游俊慧

摘 要 隨著高校數字化校園的廣泛應用，保障數據中心的數據安全變得尤為重要。本文通過分析數字化校園對數據備份與容災的需求，初步制定了備份策略并設計了基本的容災方案，為日后實施具體的容災備份指明了方向。

關鍵詞 數字化校園 備份 容災

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A

Exploration of Data Backup and Disaster Recovery in Digital Campus

YOU Junhui

（Department of Information Engineering， Guangzhou Institute of Technology， Guangzhou， Guangdong 510925）

Abstract With the widely use of digital campus in colleges， ensuring the data security of data center becomes especially important. To lay a foundation for the specific implementation of data backup and disaster recovery in the future， this paper analyzes the requirement for data backup and disaster recovery of digital campus， constitute the preliminary backup strategy and design the basic plan of disaster recovery.

Key words digital campus； backup； disaster recovery

0 引言

近年來，隨著高校信息化建設的不斷深入，各種維持高校日常教學管理、學生管理、行政管理等正常工作的信息管理系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，并逐漸形成公共數據庫和數據交換平臺，①由高校的數據中心進行統(tǒng)一管理。數據存儲的集中度及龐大的數據量使數字化校園建設面臨著數據安全要求高、數據管理難度高、系統(tǒng)維護成本高等各方面壓力。而目前許多高校的數據中心仍存在一些硬件平臺相互獨立、產品質量參差不齊、存儲管理軟件功能不完善等缺陷，②這進一步增加了管理海量數據的難度和數據的運維成本，嚴重時可能會造成數據存儲設備讀寫性能低下，存儲服務器的可擴充性和兼容性差，數據可靠性低，不利于數據的備份與恢復等問題。針對這一系列問題，需要提出一套與之相適應的數據備份與容災方案予以解決。

1 備份與容災應用需求

校園網數據中心承擔著數據構建、保存、更新、集成、分發(fā)、共享的任務，同時提供容災、備份等信息服務。③而數字化校園網絡的數據存儲與傳輸涉及的數據量大，數據類型復雜，構成數字化校園信息平臺的教學系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)相互獨立，數據共享難度大，信息存儲分散在多個服務器上，存儲資源浪費很大。這就要求數據中心具備較高的數據安全性、高可管理性、良好的可擴展性以及數據訪問的連續(xù)性。

1.1 安全性需求

從數據管理的角度看，小至人為誤操作導致的系統(tǒng)破壞及數據丟失，大至自然因素導致的火災、地震、水災等突發(fā)事件，都會使數字化校園的數據安全受到威脅。④這就要求備份與容災系統(tǒng)具備穩(wěn)定的性能和良好的安全性，要能保證當意發(fā)生時，能夠及時啟動備用的存儲系統(tǒng)，以保證整體系統(tǒng)能夠繼續(xù)平穩(wěn)、正常運行；另外，需要制定嚴密的數據備份與容災方案，作為系統(tǒng)出現(xiàn)故障時數據能夠及時恢復業(yè)務能持續(xù)運行的保障。

數據安全的威脅主要來源于硬件故障、軟件故障、人為操作失誤、惡意刪改、自然災害等。

針對硬件故障，一種主要的解決方案是廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks， RAID）。RAID是一種通過邏輯或物理的方法將多個硬盤組建成一個新的邏輯陣列盤，將數據分散地儲存在不同的磁盤中，存取數據時，陣列中的相關磁盤一起動作，以大幅減低數據的存取時間，同時獲得更佳的空間利用率的技術。⑤該技術有多種級別，其中最常用的是RAID1（磁盤鏡像）和RAID5（帶分布式校驗塊的獨立磁盤陣列）。RAID1的每一個磁盤都具有一個對應的鏡像盤，對任何一個磁盤的數據寫入都會被復制到鏡像盤中，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤中的任何一個磁盤讀取數據。RAID1的讀性能好，可靠性很高，但由于其物理磁盤空間是邏輯空間的兩倍，其成本也是磁盤陣列中最昂貴的一種。RAID5是在同一陣列所有磁盤上交叉地存取數據及奇偶校驗信息，每塊磁盤上的校驗信息由其他幾塊磁盤上對應數據塊計算得出。因此，如果一塊磁盤失效，其他盤上的校驗信息和數據即可經過計算重新產生失效盤上的數據，這樣既提高了數據安全性，又避免了單位成本過高的問題。

針對軟件故障、操作失誤及惡意刪改等軟故障，一般采取結合數據備份恢復軟件，制定相應的數據備份計劃和恢復方案的解決辦法。在數據正常時做好有計劃的備份，記錄下當前數據的狀態(tài)，當軟故障引起數據丟失時，即可借助數據恢復方案把數據恢復到最近一次的備份，最大程度地減少數據的丟失，保證數據的安全性和可靠性。

1.2 可管理性需求

要求整套數據備份與容災方案能夠提供人性化的可操作界面，以便對整個系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控、管理和維護。同時，由于存儲設備多且位置分散，要求系統(tǒng)的管理功能能夠輕易地對分散在各處的存儲設備進行管理。

1.3 可擴展性需求

要求整套存儲備份系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)升級時平滑地接入新的系統(tǒng)，同時不增加服務器和局域網的負擔，具備靈活的升級能力和良好的可擴展性。endprint

1.4 數據訪問連續(xù)性需求

所設計的方案應滿足整個系統(tǒng)不會因為某塊板卡或連接線路故障而導致數據不可訪問，在經費允許的情況下，應盡可能地減少系統(tǒng)的單點故障，最大限度地保障應用服務器對系統(tǒng)數據訪問的連續(xù)性。

2 備份策略的制定

備份策略是指確定需備份的內容、備份時間以及備份方式。備份策略關系到數據的完整性、安全性、可靠性和有效性，并在系統(tǒng)軟硬件發(fā)生任何故障時可以快速恢復數據。⑥一個完整的備份策略是根據實際應用環(huán)境和備份系統(tǒng)的特點，對備份問題進行分析，最終決策形成的一個詳細的備份內容分解機對應的備份調度計劃，用以實現(xiàn)預期目標。

2.1 備份方式的選擇

目前采用的備份方式主要有以下3種：

完全備份：即對現(xiàn)有的所有文件都進行備份。其優(yōu)點在于，當數據遭到破壞或丟失時，只要使用災難發(fā)生前一天的備份磁帶即可恢復丟失的數據（假設備份介質為磁帶，且每天使用一盤磁帶進行備份）。但如果每天都采用這種方式進行備份，其數據量之大可想而知，而且需要耗費大量的時間和服務器資源乃至網絡資源。

增量備份：這種備份方式通常與完全備份結合使用。假設管理員在周日進行一次完全備份，在接下來的六天中每天都只對與前一天相比新增的或修改過的文件進行備份。這種備份方式既節(jié)省了存儲設備的空間又大大縮短了備份處理時間。然而，一旦災難發(fā)生，這種備份方式就會明顯暴露出兩大缺點：數據恢復操作繁瑣和備份可靠性低。同樣設每天備份都需要用到一盤磁帶，假設周四早上系統(tǒng)發(fā)生故障造成大量數據丟失，那么數據恢復時就需要用到周日完全備份的磁帶以恢復周日及之前的數據，除此之外還需用到接下來的周一、周二、周三晚上進行增量備份的3個磁帶，分別用于恢復周一、周二、周三新增的或被修改過的數據，災難發(fā)生的時間離完全備份的時間越遠恢復起來就越麻煩，用到的磁帶和恢復操作就越多。

差異備份：這種備份方式也通常與完全備份結合使用。同樣假設管理員在周日進行一次完全備份，但與增量備份所不同的是，在接下來的六天中每天都只對與周日相比新增的或修改過的文件進行備份。這種備份方式與增量備份相比，同樣也無需每日進行完全備份，能夠大大節(jié)省備份的時間和存儲設備空間，而且在進行數據恢復時避免了增量備份方式帶來的操作繁瑣，只需使用最近一次完全備份和最近一次差異備份的磁帶就能進行數據恢復，所需的磁帶少，且可靠性更高。

在實際應用中，備份策略通常采用完全備份+增量備份或完全備份+差異備份的結合形式，鑒于上面提及的增量備份的缺點，建議選擇后者的結合形式。

2.2 備份策略實施關鍵

備份策略具體應如何實施需與不同服務器的功能及其所存數據的用途和重要性相結合來進行安排。在進行具體實施時，需注意以下幾個關鍵點：首先，由于數據量大，使用網絡備份系統(tǒng)無可避免，但也不能完全依賴網絡備份系統(tǒng)，尤其對關鍵數據而言，必需采用至少兩種備份方法，比如除了借助網絡備份系統(tǒng)進行備份之外，還可采用操作系統(tǒng)備份方法作為軟件備份的補充，這樣即使網絡備份系統(tǒng)運作失效也可保證當日有一份備份成功。其次，備份時不要只備份到磁帶，而應先備份到硬盤，再備份到磁帶。數字化校園中某些重要系統(tǒng)如OA系統(tǒng)的數據實時性較強，需要在短時間內進行備份和恢復，要求取得較短的恢復時間。由于磁帶是脫機存儲介質，數據庫崩潰時，若從磁帶恢復數據到硬盤需要較長的傳輸時間，但如果備份時先備份到硬盤再備份到磁帶，那么當數據庫崩潰時就可以直接使用硬盤中的備份進行恢復，節(jié)省了數據從磁帶讀入到硬盤的時間，從而減少了平均恢復時間。再者，應考慮定期把關鍵應用數據轉移到異地，以確保本地服務器遇到災難性事件后本地關鍵數據能得以恢復。

3 容災方案初步設計

由于我校建有多個校區(qū)，為應對不可抗力災難情況發(fā)生，除了需要進行常規(guī)的本地備份之外，還需進行異地災難備份。為實現(xiàn)主校區(qū)和分校區(qū)間的數據級容災，可將主存儲系統(tǒng)設置在數據中心所在校區(qū)，備份存儲系統(tǒng)放置在另一校區(qū)。

根據我校數字化校園建設現(xiàn)狀及要求，初步建議數據中心配置一臺在線主存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)中配備一套虛擬化數據管理平臺。而容災中心的備份存儲系統(tǒng)中設置一套虛擬化數據管理系統(tǒng)。

為保證對在線存儲中重要數據的容災，利用該虛擬化數據管理平臺中的遠程復制模塊將現(xiàn)有存儲設備中的數據按照事先設定的策略通過IP網絡傳輸到遠程容災存儲系統(tǒng)的存儲池中。每次數據復制只復制上一次復制后的變量數據，以降低網絡帶寬占用量。由于數據直接通過虛擬化平臺傳輸到遠程，中途無需經過任何應用服務器，因此可以實現(xiàn)遠程復制過程中對應用服務器的零干擾。

為主存儲系統(tǒng)和備份存儲系統(tǒng)配備時間點連續(xù)數據保護功能，對存儲設備中的重要數據進行連續(xù)的時間點備份，保存數據在不同時間點的多個備份版本。一旦數據中心存儲系統(tǒng)遭受災難時，即可對不同備份版本的數據進行檢查，最終把數據恢復到離災難發(fā)生之前最近的時間點。

以上采用的主備存儲方式理論上可支持各校區(qū)服務器的共同使用，遇到災難可以快速恢復業(yè)務。

4 結束語

以上所提出的備份與容災方案僅為初步方案，理論上能夠滿足我院數字化校園對容災備份的基本要求，可為日后的容災方案詳細設計及軟硬件設備的選擇提供參考方向。

注釋

① 左鋒，宋艷.數字化校園數據備份體系建設探索[J].計算機與網絡，2012（20）：51-53.

② 汪宏偉.基于SAN的高可靠性校園網絡信息存儲系統(tǒng)的設計[J].情報探索，2006（2）：54-56.

③ 吝春妮.數字化校園中數據中心建設與數據庫安全[J].軟件導刊，2011（4）：163-165.

④ 徐震.數字檔案館數據備份系統(tǒng)方案的規(guī)劃[J].蘭臺世界（理論版），2006（9）：21-22.

⑤ 何歡，何倩等.數據備份與恢復[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

⑥ 魏評.高等學校網絡中心數據備份策略及其實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2008（20）：317-319.endprint