SAN環境下資料備份和遠端容災技術研究論文
SAN環境下資料備份和遠端容災技術研究論文
摘 要：針對目前的備份技術存在的問題，提出將多種資料備份技術、備份技術和容災技術相互結合運用於資料保護中。透過多種備份技術的結合運用，可以達到減小資料備份視窗、縮短備份資料恢復時間的目的。透過把容災技術和快照技術的結合運用，可以最大程度地避免使用者的物理錯誤和邏輯錯誤。
關鍵詞：SAN；LAN-Free；快照；備份技術；容災技術
中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：
1.引言
近年來，資料已經成為企業內IT系統架構的核心和關鍵。一方面，資料的儲存架構必須滿足海量資料儲存發展的要求，以SAN（Storage Area Network）為代表的儲存結構已經成為主流的儲存架構。另一方面，客戶對資料的安全性提出了更高的要求，因此資料備份技術和容災技術已經成為資料保護的主要手段和方法。 一般將備份技術應用在對本地資料的保護上，而對於資料和應用的異地保護，通常使用容災技術。實際上這兩種技術不是彼此矛盾的，完全可以透過備份、容災結合系統實現兩種技術的完美結合。本文透過設計BADR（Backup & Disaster Recovery）系統，實現容災技術和備份技術的完美結合。
2.系統概述
本系統主要考慮資料的安全性和完整性，同時結合備份技術和容災軟體而設計。由於這套系統既有備份的功能，又有容災的功能，故將這套系統定義為BADR系統。
BADR系統從功能上說有兩部分組成，一部分是系統備份，透過設計備份策略、編寫備份指令碼程式，實現資料的本地備份和異地備份。備份策略主要包括資料庫的全備份和增量備份。透過備份指令碼，確保離線的資料儲存在磁帶機中。該系統的另外一部分是容災功能，可以在本地生成生產卷的快照（或克隆），透過編寫的同步指令碼實現快照（或克隆）從本地到異地的傳輸。BADR系統既可以保護一段時間內的資料，又可以保護某一個時間點的資料。BADR系統的示意圖如圖1所示。
圖1 BADR系統拓撲圖
BADR系統邏輯層次上從低到高依次為儲存層、基於儲存的軟體、光纖交換層、主機卷管理器層、資料層和應用層。下面依次說明各層實現的功能。
儲存層：由兩個磁碟陣列系統組成，儲存層存放系統的核心資料，是整個系統的基礎；
基於儲存的軟體：這一層由多個內嵌儲存的軟體構成，其中包括生成快照和克隆的軟體；
光纖交換層：由光纖交換機、主機HBA卡等組成，這層主要擔任資料的傳輸的任務；
主機卷管理器：這層負責組織、管理主機硬碟的容量空間；
資料層：主要存放所有資料，包括資料庫的資料，作業系統的資料；
應用層：在本系統中主要指主機端執行的資料庫，
系統由SAN網路、乙太網絡組成。SAN網路由磁碟陣列系統、磁帶庫和兩臺光纖交換機組成。把兩臺磁碟陣列系統稱為磁碟陣列A和磁碟陣列B，磁碟陣列A作為本地裝置，磁碟陣列B和磁帶庫作為異地裝置。在系統中把磁碟陣列A稱為生產端，把磁碟陣列B稱為備份端。在乙太網絡上，連線多臺伺服器（包括Window伺服器、Unix伺服器）。在備份客戶端安裝資料庫，資料庫的容量達到200G。這些伺服器充當生產主機和備份客戶端。
在磁碟陣列上安裝快照軟體和容災軟體，由快照軟體生成生產卷的快照，由容災軟體完成在兩臺磁碟儲存裝置之間卷級別的資料複製。兩端資料的一致性透過卷級別的資料複製得到了保證。磁帶庫連線到SAN網路，用來備份在磁碟陣列生成的快照。在備份伺服器安裝備份軟體的伺服器端，透過備份伺服器端管理所有的備份作業和磁帶庫。
系統的主要實現透過磁碟快照技術、SAN備份技術和容災技術。系統完成的主要功能有：
（1）透過備份軟體對伺服器執行的'資料庫做全備份,將該全備份集備份到磁帶機上；對資料庫在盤陣上的資料來源Lun做快照，然後使用備份軟體將快照備份到磁帶機上。
計算並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資料庫的全備份和快照Restore到原資料庫，測算兩種方法所用的時間。
（2）透過利用容災軟體，將磁碟陣列A的快照映象到磁碟陣列B中。透過將該Lun繫結到主機端，來確認兩端資料的完整性。
（3）使用容災軟體，將磁碟陣列A的生產卷的克隆映象到磁碟陣列B中。透過將該Lun繫結到主機端，來確認兩端資料的完整性。
3. BADR系統的模組設計
BDAR系統由三個模組組成，即：快照備份模組、映象快照模組和映象克隆模組。
快照備份模組實現兩種備份技術的組合應用。首先使用基於LAN-Free的磁帶備份技術對客戶端的資料庫作全備份，隨後使用磁帶機上的全備份集對資料庫做Restore；第二組中先對資料庫的資料來源Lun做快照，然後利用LAN-Free備份技術將該快照備份到磁帶庫中，隨後Restore該快照到生產機上執行的資料庫中，使用資料庫的回滾功能（Rollback）恢復資料庫到某個時間點。
映象快照模組實現容災技術和快照技術的結合應用。在磁碟陣列A端對某個被映象的Lun做的快照，可以透過容災軟體映象到磁碟陣列B端。這樣就儲存了源端的Lun的某個狀態。當然也可以使用LAN-Free技術把這個快照備份到磁帶機上。快照具有資料量小的特點，一般快照只有源卷的20%大小，這樣透過容災軟體傳送的話，傳送的資料量不大。本地模擬環境下傳送20M的快照資料用時大約5分鐘。在資料被容災軟體複製到異地後，透過備份軟體備份該快照的映象到磁帶機。容災軟體具有反向同步功能，即把原來的備份端提升為生產端，從新的生產端向原來的生產端實時複製。當生產端出現故障後，可以先把快照使用Lan-free技術恢復到備份端盤陣，再使用容災軟體複製回生產端。這種資料保護方式的最大好處是在在生產端出現故障時，由於有生產端的快照存放在異地，可以使用這個快照恢復生產端資料到生成快照的時間點。快照被容災軟體映象，也可以對該映象進行備份。這樣做帶來的好處是備份過的快照又完全可以恢復到磁碟陣列B上，透過容災軟體還可以還原回生產端，也就是磁碟陣列A上。
映象克隆模組將生產卷的克隆透過容災軟體映象到備份端，然後再透過備份軟體備份到磁帶機上。這種技術是對生產卷的整個卷做了實時複製。由於克隆資料量要遠大於快照，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。容災軟體可以進行增量複製，就是把資料的改變數也同步到備份端的盤陣空間上。這樣透過容災技術，在備份端的磁碟空間總是儲存最新的生產端資料卷狀態。
如果空間允許，可以保留生產卷的兩個副本，即本地的克隆卷透過容災軟體複製到備份端磁碟空間的映象卷和本地克隆卷的映象卷。儘管佔用較多的空間，但是對於關鍵應用和關鍵資料來說，以空間的代價帶來資料的安全也是值得的。
在資料備份和恢復過程中，如果結合使用盤陣的快照技術和LAN-Free技術，可以明顯提高備份速度。相對單純使用LAN-Free備份，這種兩種技術結合使用帶來的好處是顯而易見的。它能明顯提高備份速度，大大降低備份視窗的大小。在進行資料恢復時，時間也可以明顯縮短。
將快照技術和容災技術結合使用，可以保證在生產端出現問題時，利用已經備份在備份端磁帶庫中的生產卷快照，迅速恢復生產卷資料的狀態。
4.BADR系統實現
系統實現主要透過兩個軟體工具，即RMAN備份指令碼和CLI軟體工具。RMAN是資料庫提供的備份標準介面，透過編寫RMAN工具來完成快照的備份和恢復；CLI軟體工具是磁碟陣列提供的軟體介面工具，透過CLI編寫程式完成快照的生成和啟動過程。下圖是系統實現的框圖：
圖2 系統實現框圖
利用RMAN進行備份恢復的條件是：
（1）建立一個recovery_catalog，存放RMAN使用和維護的目標資料庫的資訊，RMAN使用這些資訊去決定如何執行備份和恢復的請求。
（2）目標資料庫必須是在archivelog模式下執行。只有這樣，日誌才能歸檔，而RMAN正是利用歸檔日誌進行資料恢復，所以這是一個必備條件。同時archivelog模式也是資料庫線上備份的必備條件。
（3）RMAN備份中，如果採用磁帶機備份，需要安裝第三方介質管理庫（MML）。恢復管理器儲存在RMAN中註冊的全部資料庫的記錄。當RMAN被用來啟動備份或恢復資料庫時，它將目標資料庫與恢復目錄中可用的資料庫ID進行驗證。如果條件一致，RMAN對目標資料庫至少建立兩個通道，其中一個通道只是對目標資料庫的一個遠端呼叫，使用PL/SQL介面來執行備份與恢復操作。
使用備份軟體對資料庫做全備份，見圖3。
圖3 資料庫全備份
如上圖所示，資料庫在備份軟體的控制下，備份到EXB-220磁帶機中。備份方式採用資料庫全備份方式，資料庫容量約為200GB，完成備份所需時間為兩個小時。
參考文獻：
[1] 楊浩讕，黃開莉.儲存區域網技術研究[J].北京：通訊技術，2005，51(43）：94-96
[2]Richard Barder.Paul Massiglia.儲存區域網路精華-深入理解SAN[M].舒繼武譯，北京：電子工業出版社，2005年：204