信息系统容灾备份技术探讨

信息系统容灾备份技术探讨

钟森华

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司 河南郑州 450000

摘要：信息系统高可用已上升到国家信息化发展的战略高度，成为国家信息安全保障体系中的核心问题之一。为大力推进信息化发展，切实保障信息安全，国家陆续出台一系列政策制度，如《中华人民共和国网络安全法》中明确对重要系统和数据库进行容灾备份，《中华人民共和国数据安全法》中明确了企业需要建立健全数据安全治理体系。在进行容灾方案设计时，如何选择合适的灾备技术成为企业关注的重要问题。

关键词：信息系统；容灾备份；灾备；数据复制

一、容灾备份的概念

传统的数据容灾系统就是将核心数据通过各种复制技术，采用同步或异步方式，从主站复制到各个地方，例如在被站点、磁带库等等。当主站系统发生硬件故障或自然灾害时，可以将数据还原或直接投入使用。现代容灾备份是指在相隔较远的异地，建立两套功能相同的IT系统，互相之间可以进行健康状态监视和功能切换，当一处系统因意外(如火灾、地震等)停止工作时，整个应用系统可以切换到另一处，使得该系统功能可以继续正常工作。

二、容灾备份关键指标

(1)灾备级别

国际上，根据SHARE78国际组织提出的标准，可以将系统灾备的级别划分为7级；目前国内灾备系统建设标准根据《信息系统灾难恢复规范》国家标准GB/T20988-2007，可以将系统灾备的级别分为6级。国内灾备级别见下表所示：

表2.1 国内灾备级别

(2)RPO和RTO

RPO:以数据为出发点，主要指的是业务系统所能容忍的数据丢失量。在发生数据丢失时，数据容灾实现数据恢复时，恢复的数据与原始生产数据不一至的数据量。RPO是反映数据恢复完整性的指标，在线数据保护方式下，RPO等于数据同步时间；在离线数据保护方式下，RPO为相临两次数据备份的时间间隔。

RTO：数据恢复时间目标，主要指的是所能容忍的实现数据恢复的时间，也就是从系统故障发生，数据不能访问到业务数据恢复，数据能够备份访问所需要的最短时间。是反映数据恢复及时性的指标，RTO值越小，代表数据恢复能力越强。

三、灾备技术分析

(1)数据复制技术

数据复制是将一组数据从一个数据源拷贝到其它一个或多个数据源。根据计算机网络体系结构(OSI)，数据源在IT系统中所处的层级不同，数据复制主要可分为存储硬件层数据复制、操作系统层数据复制和数据库层数据复制。

1)存储硬件层复制技术

存储硬件层复制主要指基于存储磁盘阵列之间的直接镜像，通过存储系统内的固件或操作系统，利用IP网络或光纤等传输介质连接，将数据以同步或异步的方式复制到目标端。存储硬件层复制的优势在于复制工作仅在存储硬件层面进行，与操作系统层无关，因此可以避免服务器的性能开销过大的问题，适用于关键任务和高端交易应用，也是目前最广泛用于容灾场景的数据复制技术之一。存储硬件层复制的劣势在于主要适用于同品牌、同型号的同构存储系统，并需配备低延迟和大带宽的物理链路，成本较高，给异地复制带来极大困难。

2)操作系统层复制技术

根据数据捕获环节的不同，操作系统层复制可以分为字节级复制和块级复制。

字节级复制技术是指对生产服务器文件系统的I/0操作信息进行实时捕获，生成序列化l/0操作日志并发送至目标服务器，操作日志包括I/0操作发生的时间、发起的进程、操作具体针对的文件、文件具体操作的位置以及操作的内容。目标服务器收到I/0操作日志后进行数据的写入，完成数据复制。

块级复制技术是指在生产服务器的文件系统之下和磁盘驱动之上的卷层设置驱动模块，实现磁盘数据变化的捕捉。通过对生产服务器磁盘空间进行划分，构建磁盘位图，将发生数据变化的位图信息发送至目标服务器并与前次位图信息进行整合，实现数据的复制。

3)数据库层复制技术

数据库层复制通常采用逻辑复制的方式，将源数据库中的重做日志和归档日志解析出SOL语句后，发送至目标数据库，在目标数据库上重做SOL语句实现数据复制。

(2)备份技术分析

备份往往是指数据或者系统的备份，它是容灾的基础，是指为防止系统出现操作失误或故障导致的数据丢失，而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它存储介质的过程。

1)按照备份时间频率分为:定时备份、实时备份。

定时备份:是指有时间间隔的数据备份方式，比如一天一次，一周一次，或一个月一次，定时备份会出现数据丢失的情况。

实时备份:是指无时间间隔的数据备份方式，通过数据实时复制技术，保证主备两端的数据读写一致，确保数据的丢失量最少，甚至不丢失。

2)按照备份数据量分为:全量备份、增量备份、差量备份。

全量备份:用存储介质对整个数据及系统进行完全备份。这种备份方式的好处是很直观，容易被人理解，易恢复;缺点是在备份数据中有大量重复数据，由于需要备份的数据量相当大，因此备份所需时间较长。

增量备份:每次备份的数据只是相当于上一次备份后增加和修改后的数据。这种备份的优点很明显，重复数据少，即节省存储空间，又缩短了备份时间。

差量备份:是拷贝所有新产生或更新的数据，这些数据都是最近一次全量备份后产生或更新的。

(3)容灾技术分析

容灾是指在相隔较远的异地，建立两套或多套功能相同的IT系统，互相之间可以进行健康状态监视和功能切换，当一处系统因意外(如地震、停电、火灾、洪灾等)停止工作时,整个应用系统可以切换到另一处，使得该系统功能可以继续正常工作。

1)数据级容灾:指通过建立异地容灾中心，做数据的远程备份，在灾难发生后要确保原有的数据不会丢失或者遭到破坏。数据级容灾在发生灾难时应用会中断，且业务恢复的时间比较长。但是相比其他容灾级别费用比较低，而且构建实施也相对简单。

2)应用级容灾:指在数据级容灾基础上，在异地容灾中心构建一套相同的应用系统，通过同步或异步复制技术进行数据的实时复制，保证关键应用在允许的时间范围内恢复运行，尽可能减少故障带来的损失,让用户基本感受不到故障的发生。

3)业务级容灾:指所有核心业务的容灾，除了IT网络设备齐全，还要求场地、电力等基础设施建设完善，是所有容灾等级中最高的。

四、结语

近年来国家政策始终关注数据安全和大数据行业发展，数据安全的重要性越来越受到各方的关注，以容灾备份为代表的产业正在快速发展壮大，市场规模也进一步扩大。各级厂家及服务商应结合自身情况，加强顶层规划和设计，逐层落实，尽早建立自己的容灾备份体系，探索出助力企业发展和市场竞争的数字化转型之路。

参考文献：

[1]谢长生,韩德志,李怀阳,等.容灾备份的等级和技术[J].中国计算机用户,2003,(18):30.

[2]屈志毅,王涛,李建旭.DB2大型数据库容灾备份实时复制系统[J].计算机系统应用,2012,21(03):198-201.

[3]祝建武.云存储在企业容灾备份中全新模式探析[J].现代商贸工业,2011,23(03):268-269.DOI:10.19311/j.cnki.1672-3198.2011.03.170.