宋文功， 蔣新華

（中南大學(xué)信息中心，長沙 410083）

0 引 言

隨著高等院校的應(yīng)用不斷發(fā)展，其數(shù)據(jù)中心可能是個私有云架構(gòu)，整個學(xué)校信息化建設(shè)對數(shù)據(jù)保護和系統(tǒng)可用性有更高的需求，建設(shè)一套高性能、高安全性、可靠性、可擴展性、可管理性的數(shù)據(jù)保護系統(tǒng)成為了高校數(shù)據(jù)中心及其重要應(yīng)用信息化建設(shè)的當務(wù)之急．

1 概 述

1．1 數(shù)據(jù)級容災(zāi)

數(shù)據(jù)級容災(zāi)系統(tǒng)只保證數(shù)據(jù)的完整性、可靠性和安全性［1］．衡量容災(zāi)系統(tǒng)的技術(shù)指標主要有兩個：RPO（恢復(fù)點目標）和RTO（恢復(fù)時間目標），RPO表示災(zāi)難發(fā)生時允許丟失的數(shù)據(jù)量，RTO表示系統(tǒng)的恢復(fù)時間［2］．也就是對RPO有要求，對RTO基本不要求．對于數(shù)據(jù)級的應(yīng)用容災(zāi)技術(shù)主要是備份．對于有遠距離校區(qū)的高校，由于要將數(shù)據(jù)備份到遠距離的容災(zāi)中心，中間的鏈路帶寬一般是低帶寬的，當數(shù)據(jù)量較大時，要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要少．現(xiàn)在成熟的新的備份技術(shù)是重復(fù)數(shù)據(jù)刪除［3］技術(shù)．該技術(shù)可以用較小的鏈路帶寬來完成遠程備份．

1．2 應(yīng)用級容災(zāi)

應(yīng)用級容災(zāi)［1］系統(tǒng)能夠提供不間斷的應(yīng)用服務(wù)，讓服務(wù)請求能夠透明地繼續(xù)運行，保證數(shù)據(jù)中心提供的服務(wù)完整、可靠、安全．對于學(xué)校中的一些重要應(yīng)用，如校園網(wǎng)主頁，不僅對RPO有要求，而且還對RTO有較高要求．這樣，只做數(shù)據(jù)級備份，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)的要求．對于這些應(yīng)用，要做應(yīng)用級容災(zāi)．應(yīng)用級容災(zāi)包含有同城容災(zāi)和異地容災(zāi)兩種．

1．3 雙活

當有的學(xué)校應(yīng)用對學(xué)校工作影響非常大，要求RPO和RTO都為零時，如校園一卡通應(yīng)用，生產(chǎn)中心和容災(zāi)中心的雙活［4］情況就應(yīng)運而生．

雙活是指生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心之間并沒有明確的主備之分，每個中心都有生產(chǎn)、互為災(zāi)備的任務(wù)．其具備以下4大優(yōu)勢．

一是實現(xiàn)最高級別的可用性．雙活中心［4］可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)零丟失、實時切換．

二是提高設(shè)備利用率．雙活中心不再設(shè)置專用的災(zāi)備資源，不同中心的資源同時承擔生產(chǎn)和災(zāi)備．

三是保障運維資源的災(zāi)備接管能力．由于日常雙活中心的運維資源都在進行工作，當一個中心發(fā)生災(zāi)難時，其他中心所有的流程、職責、設(shè)備資源、系統(tǒng)資源都不需做大的改動即可接管，只是運維工作量有所增加．

四是雙活中心的技術(shù)要求高．傳統(tǒng)模式一般只做數(shù)據(jù)層面的同步、異步復(fù)制，在其他技術(shù)層面不需要互聯(lián)太多，而雙活中心要求在信息系統(tǒng)的各個層面都要緊密互聯(lián)、互動．還要求雙中心間的鏈路帶寬有充分保障．

2 容災(zāi)技術(shù)

實現(xiàn)數(shù)據(jù)級容災(zāi)［5］的主要技術(shù)有虛擬帶庫和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除；虛擬帶庫是磁盤陣列硬件設(shè)備，但是在軟件功能上卻模擬磁帶備份的形式．虛擬磁帶庫主要有以下幾點優(yōu)勢．

（1）相對于機械磁帶，虛擬磁帶庫使用了兼容磁帶備份管理軟件以及傳統(tǒng)備份流程，這使得設(shè)備的可用性以及備份的可靠性得到了大幅提升；

（2）性能大幅提高，可支持接近磁盤陣列極限速度的備份以及恢復(fù)速度．而且免疫病毒，數(shù)據(jù)安全性等同普通磁帶庫；

（3）恢復(fù)工作極為簡便，如果所需數(shù)據(jù)存在VTL當中，則不會涉及任何機械工作，恢復(fù)工作就像磁盤備份的速度一樣；

（4）虛擬磁帶庫采用基于RAID保護的磁盤陣列，從而將備份的可靠性較常規(guī)磁帶備份提高了若干量級．封閉式結(jié)構(gòu)的磁盤介質(zhì)本身的MTBF（平均無故障間隔）一般為開放式結(jié)構(gòu)磁帶介質(zhì)的5倍以上；

（5）兼容性好，標準的FC、SCSI或iSCSI接口設(shè)備，兼容流行的主機設(shè)備和操作系統(tǒng)；

（6）實用性好，與現(xiàn)有磁帶庫應(yīng)用方式一致，不用更改現(xiàn)有存儲應(yīng)用軟件的管理策略，保護用戶投資；

（7）虛擬磁帶庫用電子化的“機械手”和“磁帶驅(qū)動器”，代替了機械磁帶庫中裸露、易損的裝置，基于RAID保護的磁盤陣列具備降級工作能力，且具自動報警和在線熱恢復(fù)能力．

從以上虛擬磁帶庫的優(yōu)勢可以看出，虛擬磁帶庫不僅解決了傳統(tǒng)磁帶庫維護負擔高、備份失效率高以及備份恢復(fù)能力不佳的問題，而且也改變了磁盤備份容易被誤刪除或被病毒感染以及不便于在SAN環(huán)境中統(tǒng)一管理和優(yōu)化使用的劣勢．

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除一種數(shù)據(jù)縮減技術(shù)，通常用于基于磁盤的備份系統(tǒng)，旨在減少存儲系統(tǒng)中使用的存儲容量．它的工作方式是在某個時間周期內(nèi)查找不同文件中不同位置的重復(fù)可變大小數(shù)據(jù)塊．重復(fù)的數(shù)據(jù)塊用指示符取代．高度冗余的數(shù)據(jù)集（例如備份數(shù)據(jù)）從數(shù)據(jù)重復(fù)刪除技術(shù)的獲益極大；用戶可以實現(xiàn)10∶1至50∶1的縮減比．重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)可以允許用戶的不同中心之間進行高效，經(jīng)濟的備份數(shù)據(jù)復(fù)制．

實現(xiàn)應(yīng)用級容災(zāi)的主要技術(shù)有集群技術(shù)［1］和CDP（持續(xù)數(shù)據(jù)保護）［1］技術(shù)．對于異地容災(zāi)，采用低帶寬就能實現(xiàn)的CDP技術(shù)較為普遍．在低帶寬的環(huán)境里，精簡復(fù)制技術(shù)（Microscan）將傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單元縮小到512字節(jié)（一般的軟件級別技術(shù)在1個block4 096字節(jié)，硬件級別技術(shù)在block16 000字節(jié)），可以在極小的帶寬傳輸較大的數(shù)據(jù)量．CDP自動連續(xù)快照技術(shù)，可以快速恢復(fù)當前及歷史數(shù)據(jù)．可以大大降低系統(tǒng)恢復(fù)生產(chǎn)的時間．連續(xù)I／O記錄技術(shù)可以將數(shù)據(jù)恢復(fù)到任意歷史軌跡（秒級和I／O級均可）．數(shù)據(jù)一致性保證技術(shù)在指定的快照點和復(fù)制點產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫的校驗點刷新，從而確保數(shù)據(jù)庫日志與數(shù)據(jù)文件的一致性，實現(xiàn)快速啟動數(shù)據(jù)庫的目標．這些技術(shù)可以使遠程容災(zāi)中心可以滿足的RPO和RTO做到相對小的程度．

如果要做到RPO和RTO為零，就要采用兩中心雙活的方式．實現(xiàn)生產(chǎn)中心和容災(zāi)中心雙活，要實現(xiàn)完備的雙活架構(gòu)，需要在信息系統(tǒng)的各個層面進行雙活設(shè)計．我們將數(shù)據(jù)中心的信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分為7層：訪問接入層、Web層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)庫層、系統(tǒng)平臺層、存儲層、網(wǎng)絡(luò)層．

為滿足雙活中心的需求，訪問接入層必須使客戶端的請求在多個中心之間進行智能選擇，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)性（性能最優(yōu)／故障切換／按需連接）．實現(xiàn)站點選擇通常有兩種方式：一是傳統(tǒng)站點輪詢技術(shù)；二是站點負載均衡技術(shù)．

Web／應(yīng)用層雙活實現(xiàn)機制主要有3種：一是基于主機集群技術(shù)；二是基于中間件軟件自身集群實現(xiàn)功能；三是基于負載均衡設(shè)備方式．

數(shù)據(jù)庫層的雙活技術(shù)主要有兩種：一是數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)；二是數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)．

操作系統(tǒng)層的雙活技術(shù)已經(jīng)較為成熟，可以采用HA和集群技術(shù)進行實現(xiàn)．目前虛擬機的相關(guān)技術(shù)有比較大的發(fā)展，可以充分利用新的漂移、災(zāi)備切換等技術(shù)進行操作系統(tǒng)層的雙活部署．

存儲雙活實現(xiàn)機制主要有4種：一是基于主機卷復(fù)制技術(shù)；二是基于存儲虛擬化技術(shù)；三是基于存儲復(fù)制技術(shù)；四是基于SAN網(wǎng)絡(luò)復(fù)制技術(shù)．

雙活模式下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)既需要保證IP網(wǎng)絡(luò)的高可用性，又要保證能夠滿足既定雙活要求：如果大量使用虛擬化的漂移等技術(shù)，需要雙活中心間網(wǎng)絡(luò)大二層互通；對于高校，不同校區(qū)間一般是同城部署光纖通道，保證數(shù)據(jù)同步；要求實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)高速互通，保證不同數(shù)據(jù)中心間的雙活和數(shù)據(jù)復(fù)制．以下是某高校擬建的雙活數(shù)據(jù)中心的拓撲圖：

圖1 雙活數(shù)據(jù)中心容災(zāi)系統(tǒng)拓撲圖

3 結(jié)束語

高校數(shù)據(jù)中心容災(zāi)技術(shù)的采納，是一個需要經(jīng)過數(shù)據(jù)保護效果，和實現(xiàn)該效果的經(jīng)濟代價之間平衡的考量．當應(yīng)用需要有不間斷工作的要求時，雙活中心是考慮的重點；當有一定的RPO和RTO的要求時，應(yīng)用級容災(zāi)是考慮的重點．而數(shù)據(jù)級容災(zāi)是數(shù)據(jù)高可用的最后一道防線，它只能滿足數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)破壞時的數(shù)據(jù)恢復(fù)目的，不能提供實時的業(yè)務(wù)接管功能．選擇適合自身發(fā)展的架構(gòu)和技術(shù)需要根據(jù)實際情況進行全面分析．此外，建設(shè)容災(zāi)數(shù)據(jù)中心，技術(shù)僅僅是其中的一個方面，在服務(wù)、管理、流程、人才培養(yǎng)等方面都需要做大量的研究和部署工作；另外一個重要方面是應(yīng)用改造，存在的困難較多，也給研究者和建設(shè)者帶來諸多挑戰(zhàn)．

［1］ 李春晟．數(shù)據(jù)中心災(zāi)備系統(tǒng)的分類［J］．智能建筑與城市信息，2010（11）：31－33．

［2］ 王德軍，王麗娜．容災(zāi)系統(tǒng)研究［J］．計算機工程，2005，31（6）：43－45，113．

［3］ 楊天明．網(wǎng)絡(luò)備份中重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)研究［J］．華中科技大學(xué)學(xué)報，2011（7）：47－49．

［4］ 肖良華．云數(shù)據(jù)中心雙活技術(shù)淺析［J］．金融電子化，2012（2）：59－61．

［5］ 黃大川．數(shù)據(jù)中心容災(zāi)架構(gòu)的兩種新方案［J］．中國金融電腦，2013（10）：88－88．