浅谈备份容灾技术

1、德州科技职业学院2016 届毕业设计说明书（论文）课题 浅谈备份容灾技术 系 、 部： 信息工程系 学生姓名： 指导教师： 专 业： 计算机应用技术 班 级： 13信息 完成时间： 2015.11.8 2015年 11月 8日德州科技职业学院2016届毕业设计（论文）课题任务书系： 信息工程系 专业： 计算机应用技术 指导教师学生姓名课题名称浅谈备份容灾技术内容及任务简单概述备份与容灾的理论技术，让大家对存储备份容灾技术的关键技术作以了解拟达到的要求或技术指标简单了解备份容灾的理论技术进度安排起止日期工作内容备注2015.10.20- 2015.11.16搜集资料，撰写论文报告、制作ppt主要

2、参考资料张冬 大话存储网络存储系统原理；清华大学出版社LannesL.Morris-Murphy,备份/恢复与网络管理；清华大学出版社发行部HCNA-Storage V3 BSSN 培训教材，华为研发（电子版）教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日浅谈备份容灾技术摘要备份是生产数据的副本,创建和保存它的唯一目的是希望用它来恢复被删除或损坏的数据。处于业务和法规的原因，企业对于数据存储，保留和可用性的要求日益提高，需要保存的数据量也不断增长。信息的增长，紧缩的IT预算以及没有足够时间进行备份让问题更加复杂。企业也需要一个更快的方法，恢复备份数据，以满足服务水平协议（SLA）的要求。网络存储

3、，是最近二十年来的信心行业。从纸带到硬盘再到大型磁盘阵列，存储系统经历了从简单到复杂，从单块硬盘到存储区域。网络存储行业目前已经是一个步入正轨的IT行业。备份是系统中需要考虑的最重要的事项，虽然他们在系统的整个规划、开发和测试过程甚至占不到1%，看似不太重要且默默无闻的工作只有到恢复的时候才能真正体现出其重要性。数据保护和数据备份看似简单，实则和复杂。关键字：数据保护;网络存储;备份恢复;容灾目录 第一章 备份还原基础知识11. 备份的目的12. 数据失效分析13. 备份的意义14. 数据备份的原则15. 备份系统的组成及示意图26. 备份的基本概念及其关系27. 备份类型38备份的方式49.

4、备份与恢复流程510.使用备份软件进行数据备份的基本步骤5第二章 存储容灾技术61.什么是容灾62.容灾的关键技术63.容灾的七个层次74.容灾系统衡量指标8第三章 容灾方案-硬件架构91.地理位置容灾保护92.服务器存储端103.网络侧-链路冗余10参考文献12致谢13第一章 备份还原基础知识1. 备份的目的 灾难恢复：备份的一个目的是为了应对灾难恢复的要求。当主端因灾难而不能工作，备份的副本将用于在第二低点恢复数据。 业务型恢复：生产环境中的数据随着每一次业务和操作而变化，备份用于例行处理过程中发生数据丢失了逻辑损坏时的数据恢复，在大多数组织中恢复请求都属于这种形式。 归档：进行数据备份也

5、可能是出于归档的需要。2. 数据失效分析（1） 数据失效种类 物理损坏（失效后数据彻底无法使用） 逻辑损坏（失效后部分数据仍可以使用，但从整体上看，数据之间的关系是错误的）（2） 俩者的区别与联系 逻辑损坏比物理损坏更为严重，因为逻辑损坏不易被发现，潜伏期长，当发现数据有错误时可能已经无法挽回。 硬件故障和软件错误可以靠硬件冗余来解决。 病毒、误操作等灾难必须靠备份来解决。3. 备份的意义备份就是针对应用系统的一个或多个完整的镜像文件，当应用系统出现问题时，可以随时从备份中恢复需要的数据；拷贝不等于备份、磁盘阵列不等于备份、集群不等于备份；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

6、务记录及重要的系统信息）；能够恢复的备份才叫备份。4. 数据备份的原则 可用性对数据进行备份是为了保证数据的一致性和完整性,消除系统使用者和操作者的后顾之忧,保证恢复之后的数据可以使用. 稳定性备份产品的主要作用是为系统提供一个数据保护方法,于是该产品本身的稳定性和可靠性就变成了最重要的一个方面.首先,备份软件一定要与操作系统兼容,其次,当事故发生时,能够快速有效的恢复数据. 全面性在复杂的计算机网络环境中,可能会包括了各种操作平台,如各种厂家的UNIX、NetWare、Windows等，并安装了各种应用系统，如ERP、数据库、群件系统等。选用的备份软件要支持各种操作系统、数据库和各类典型应用

7、软件。0德州科技职业学院毕业设计（论文） 自动化-很多系统由于工作性质，对何时备份、用多长时间备份都有一定的限制。在下班时间系统负荷轻，适于备份。可是这会增加系统管理员的负担，由于精神状态等原因，还会给备份安全带来潜在的隐患。因此，备份方案应能提供定时的自动备份，并利用磁带库等技术进行自动换带。在自动备份过程中，还要有日志记录功能，并在出现异常情况时自动报警。 高性能随着业务的不断发展，数据越来越多，更新越来越快，在休息时间来不及备份如此多的内容，在工作时间备份又会影响系统性能。这就要求在设计备份时，尽量考虑到提高数据备份的速度，利用多个磁带机并行操作。 维持业务系统的有效性-实时备份对业务系

8、统的性能将会产生一定的影响，有时会很大。如何采取有效的技术手段避免备份对服务器系统、数据库系统、网络系统的影响将是非常重要的。 操作简单数据备份应用于不同领域，进行数据备份的操作人员也处于不同的层次。这就需要一个直观的、操作简单的图形化用户界面，缩短操作人员的学习时间，减轻操作人员的工作压力，使用备份工作得以轻松的设置和完成。 实时性有些关键性的任务是24小时不停机运行的，在备份的时候，有一些文件可能仍然处于打开的状态。那么在进行备份的时候，要采取适当的措施，保证正确的备份系统中的所有文件。5. 备份系统的组成及示意图 备份网络网络环境是数据备份的传输通道，一个良好畅通的网络能够保证备份数据在

9、其上快速正确的传输。 备份软件优秀的备份软件包括加速备份、自动操作、灾难恢复等特殊功能，对于设备安全有效的数据备份是非常重要的。 备份设备数据备份的最终目的地，备份设备的质量与性能在整个备份过程中是至关重要的，它是否进行告诉高质量备份的关键所在。6. 备份的基本概念及其关系备份窗口：一个工作周期内留给备份系统进行备份的时间长度。如果备份窗口过小，则应努力提高备份速度。备份时间：数据从开始备份到完全结束所经历的时间。数据恢复时间：即在出现灾难的时候，我们能够快速的恢复丢失数据，重新开始正常业务的时间。关系图 备份窗口与时间的关系备份窗口与恢复时间的关系7. 备份类型.从备份数据的内容上区分：完全

10、备份：对备份对象进行完全备份增量备份：每次备份的数据只是相对于上一次备份后新增加的和修改过的数据差异备份：每次备份的数据是相当于上一次全备之后增加的和修改过的数据。.对三种备份类型的理解全备份-全备份很好理解，系统中所有的数据都通过备份进程备份。全备份需要备份的时间最长，这种方法的好处是恢复时间很快。恢复时间缩短了是因为我们已经有了所有的数据备份，所有要做的就是做一次全恢复。差异备份-通常，系统管理员在周末进行一次全备份，在一周的其它时间做差异备份 。这种备份方法的恢复时间较长，我们不但要从全备份中恢复数据，还需要将每天的变化量恢复到系统中。增量备份-增量备份是在周末进行全备份，每天增加备份当

11、天的数据变化。对于备份时间，增量备份需要的备份的时间最短，但是，恢复时间却很长而且很复杂。在恢复的过程中，我们不但需要恢复第一的全备份，还需要使用每天变化量的备份，一次恢复一天的数据，直到最近的一次所做的增量备份为止。8备份的方式目前数据备份主要方式有三种；分别是LANFree备份、SANserver-Free备份和LAN备份。LAN备份使用范围比较广泛；可以针对所有的存储类型。相对而言SAN server-free备份和LAN Free备份却指针对SAN架构的存储。基于LAN备份在数据量不是非常大的情况下，可以采用LAN备份策略。这种备份策略需要在每台主机上都安装利用磁带机来备份本机的系统。

12、它的过程是：首先把一台中央备份服务器安装在lan中；然后把应用的服务器和工作站设计成中央备份服务器的客户端。中央备份服务器随时在监控客户端并接收运行在客户端上的备份代理请求程序请求；最后将数据通过LAN的传递，把所需要的备份数据保存到中央备份服务器所管理和连接的本地磁带机上。这一种方式提供的是一种集中并且易于管理的备份方案同时可以通过在网络中共享磁带机的数据来提高效率。LAN-Free备份一旦备份的数据过于庞大时，数据在LAN传播时备份时间的窗口会过于紧张，网络很容易产生堵塞。此时LAN备份已不满足备份要求。在这种条件下应当LAN-Free备份。这种备份方式是运行在SAN环境中。它的备份过程：

13、备份的服务器通过SAN连接到备份的磁带机上，在LAN-Free备份客户端需要在备份软件的触发下，读取所需备份的数据并通过SAN备份到服务器所连接的磁带机。这种特定的存储网络不仅可以使LAN流量得以快速的流向，而且这种方式运转所需要的CPU占有率低于LAN方式；那是因为通过光纤通道直接完成而不需要经过服务器的TCP/IP栈同时针对某些检查错误（例如丢包、网络超时等）也可以有光纤通道的内部硬件直接完成。在备份服务器端需要有一台主机来管理共享的存储设备和用于查询和恢复数据的备份数据库。SAN Server-Free备份如果整个备份过程在SAN中可以完成而不涉及到LAN，那么可以采用SAN serve

14、r-Free备份。这种备份方式对备份主机的CPU占用率比较高，但是在整个备份过程中大量的数据不经过服务器，这样的话可以大面积的降低备份操作对现有系统运行的影响。9.备份与恢复流程影响备份系统的因素：目标数据、目标数据的容量、备份时间、恢复时间、设备类型、备份计划（全备、差异备份、增量备份）、备份系统的结构类型、备份方式等。备份与恢复流程任务，通过以太网发送控制命令通知备份客户端开始备份。备份端送备份数据通过以太网传输到备份服务器端。备份服务器接收备份数据，并将备份数据写入备份设备中。恢复流程：业务系统数据丢失，需要恢复数据的客户端停止业务应用。在备份服务器端启动恢复任务，管理员手工选择需要恢复

15、的备份数据版本，备份服务器在自身数据库中寻找需要恢复的数据版本，并在备份设备中定位查找。备份服务器通过以太网将数据传输给丢失数据的客户端，客户端接收待恢复的备份数据，数据恢复完毕，客户端启动相关业务应用系统。10.使用备份软件进行数据备份的基本步骤配置存储介质制定备份策略对客户端进行必要的配置手工执行备份策略进行测试在备份任务管理器中查看备份状态将存有备份数据的介质放入磁带库中使用客户端恢复管理选择要恢复的备份数据版本选择要恢复数据的位置设置恢复选项开始恢复备份数据，查看备份任务管理器的恢复状态第二章 存储容灾技术1.什么是容灾 A>广义上我们可以把所有与业务连续性相关的内容都纳入容灾。

16、容灾是一个系统工程，它包括支持用户业务的方方面面。而容灾对于IT而言，就是提供一个能防止用户业务系统遭受各种灾难影响破坏的计算机系统。容灾还表现为一种未雨绸缪的主动性，而不是在灾难发生后的“亡羊补牢”。B> 从狭义的角度，我们平常所谈论的容灾是指，除了生产站点以外，用户另外建立的冗余站点，当灾难发生，生产站点受到破坏时，冗余站点可以接管用户正常的业务，达到业务不间断的目的。为了达到更高的可用性，许多用户甚至建立多个冗余站点。2.容灾的关键技术 在容灾备份过程中，该方案会涉及到很多相关的技术；在这里重点介绍三种关键性技术。分别是远程镜像技术、快照技术和互联技术。远程镜像技术在主数据中心和备

17、份中心之间进行数据备份时必须用到远程镜像技术。在俩个或以上的磁盘包括磁盘子系统上会产生同一个数据视图存储过程就叫镜像技术镜像系统包括有主镜像系统和从镜像系统。按照不同的区域位置又可以叫做本地镜像和远程镜像。远程镜像又叫做远程复制，是容灾备份的核心技术，同时也是保持数据同步和实现灾难恢复的基础。远程镜像技术又分为同步远程和异步远程。由于各种问题，目前远程复制技术一般都采用延迟复制的技术（本地的同步复制均在后台的日志区进行），这样可以保证远程数据可以完好无缺的进行更新。快照技术快照技术往往和远程镜像技术结合起来实现远程的数据备份，通过远程镜像技术把本地的数据备份到远程的存储系统中，然后用快照技术把

18、远程存储系统中的数据副本备份到远程的磁带库、硬盘中。通过操作软件来实现快照时对备份的磁盘系统的大量数据的快速扫描并建立一个数据备份的快照逻辑单元号LUN和快照闪存。在快速扫描时，快照闪存可将要修改的数据块进行备份，利用快照LUN可以在业务正常用作的同时实现对原数据的一个完整备份，在业务的运作不受影响的条件下，快照技术可以实时提取当前在线业务的数据；由于其“备份窗口”接近于零，可大大增加数据业务的可连续性，为实现业务容灾系统真正的30*24运转提供保证。快照是通过系统内存作为cache，它存在内存与cache之间的调度问题。互联技术目前出现了多种基于TCP/IP的SAN的远程数据复制技术，基于T

19、CP/IP的SAN的互联技术将主数据中心SAN中的信息通过现有的TCP/IP网络复制到容灾备份中心SAN中，当备份中心存储数据量过大时，可以利用快照技术将其备份到磁盘带库或光盘中，这种的SAN的远程数据容灾备份是基于IP的，他可以跨越局域网、城域网和广域网并且成本费用比较低、可伸延性好，具有比较关阔的发展前景。FCIP、IFCP、Infiniband、ISCSI这些都是基于IP的互联技术。3.容灾的七个层次0层：无异地备份数据 (No off-site Data)对于使用0层灾难恢复解决方案的业务，可称其为没有灾难恢复计划，主要表现为：数据仅在本地进行备份恢复，没有任何数据信息和资料被送往异地

20、，没有处理意外 事故的计划。恢复时间：在此种情况下，恢复时间不可预测。1层：有数据备份无备用系统（Data Backup with No Hot Site）使用1层灾难恢复解决方案的业务，通常将需要的数据备份到磁带上，然后将这些介质运送到其它较为安全的地方。但在那里缺乏能恢复数据的系统，若数据备份的频率很高，则在恢复时丢失的数据就会少些。 此类业务应能忍受几天乃至几星期的数据丢失。2层：有数据备份，有备用系统 （Data Backup with Hot Site）使用2层容灾解决方案的业务会定期将数据备份到磁带上，并将其运到安全的地点。在备份中心有备用的系统，当灾难发生时，可以使用这些数据备份

21、磁带来恢复系统。 虽然还需要数小时或几天的时间来恢复数据以使业务可用，但不可预测的恢复时间减少了。3层：电子链接（Electronic Vaulting）使用3层容灾解决方案的业务，是在2层解决方案的基础上，又使用了对关键数据的电子链接技术。电子链接将磁带备份后更改的数据进行记录， 并传到备用中心，使用此种方法会比使用传统的磁带备份更快地得到更新的数据。所 以，当灾难发生后，只有少量的数据需要重新恢复，恢复时间会缩短。由于备用中心要保持持续运行，与生产中心间的通讯线路要保证畅通，增加了运营成本。 但消除了对运输工具的依赖，提高了灾难恢复速度。4层：使用快照技术拷贝数据 （Point-in-ti

22、me Copies）使用4层灾难恢复方案的业务，对数据的实时性和快速恢复性要求更高些。1-3层的方案中较常使用磁带备份和传输，在4层方案中开始使用基于磁盘的解决方案。此时仍然会出现几个小时的数据丢失，但同基于磁带的解决方案相比，通过加快备份频率，使用最近时间点的快照拷贝恢复数据会更快。 系统可在一天内恢复。5层：交易的完整性 （Transaction Integrity）使用5层灾难恢复方案的业务，要求保证生产中心和数据备份中心的数据的一致性。 在此层方案中只允许少量甚至是无数据丢失，但是该功能的实现完全依赖于所运行的应用。6层- 0数据丢失 (Zero Data Loss)，自动系统故障切换

23、使用4层灾难恢复方案的业务可以实现0数据丢失率，被认为是灾难恢复的最高级别，在本地和远程的所有数据被更新的同时，利用了双重在线存储和完全的网络切换能力，当发生灾难时，备份站点不仅有全部的数据，而且可以自动接管，实现零数据丢失的备份4.容灾系统衡量指标第三章 容灾方案-硬件架构由于本次课题研究方向为华为Oceanstor V3版本系列产品，所以案例仅以华为产品为主。1.地理位置容灾保护由于某些业务多可靠性要求非常高，主站点故障后业务可以自动切换到同城灾备站点。同时，数据可以在异地保存，进行数据级恢复。通过磁盘阵列的级联复制功能，将数据复制到同城的容灾站点和异地的灾备站点。同时站点采用同步复制，保证数据的实时同步，异地站点采用异步复制，进行数据级容灾。2.服务器存储端 Oceanstor 18000 V3高端存储采用SmartMatrix2.0增强智能交换矩阵，4个控制器可同时集成到1个控制框内，单框内控制器冗余度由以往的1+1冗余提升至1+3冗余。当一个控制器故障时，其承载的业务快速切换到镜像控制器，剩余的控制器重新建立镜像关系，确保所有控制器Cache数据扔然有镜像，始终处于冗余保护状态，除此之外，其其他设备