存储备份基础知识

1、存储备份基础知识,数据安全与灾难备份,?,灾难,(Disaster),：,是指由于人为或自然的原因，造成信,息系统运行严重故障或瘫痪，使信息系统支持的业务功,能停顿或服务水平不可接受，达到特定的时间的突发性,事件，通常导致信息系统需要切换到备用场地运行。,?,灾难备份,(Backup for Disaster),：,是指利用技术、管,理手段以及相关资源，确保已有的关键数据和关键业务,在灾难发生后在确定的时间内可以恢复和继续运营的过,程。,?,灾难恢复,(Disaster Recovery),：,是指将信息系统从灾,难造成的故障或瘫痪状态恢复到可正常运行状态，并将,其支持的业务功能从灾难造成的不

2、正常状态恢复到可接,受状态的活动和流程。,备份的正确认识,?,拷贝不等于备份,?,磁盘阵列不等于备份,?,集群,(Cluster),不等于备份,?,光盘库存储不等于备份,?,备份的特点,备份可保留档案的历史记录,备份可保存目录服务记录及重要的系统信息,?,能够恢复的备份才叫备份,备份技术概述,?,?,备份的内容,?,重要数据的备份：重要的数据或数据库,；,?,系统文件的备份：例如注册表、,System.ini,、,Win.ini,等系统核心,文件,；,?,应用程序的备份：用户的应用程序,；,?,整个分区或整个硬盘的备份：就是平时所说的系统镜像,；,?,日志文件的备份：动态在线备份,。,备份的层

3、次,?,软件级,:,通过某种备份软件将系统数据保存到其他介质上，当,系统出现错误时可以再通过软件将系统恢复到备份时的状态,?,硬件级,:,用冗余的硬件来保证系统的连续运行，如果主硬件损,坏，后备硬件马上能够接替其工作,?,人工级,?,?,?,备份的方式,?,完全备份,:,将系统中所有的数据信息全部备份,?,增量备份,:,只备份上次备份以后变化过的数据信息,?,差额备份,:,只备份上次完全备份以后变化过的数据信息,备份的类型,?,冷备份,:,在没有最终用户访问的情况下关闭数据库，并将其备,份,?,热备份,:,正在写入的数据更新时进行备份,?,逻辑备份,:,使用软件技术从数据库提取数据并将结果写入

4、一个,输出文件,网络备份的功能,?,集中式管理网络,:,备份管理系统对整个网络的数据进行管理,?,全自动的备份,:,根据用户的实际需求，定义需要备份的数据，,然后以图形界面方式根据需要设置备份时间表，备份系统将自,动启动备份作业，无需人工干预,?,数据库备份和恢复,?,归档管理,:,用户可以按项目、时间定期对所有数据进行有效的,归档处理,容灾与备份的关系,?,容灾与备份的区别,从定义上看，备份是指用户为应用系统产生的重要数据（或者原有的重要,数据信息）制作一份或者多份拷贝，以增强数据的安全性。因此，备份与,容灾所关注的对象有所不同，,备份关系数据的安全，容灾关心业务应用的,安全,，我们可以把,

5、备份称作是“数据保护”，而容灾称作“业务应用保,护”。,?,容灾与备份的联系,备份与容灾是存储领域两个极其重要的部分，二者有着紧密的联系。,首先，在备份与容灾中都有,数据保护工作,。其次，备份是存储领域的一个,基础，在一个,完整的容灾方案中必然包括备份,的部分；同时,备份还是容灾,方案的有效补充,，因为容灾方案中的数据始终在线，因此存储有完全被破,坏的可能，而备份提供了额外的一条防线，即使在线数据丢失也可以从备,份数据中恢复。,RTO,与,RPO,区别,RTO,：（,Recovery Time Object,，恢复时间目标,）是指信息系统从灾难,状态恢复到可运行状态所需的时间，用来衡量容灾系统

6、的业务恢复能力；,RPO,（,Recovery Point Time,，恢复点目标）是指业务系统所允许的在灾难,过程中的最大数据丢失量,，用来衡量容灾系统的数据冗余备份能力；,HA,?,?,?,双机集群的磁盘阵列技术,?,双机系统是由两台服务器和共享存储子系统组成的,?,在双机系统中，每台主机至少安装两块网卡，一块连接到网络上，,对外提供服务，另一块相互与另一台主机连接，用于侦测对方的,工作状况；每台主机都连接在共享磁盘子系统上。共享磁盘子系,统通常为有容错功能的磁盘阵列，各种应用所需的数据均存储在,磁盘阵列子系统上,Active/standby,模式,?,两台服务器一主一备。系统正常运行时，

7、主服务器处于工作状态,（,Active,），另一台服务器则处于备用（,standby,）状态；当主服,务器出现故障不能提供相关服务时，由备用服务器接替主服务器,工作，从而实现容错功能,Active/Active,模式,?,正常运行时，两台服务器都处于工作状态，提供相同的或不同的,服务：当其中任何一台服务器出现故障时，它所承担的工作被对,方所接替，使服务不被中断,数据保护技术,CDP,CDP,，,Continuous Data Protection,，即持续数据保护。,SNIA,数据保护论坛（,DMF,）的持续数据保护特别兴趣小组,（,CDP SIG,）对,CDP,的定义是：“,持续数据保护是一

8、套方,法，它可以捕获或跟踪数据的变化，并将其在生产数据之外独,立存放，以确保数据可以恢复到过去的任意时间点。,持续数据,保护系统可以基于块、文件或应用实现，可以为恢复对象提供,足够细的恢复粒度，实现几乎无限多的恢复时间点。”,RAID,技术,?,独立磁盘冗余阵列（,Redundant Array,of Independent Disks,，,RAID,），其最初,所指为廉价磁盘冗余阵列。,RAID,技术,允许将一系列磁盘分组，以实现提高,可用性的目的，并提供为实现数据保,护而必需的数据冗余。,RAID,一般是通,过磁盘阵列卡控制,SCSI,磁盘驱动器来实,现的。,RAID,的实现方式,?,?,

9、?,RAID,的软硬件实现方式及其差别,?,RAID,硬件阵列是使用专门的磁盘阵列卡来实现的,?,RAID,软件阵列是通过支持,RAID,的操作系统进行配置和管理而实,现的,所有的,RAID,系统共同的特点，也是其真正的优点则是“热交换”能,力：用户可以取出一个存在缺陷的驱动器，并插入一个新的予以更,换,硬件实现：内置,(,集成,)RAID,控制器和外置,RAID,控制器,?,内置,RAID,控制器通常是以常用的卡件形式插接在计算机主板上，,集成,RAID,控制器则是由主板厂商直接把控制芯片集成在主板上,?,外置,RAID,控制器包括从控制器到硬盘等一套设备,RAID,相关技术,?,磁盘镜像技

10、术,?,磁盘镜像就是在一台服务器内安装两个（或者多个）独立的,硬盘，即用一块磁盘控制器连接两个性能相同的硬盘。当系,统工作时，将数据同时存入这两个硬盘，这两份数据称为镜,像关系。当一个硬盘出现故障时，可以使用另一个硬盘，从,而保证网络系统正常运行,不必把数据镜像，对整个硬盘的数据进行奇偶校验运算，只,需一个硬盘就能保证数据完整性，这就是奇偶校验技术相对,于镜像技术的优势,条块（,Striping,）技术是把进入,RAID,控制器的数据分割成很多,部分，每一部分为一个条块，再采用并行处理方式把条块数,据分布到,RAID,阵列的所有驱动器上,?,奇偶校验技术,?,?,条块技术,?,RAID,相关技

11、术举例,?,RAID,磁盘镜像原理,?,RAID,阵列条块技术示意,图,RAID,的级别（,1,）,?,RAID,技术是一种工业标准，但各厂商对,RAID,级别的定义不尽,相同。目前对,RAID,级别的定义可以获得业界广泛认可的有,4,种，即,RAID0,、,RAID1,、,RAID10,和,RAID5,?,RAID0,：在阵列中采用了条块算法，即读,/,写数据时多块硬,盘同时操作，数据被分散地写在各个硬盘上,?,RAID1,：是指两块硬盘数据进行完全镜像，即通常说的磁,盘镜像,?,RAID10,：即,RAID0+1,。综合了,RAID1,和,RAID0,的特点，独立,磁盘配置成,RAID0,

12、，两套完整的,RAID0,互相镜像（,RAID1,）,?,RAID5,：是将各块独立硬盘进行条块化分割，相同的条块,区进行奇偶校验，校验数据平均分布在每块硬盘上,RAID,的级别（,2,）,?,?,RAID3,是另外一种,RAID,级别，它和,RAID5,的机制相同，不同的,是，它把校验数据完全放在一块硬盘上，而不是像,RAID5,那,样分散开来。,RAID3,技术不很常用。,RAID1,，,RAID3,，,RAID5,及,RAID10,阵列配合硬盘热插拔技术，,可以实现数据的在线恢复，即当,RAID,阵列中的任何一块硬盘,损坏时，不需要用户关机或停止应用服务，就可以更换故障,硬盘，系统会通过

13、校验计算自动恢复相应硬盘上的数据，从,而不中断操作系统和应用系统的运行，对实现高可靠、高可,用系统具有重要的意义。但由于,RAID0,的无数据冗余条块技,术特性，硬盘热插拔技术对于它没有任何意义。,各,RAID,级别的比较,RAID,级别,名称,允许故障,RAID0,条块,否,RAID1,镜像,是,RAID3,专用校验块,是,RAID5,分散校验条块,是,冗余类型,热插拔操作,硬盘数量,可用容量,减少容量,读性能,随机写性能,连续写性能,典型应用,无,不可,一个以上,最大,无,高,最高,最高,无故障的迅速读,写,副本,可以,两个,最小,50%,中间,中间,中间,允许故障的小文,件、随机数据写,

14、入,校验,可以,三个以上,中间,一个磁盘,高,最低,低,允许故障的大文,件、连续数据传,输,校验,可以,三个以上,中间,一个磁盘,高,低,最低,允许故障的小文,件、随机数据传,输,DAS,存储技术,?,DAS,存储拓扑结构。,DAS,是指直接将存储设备连接到,服务器上，连接方式有两种，即,SCSI,线缆,和,光纤通道,。,如下图所示：,DAS,存储方式的特点,?,优点：由于,DAS,是采用传统的连,接方法，即每个服务器或客户,端各自连接自己的,DAS,设备，使,得,DAS,设备在安装的时候不必考,虑其他服务器或客户端对其的,影响，网络架构有固定的模式,可以套用；,DAS,的主要优点是价,格低廉

15、、配置简单、使用方便；,另外，,DAS,通常被用于单一主机,或双机系统中，用于增加硬盘,存储容量和提高系统的可用性,及可靠性。,?,缺点：,DAS,对于大量数据的集中,管理显得力不从心，不能适合将,分散存储的数据集中起来统一管,理的需求。,?,?,?,?,?,不能提供不同操作系统下的文,件共享,当存储容量不足时，想在网络,中添加新的,DAS,设备的时候就会,遇到麻烦,每做一次数据整理或设备维护，,需要耗费大量的人力物力，有,时结果却事倍功半,往往采用数据备份来保护数据,加重了服务器负担,当并发用户数量增长的时候，,服务器性能会急剧下降，甚至,会造成服务器因为不堪重负而,瘫痪,SAN,存储技术,

16、?,?,所谓,SAN,，是指在网络服务器群的后端，采用光纤,通道（,Fiber Channel,，,FC,）协议连接成高速专用网,络，使网络服务器与多种存储设备直接连接。,SAN,通常由存储设备（专用磁盘阵列、磁带机）和光纤,交换机组成。,SAN,的最大特点就是可以实现网络服务器与存储设,备（如,RAID,和磁带库）之间的多对多连接，而且，,这种连接是本地的高速连接，几个服务器共享存储,访问，服务器通过光纤交换机连接到存储系统。,SAN,存储拓扑结构,UNIX,客户端,UNIX,客户端,UNIX,客户端,应用服务器,数据库服务器,光纤通道,交换机,A,交换机,B,磁盘阵列子系统,磁盘阵列子系统

17、,磁盘阵列子系统,SAN,的优缺点,?,SAN,的主要优点,?,?,SAN,存在的主要问题,?,?,?,SAN,具有高性能，高扩展,性,；,光纤连接距离远；,可连接多个磁盘阵列或,磁带库组成存储池，易,于管理,。,?,?,SAN,解决方案的最大问题,是成本较高,；,SAN,可以取代基于服务器,的存储模式，但,SAN,本身,缺乏标准，互操作性也,是一个主要问题；,SAN,在异构环境下不能实,现文件共享。,SAN,和,DAS,的比较,?,?,SAN,和,DAS,相比有很大的优势，,SAN,的可升级性、稳,定性、可用性和性能都大大加强。不过，它最大的,优势是集中的管理，这就降低了总拥有成本。,无论是

18、,SAN,还是,DAS,存储方案，服务器与存储设备交,换的都是数据块，所以比较适合于数据库应用。,NAS,存储技术,?,NAS,或称为网络直联存储设备、网络磁盘阵列，是,一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理,的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行,访问的技术。通俗地讲，直接挂接在网上的、提供,数据和文件服务的存储设备，实际上就是一台专用,的,NAS,服务器。,NAS,存储拓扑结构,NAS,的优缺点,?,NAS,产品的显著优点,?,NAS,产品是真正即插即用的,产品；,?,NAS,设备的物理位置放置灵,活,；,?,无需应用服务器的干预，,NAS,设备允许用户在网络上,存取数据，这样

19、既可减小,CPU,的开销，也能显著改善,网络的性能；,?,是最成熟的网络存储解决,方案，与其他存储方式相,比较，其总拥有成本最低,。,?,NAS,的主要缺点,?,网络传输数据的能力相对,较差；,?,NAS,在传输数据的处理过程,需要占用处理器资源来中,断和重新访问数据流,；,?,NAS,存储的可扩展性也受到,设备大小的限制；,?,仅限于使用直接连接存储,设备（如专用磁带机或磁,带库）或者基于网络的策,略，在该策略中，存储设,备上的数据通过企业或专,用,LAN,进行备份。,NAS,与磁盘阵列（,RAID,）的区别,?,?,?,?,?,?,?,NAS,是一台服务器，有自己的核心，而,RAID,只是

20、一个存储介质；,NAS,直接接到交换机或集线器上，,RAID,接到服务器后端；,RAID,技术的出现，是为了提高数据存储的可靠性。它用效率来换取可靠性。,NAS,把,RAID,技术,融合在它的文件系统中，这样既提高了数据的可靠性，又利用磁盘的并行操作，提高了系统,的整体性能；,控制磁盘只是操作系统职能中的一部分，,I/O,操作算法效率不高。而,NAS,的操作系统是专用的，,它只管理磁盘,I/O,，算法效率最高；,当通用文件服务器的,CPU,进行,I/O,操作时，系统发生中断，等待,I/O,完成后才能恢复应用运行。,在有,NAS,的系统中，应用程序需要进行磁盘,I/O,操作时，,I/O,操作由,

21、NAS,完成，在磁盘,I/O,操作,中最费时间的是写操作，,NAS,将写请求先写到,NVRAM,（不掉电内存）中，这个动作完成后，,应用程序即可恢复运行，所以效率要高得多；,磁盘操作慢的根本原因在于磁头臂的查找是机械动作，所以减少磁头臂的移动次数是提高效,率的关键。,NAS,对磁盘的,I/O,操作算法，尤其是写操作，比通用操作系统做了极大的改进，它,最大限度地减少了磁头臂的移动次数。其算法保证磁头总是停留在一个可写的位置上，并从,这个位置连续写下去；,通常的,RAID,系统，对于通用操作系统来说是外加的，是额外负担。人们使用,RAID,是为了得到,高可靠性，但这是以牺牲一定的系统效率为前提的。

22、,NAS,的,RAID,系统是设计在它的专用操作,系统中的，它不仅不是额外负担，相反由于多个磁盘的磁头臂可以同时并行读写，所以,I/O,速度更高了。,存储技术的比较,?,?,SAN,与,NAS,都是为适应高性能和密集的网络存储要,求而在,DAS,的基础上发展起来的，是新型数据存储,模式中的两个主要发展方向。,DAS,，,NAS,和,SAN,三种,存储技术的比较如表,6.2,所示。,今天，,SAN,已经渐渐与,NAS,环境相结合，以提供用,于,NAS,设备的高性能海量存储。事实上，许多,SAN,目前都用于,NAS,设备的后台，还有很多企业把,DAS,，,SAN,，,NAS,混合配置，以满足存储扩

23、展性和备份的,需要。,DAS,、,NAS,和,SAN,三种存储技术的比较,DAS,协议,存储设备的连接与安装,使用,存储设备驱动程序,为服务器增加新的,SCSI,卡，把服务器与磁盘阵,列物理上直接相连接入，,在服务器上做好设备共,享，以供使用。安装简,单,各个相对独立的,RAID,SAN,FC,协议,服务器通过,HBA,卡、光,纤交换机连入,SAN,网络，,是光纤通道接入。须购,买管理、在线备份恢复,软件。安装复杂,RAID,分割情况要视操作,系统种类多少而定,NAS,TCP/IP,协议,给,NAS,服务器和存储设,备分别安装千兆网卡，,通过,RJ-45,接入网络交换,机，属网络接入。安装,十

24、分简单,在,RAID,的基础上增加了,文件存储操作系统，其,RAID,是一个整体,存储设备,RAID,的分割,对存储设备的使用,访问方式,只能独享,只能通过与之连接的主,机进行数据访问,不是,每一个主机管理它本身,的文件系统，但不能实,现与其他主机共享数据,只能独享,客户端通过相应的服务,器操作系统才能访问,SAN,好,同一操作系统平台用户,能够共享,共享与独享兼顾,通过文件系统的集中化,管理能够实现网络文件,的访问,好,真正的数据共享,数据集中的实现,数据共享的实现,DAS,、,NAS,和,SAN,三种存储技术的比较,(,续,),DAS,SAN,NAS,系统成本,维护成本,系统复杂程度,系统

25、性能,系统配置,系统使用,系统灵活性,系统扩展性,应用限制,数据保护能力,兼容性,低,高,高,不好,较复杂,较复杂,差,差,无,较好,较好,高,较高,高,好,复杂,简单,好,好,无,好,标准不统一，差,较高,低,低,受网络环境影响,简单,简单,较好,好,视频等大文件传输,好,标准的协议，好,可管理性,数据传输率,差,较高,繁琐，要管理软件,高,容易,较低,DAS,，,SAN,，,NAS,混合配置,主要存储备份介质,?,?,?,网络存储备份系统使用较多的存储备份介质有：,磁带,、,磁光盘,驱动器,（,MO,）、,硬盘,、,CD-ROM,、,WORM,等。目前被广泛采用,的备份介质还是磁带。,硬盘

26、存储备份介质,：实时存储和快速读取数据最理想的介质,，,但价格昂贵、无法移动、不便于保管,因此采用内部的磁盘机,制作为备份的介质并不是大容量数据备份的最佳选择,光学存储备份介质,：传统磁盘技术与光技术结合的产物,，更,适合于数据的永久性归档和小容量数据的备份,?,优点,:,传送速度快,;,可靠性高,;,使用寿命长,;,可重复使用,?,缺点,:MO,的价格较高，仅次于硬盘,; MO,容量有限，无法适应大,量数据备份,;,理论寿命尚未经过实践检验，值得商榷,;,数据传输,率与其他备份介质相比没有明显优势,磁带存储备份介质,?,?,?,?,磁带存储技术是一种安全的、可靠的、易使用和相对投资较小,的备份方式,，真正适合数据存储备份领域。,磁带备份包括硬件介质和软件管理，目前它是用电子方法存储,大容量数据最经济方法。磁带系统提供