存储备份基础知识

1、存储备份基础知识存储备份基础知识灾难灾难(Disaster)(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。灾难备份灾难备份(Backup for Disaster)(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。灾难恢复灾难恢复(Disaster Recovery)(Disaster Recovery) ：是指将信息系统从灾难造成的故障

2、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正常状态恢复到可接受状态的活动和流程。数据安全与灾难备份拷贝不等于备份 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的正确认识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 。备份的层次 软件级:通

3、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

4、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 l 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，我们可以把备份称作是“数据保护”，而容灾称作“业务应用保护”。l 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

5、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。容灾与备份的关系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；RTO 与 RPO 区别HA 双机集群的磁盘阵列

6、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/standbyActive/standby模式模式两台服务器一主一备。系统正常运行时，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/ActiveActive

7、/Active模式模式 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 R

8、AID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：

9、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 奇偶校验技术不必把数据镜像，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

10、的优势 条块技术 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 RAID相关技术举例RAID磁盘镜像原理RAID阵列条块技术示意图RAID的级别（1）pRAID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RAID5RAID0：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

11、：即RAID0+1。综合了RAID1和RAID0的特点，独立磁盘配置成RAID0，两套完整的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

12、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RAIDRAID级别的比较RAID级别 RAID0 RAID1 RAID3 RAID5 名称 条块镜像专用校验块分散校验条块允许故障否是是是冗余类型无副本校验校验热插拔操作不可可以可以可以硬盘数量一个以上两个三个以上三个以上可用容量最大最小中间中间减少容量无50%一个磁盘一个磁盘读性能高中间高高随机写性能最高中间最低低连续写性能最高中间低最低典型应用无故障的迅速读写允许故障的小文件、随机数据写入允许故障的大文

13、件、连续数据传输允许故障的小文件、随机数据传输 DAS 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SCSISCSI线缆线缆和光纤通道光纤通道。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、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

14、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 SANSAN存储技术所谓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

15、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存储拓扑结构数据库服务器应用服务器交换机A交换机B磁盘阵列子系统磁盘阵列子系统磁盘阵列子系统UNIX客户端UNIX客户端UNIX客户端光纤通道SAN的优缺点SAN的主要优点 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存在的主要问题 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

16、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。NASNAS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

17、；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lNAS是一台服务器，有自己的核心，而RAID只是一个存储介质；l

18、NAS直接接到交换机或集线器上，RAID接到服务器后端；lRAID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； l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；l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NVR

19、AM（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；l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；l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。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

20、/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，以满足存储扩展性和备份的需要。DASDAS、NASNAS和SANSAN三种存储技术的比较DASSANNAS协议存储设备驱动程序 FC协议 TCP/IP协议 存储设备的连接与安装使用 为服务器增加新的SCSI卡，把服务器与磁

21、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 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 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。安装十分简单 存储设备RAID的分割 各个相对独立的RAID RAID分割情况要视操作系统种类多少而定 在RAID的基础上增加了文件存储操作系统，其RAID是一个整体 对存储设备的使用 只能独享只能独享共享与独享兼顾访问方式只能通过与之连接的主机进行数据访问 客户端通过相应的服务器操作系统才能访问SAN通过文件系统的集中化管理能够实现网络文件

22、的访问数据集中的实现不是好好数据共享的实现 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同一操作系统平台用户能够共享真正的数据共享DASDAS、NASNAS和SANSAN三种存储技术的比较( (续) )DASSANNAS系统成本 低高较高维护成本高较高低系统复杂程度高高低系统性能不好好受网络环境影响系统配置较复杂复杂简单系统使用较复杂简单简单系统灵活性差好较好系统扩展性差好好应用限制无无视频等大文件传输数据保护能力较好好好兼容性较好标准不统一，差标准的协议，好可管理性差繁琐，要管理软件容易数据传输率较高高较低DASDAS，SANSAN，NASNAS混合配置主要存储备份介质网络存

23、储备份系统使用较多的存储备份介质有：磁带磁带、磁光盘磁光盘驱动器驱动器（MO）、硬盘硬盘、CD-ROMCD-ROM、WORMWORM等。目前被广泛采用的备份介质还是磁带。硬盘存储备份介质硬盘存储备份介质 ：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。磁带系统提供了广泛的备份方案，并且允许备份系统按用户数据的增长而随时地扩容