SAN環境下數據備份和遠程容災技術研究論文

摘 要：針對目前的備份技術存在的問題，提出將多種數據備份技術、備份技術和容災技術相互結合運用於數據保護中。透過多種備份技術的結合運用，可以達到減小數據備份視窗、縮短備份數據恢復時間的目的。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用戶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，數據已經成爲企業內IT系統架構的核心和關鍵。一方面，數據的存儲架構必須滿足海量數據存儲發展的要求，以SAN（Storage Area Network）爲代表的存儲結構已經成爲主流的存儲架構。另一方面，客戶對數據的安全性提出了更高的要求，因此數據備份技術和容災技術已經成爲數據保護的主要手段和方法。 一般將備份技術應用在對本地數據的保護上，而對於數據和應用的異地保護，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

本系統主要考慮數據的安全性和完整性，同時結合備份技術和容災軟件而設計。由於這套系統既有備份的功能，又有容災的功能，故將這套系統定義爲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、編寫備份腳本程序，實現數據的本地備份和異地備份。備份策略主要包括數據庫的全備份和增量備份。透過備份腳本，確保離線的數據儲存在磁帶機中。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），透過編寫的同步腳本實現快照（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數據，又可以保護某一個時間點的數據。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爲存儲層、基於存儲的軟件、光纖交換層、主機卷管理器層、數據層和應用層。下面依次說明各層實現的功能。

存儲層：由兩個磁盤陣列系統組成，存儲層存放系統的核心數據，是整個系統的基礎；

基於存儲的軟件：這一層由多個內嵌存儲的軟件構成，其中包括生成快照和克隆的軟件；

光纖交換層：由光纖交換機、主機HBA卡等組成，這層主要擔任數據的傳輸的任務；

主機卷管理器：這層負責組織、管理主機硬盤的容量空間；

數據層：主要存放所有數據，包括數據庫的數據，操作系統的數據；

應用層：在本系統中主要指主機端執行的數據庫，

系統由SAN網絡、以太網絡組成。SAN網絡由磁盤陣列系統、磁帶庫和兩臺光纖交換機組成。把兩臺磁盤陣列系統稱爲磁盤陣列A和磁盤陣列B，磁盤陣列A作爲本地設備，磁盤陣列B和磁帶庫作爲異地設備。在系統中把磁盤陣列A稱爲生產端，把磁盤陣列B稱爲備份端。在以太網絡上，連接多臺服務器（包括Window服務器、Unix服務器）。在備份客戶端安裝數據庫，數據庫的容量達到200G。這些服務器充當生產主機和備份客戶端。

在磁盤陣列上安裝快照軟件和容災軟件，由快照軟件生成生產卷的快照，由容災軟件完成在兩臺磁盤存儲設備之間卷級別的數據複製。兩端數據的一致性透過卷級別的數據複製得到了保證。磁帶庫連接到SAN網絡，用來備份在磁盤陣列生成的快照。在備份服務器安裝備份軟件的服務器端，透過備份服務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盤快照技術、SAN備份技術和容災技術。系統完成的主要功能有：

（1）透過備份軟件對服務器執行的數據庫做全備份,將該全備份集備份到磁帶機上；對數據庫在盤陣上的數據源Lun做快照，然後使用備份軟件將快照備份到磁帶機上。

計算並對比兩種方法的時間。爲了驗證備份的完整性，分別測試將磁帶機上數據庫的全備份和快照Restore到原數據庫，測算兩種方法所用的時間。

（2）透過利用容災軟件，將磁盤陣列A的快照鏡像到磁盤陣列B中。透過將該Lun綁定到主機端，來確認兩端數據的完整性。

（3）使用容災軟件，將磁盤陣列A的生產卷的克隆鏡像到磁盤陣列B中。透過將該Lun綁定到主機端，來確認兩端數據的完整性。

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、鏡像快照模組和鏡像克隆模組。

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數據庫作全備份，隨後使用磁帶機上的全備份集對數據庫做Restore；第二組中先對數據庫的數據源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數據庫中，使用數據庫的回滾功能（Rollback）恢復數據庫到某個時間點。

鏡像快照模組實現容災技術和快照技術的結合應用。在磁盤陣列A端對某個被鏡像的`Lun做的快照，可以透過容災軟件鏡像到磁盤陣列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。快照具有數據量小的特點，一般快照只有源卷的20%大小，這樣透過容災軟件傳送的話，傳送的數據量不大。本地模擬環境下傳送20M的快照數據用時大約5分鐘。在數據被容災軟件複製到異地後，透過備份軟件備份該快照的鏡像到磁帶機。容災軟件具有反向同步功能，即把原來的備份端提升爲生產端，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，再使用容災軟件複製回生產端。這種數據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數據到生成快照的時間點。快照被容災軟件鏡像，也可以對該鏡像進行備份。這樣做帶來的好處是備份過的快照又完全可以恢復到磁盤陣列B上，透過容災軟件還可以還原回生產端，也就是磁盤陣列A上。

鏡像克隆模組將生產卷的克隆透過容災軟件鏡像到備份端，然後再透過備份軟件備份到磁帶機上。這種技術是對生產卷的整個卷做了實時複製。由於克隆數據量要遠大於快照，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。容災軟件可以進行增量拷貝，就是把數據的改變量也同步到備份端的盤陣空間上。這樣透過容災技術，在備份端的磁盤空間總是儲存最新的生產端數據卷狀態。

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件複製到備份端磁盤空間的鏡像卷和本地克隆卷的鏡像卷。儘管佔用較多的空間，但是對於關鍵應用和關鍵數據來說，以空間的代價帶來數據的安全也是值得的。

在數據備份和恢復過程中，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。在進行數據恢復時，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，迅速恢復生產卷數據的狀態。

系統實現

系統實現主要透過兩個軟件工具，即RMAN備份腳本和CLI軟件工具。RMAN是數據庫提供的備份標準接口，透過編寫RMAN工具來完成快照的備份和恢復；CLI軟件工具是磁盤陣列提供的軟件接口工具，透過CLI編寫程序完成快照的生成和啓動過程。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使用和維護的目標數據庫的資訊，RMAN使用這些資訊去決定如何執行備份和恢復的請求。

（2）目標數據庫必須是在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數據恢復，所以這是一個必備條件。同時archivelog模式也是數據庫在線備份的必備條件。

（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中註冊的全部數據庫的記錄。當RMAN被用來啓動備份或恢復數據庫時，它將目標數據庫與恢復目錄中可用的數據庫ID進行驗證。如果條件一致，RMAN對目標數據庫至少建立兩個通道，其中一個通道只是對目標數據庫的一個遠程調用，使用PL/SQL接口來執行備份與恢復操作。

使用備份軟件對數據庫做全備份，見圖3。

圖3 數據庫全備份

如上圖所示，數據庫在備份軟件的控制下，備份到EXB-220磁帶機中。備份方式採用數據庫全備份方式，數據庫容量約爲200GB，完成備份所需時間爲兩個小時。

參考文獻：

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