縮短。
將快照技術(shù)和容災(zāi)技術(shù)結(jié)合使用，可以保證在生產(chǎn)端出現(xiàn)問題時，利用已經(jīng)備份在備份端磁帶庫中的生產(chǎn)卷快照，迅速恢復(fù)生產(chǎn)卷數(shù)據(jù)的狀態(tài)。
4.BADR系統(tǒng)實現(xiàn)
系統(tǒng)實現(xiàn)主要通過兩個軟件工具，即RMAN備份腳本和CLI軟件工具。RMAN是數(shù)據(jù)庫提供的備份標(biāo)準(zhǔn)接口，通過編寫RMAN工具來完成快照的備份和恢復(fù)；CLI軟件工具是磁盤陣列提供的軟件接口工具，通過CLI編寫程序完成快照的生成和啟動過程。下圖是系統(tǒng)實現(xiàn)的框圖：
圖2 系統(tǒng)實現(xiàn)框圖
利用RMAN進行備份恢復(fù)的條件是：
（1）建立一個recovery_catalog，存放RMAN使用和維護的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的信息，RMAN使用這些信息去決定如何執(zhí)行備份和恢復(fù)的請求。
（2）目標(biāo)數(shù)據(jù)庫必須是在archivelog模式下運行。只有這樣，日志才能歸檔，而RMAN正是利用歸檔日志進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，所以這是一個必備條件。同時archivelog模式也是數(shù)據(jù)庫在線備份的必備條件。
�。�3）RMAN備份中，如果采用磁帶機備份，需要安裝第三方介質(zhì)管理庫（MML）�；謴�(fù)管理器保存在RMAN中注冊的全部數(shù)據(jù)庫的記錄。當(dāng)RMAN被用來啟動備份或恢復(fù)數(shù)據(jù)庫時，它將目標(biāo)數(shù)據(jù)庫與恢復(fù)目錄中可用的數(shù)據(jù)庫ID進行驗證。如果條件一致，RMAN對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫至少建立兩個通道，其中一個通道只是對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的一個遠(yuǎn)程調(diào)用，使用PL/SQL接口來執(zhí)行備份與恢復(fù)操作。
使用備份軟件對數(shù)據(jù)庫做全備份，見圖3。
圖3 數(shù)據(jù)庫全備份
如上圖所示，數(shù)據(jù)庫在備份軟件的控制下，備份到EXB-220磁帶機中。備份方式采用數(shù)據(jù)庫全備份方式，數(shù)據(jù)庫容量約為200GB，完成備份所需時間為兩個小時。
參考文獻：
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