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从广义上讲,对于一个计算机系统而言,一切引起系统非正常停机的事件都称之为灾难。
威胁数据的安全,造成系统失效的主要原因有以下几个方面。
(1)硬件故障。
主要的硬件故障包括I/O和硬盘损坏、电源(包括电缆、插座)以及网络故障等,如果是安装系统的磁盘故障,则还必须重建系统。
(2)人为错误。
最容易忽略的故障原因,包括误操作、人为蓄意破坏,如对一些关键系统配置文件的不当操作,或者人为删除一个文件或格式化一个磁盘,会导致系统不能正常启动。
另外还有黑客的攻击,黑客侵入计算机系统,并且破坏计算机系统。
(3)软件故障。
最为复杂和多样化的故障原因,如系统参数设置不当或者由于应用程序没有优化,造成运行时系统资源不合理分配或数据库参数设置不当等,都有可能导致系统性能下降,甚至停机。
(4)病毒影响。
病毒使计算机系统感染,损坏计算机数据,需要及早预防病毒的攻击。
(5)自然灾难。
包括地震、台风、水灾、雷电、火灾等会无情地毁灭计算机系统,这种灾难破坏性很大,影响面比较广。
灾难发生后,恢复的一般步骤如下。
第1步:
恢复硬件。
第2步:
重新装入操作系统。
第3步:
设置操作系统(驱动程序设置、系统、用户设置)。
第4步:
重新装入应用程序,进行系统设置。
第5步:
用最新的备份恢复系统数据。
3.容灾的级别
容灾可以分为3个级别:
数据级别、应用级别和业务级别。
(1)数据级容灾。
数据级容灾关注点在于数据,需要确保用户数据的完整性、可靠性、安全性和一致性,即灾难发生后可以确保用户原有的数据不会丢失或者遭到破坏。
数据级容灾较为基础,其中,较低级别的数据容灾方案仅需利用磁带库和管理软件就能实现数据异地备份,达到容灾的功效;
而较高级的数据容灾方案则是依靠数据复制工具,例如卷复制软件,或者存储系统的硬件控制器,实现数据的远程复制。
数据级容灾是保障数据可用的最后底线,当数据丢失时能够保证应用系统可以重新得到所有数据。
从这种意义上讲,数据备份属于该级别容灾,用户把重要的数据存放在磁带上,如果考虑到高级别的安全性还可以把磁带运送到远距离的地方保存,当灾难发生后,从磁带中获取数据。
该级别灾难恢复时间较长,仍然存在风险,尽管用户原有数据没有丢失,但是对于提供实时服务的信息系统,应用会被中断,用户业务也被迫停止。
(2)应用级容灾。
应用级容灾在数据级容灾的基础上,把执行应用处理能力复制一份,即在备份站点同样构建一套应用系统,在保证用户数据的完整性、可靠性、安全性和一致性的前提下,提供不间断的应用服务,让客户的应用服务请求能够透明地继续运行,而感受不到灾难的发生,保证整个信息系统提供的服务完整、可靠、安全和一致。
一般来说,应用级容灾系统需要通过更多软件来实现,它可以使企业的多种应用在灾难发生时进行快速切换,确保业务的连续性。
应用级容灾比数据级容灾要求更高。
(3)业务级别。
数据级容灾和应用级容灾都是在IT范畴之内,然而对于正常业务而言,仅IT系统的保障还是不够的。
有些用户需要构建最高级别的业务级别容灾。
业务级容灾的大部分内容是非IT系统,比如电话、办公地点等。
当一场大的灾难发生时,用户原有的办公场所都会受到破坏,用户除了需要原有的数据、原有的应用系统,更需要工作人员在一个备份的工作场所能够正常地开展业务。
4.容灾系统
由于容灾所承担的是用户最关键的核心业务,其发挥的作用异常重要,容灾本身的复杂性也是十分明显,这些决定了容灾是一项系统工程。
容灾首先涉及众多技术及众多厂商的各类解决方案。
性能、灵活性及价格都是必须考虑的因素,更重要的是,用户需要根据自己的实际需求量身打造。
许多用户的生产站点都是经过长期积累、多次改造后形成的,对于特殊的应用还采用特定的设备。
那么当用户考虑构建容灾站点时就必须把所有的情况都考虑进来,构建容灾方案的一条基本准则是“选择适合自己的”。
与此同时用户还要考虑长远一些,尽量采用先进而不是将要淘汰的技术,毕竟冗余站点与生产站点一样会长期使用。
一个完整的容灾系统应该包含3个部分:
本地容灾、异地容灾和有效的管理机制。
(1)本地容灾。
主要手段是容错,容错的基本思想是在系统体系结构上精心设计,利用外加资源的冗余技术来达到屏蔽故障,自动恢复系统或安全停机的目的。
(2)异地容灾。
当遇到自然灾害(火山、地震)或者战争等意外事件时,仅采用本地容灾并不能满足要求,这就应该考虑采用异地容灾的保护措施。
异地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,当主系统因意外停止工作时,备用系统可以接替工作,保证系统的不间断运行。
异地容灾系统采用的主要方法是数据复制,目的是在本地与异地之间确保各系统关键数据和状态参数的一致。
对于容灾系统来说,所包含的关键技术有数据存储管理、数据复制、灾难检测、系统迁移和灾难恢复5个方面。
(1)数据存储管理。
数据存储管理是指对与计算机系统数据存储相关的一系列操作(如备份、归档、恢复等)进行的统一管理,是计算机系统管理的一个重要组成部分,也是建立一个容灾系统的重要组成部分。
数据备份,是指为防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失,而将全系统或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其他的存储介质的过程,数据备份是容灾的基石。
数据归档是将硬盘数据复制到可移动媒体上。
与数据备份不同的是,数据归档在完成复制工作后将原始数据从硬盘上删除,释放硬盘空间。
数据备份是数据存储管理中的一个重要部分。
数据备份的评价标准包括备份速度、恢复速度以及数据恢复点。
为了提高备份的效率,出现了很多新的备份技术,在很大程度上提高了备份速度,主要的备份技术在后面介绍。
(2)数据复制。
容灾系统的核心技术是数据复制。
顾名思义,数据复制就是将一个地点的数据复制到另外一个不同的物理点上的过程。
数据复制一般分为同步数据复制和异步数据复制。
根据复制数据的层次进行细化,可以分为以下4种类型。
①硬件级的数据复制:
主要是在磁盘级别对数据进行复制,包括磁盘镜像、卷复制等,这种类型的复制方法可以独立于应用,并且复制速度也较快,对生产系统的性能影响也较小,但是开销比较大。
②操作系统级的复制:
主要是在操作系统层次,对各种文件的复制,这种类型的复制受到了具体操作系统的限制。
③数据库级的复制:
是在数据库级别将对数据库的更新操作以及其他事务操作以消息的形式复制到异地数据库,这种复制方式的系统开销也很大,并且与具体数据库相关。
业务数据流级复制:
就是业务数据流的复制,就是将业务数据流复制到异地备用系统,经过系统处理后,产生对异地系统的更新操作,从而达到同步。
这种方式,也可以独立于具体应用,但是可控性较差。
现在利用这种方式来实现容灾系统的例子还很少。
(3)灾难检测。
现在对灾难的发现方法一般是通过心跳技术和检查点技术,这种技术在高可靠性集群中应用很广泛。
心跳技术又称为拉技术,就是每隔一段时间都要向外广播自身的状态(通常为“存活”状态),在进行心跳检测时,心跳检测的时间和时间间隔是关键问题,如果心跳检测的太频繁,将会影响系统的正常运行,占用系统资源;
如果间隔时间太长,则检测就比较迟钝,影响检测的及时性。
检查点技术又称为主动检测,就是每隔一段时间,就会对被检测对象进行一次检测,如果在给定的时间内,被检测对象没有相应,则认为检测对象失效。
与心跳技术相同,检测点技术也受到检测周期的影响,如果检测周期太短,虽然能够及时发现故障,但是给系统造成很大的开销;
如果检测周期太长,则无法及时的发现故障。
对于异地容灾,备份生产中心和主生产中心可能相隔千里,这时候因为网络延迟较大或者其他原因,可能会影响心跳检测的效果,因此如何对现有的检测技术进行改进,以适应广域网的要求,将是实现高效的远程容灾系统的基础。
(4)系统迁移。
在发生灾难时,为了能够保证业务的连续性,必须实现能够实现系统透明的迁移,也就是能够利用备用系统透明的代替生产系统,一般是通过DNS或者IP地址的改变来实现系统迁移的。
(5)灾难恢复。
灾难恢复是为恢复计算机系统提供保证的。
业界广泛的经验和教训说明,灾难恢复的成功在于企业中经过良好训练和预演的人在自己的角色上实施预先计划的策略,即灾难恢复计划。
在系统备份与灾难恢复计划建立以后,还必须在事前反复测试,并随时调整,加以改进,完整的系统恢复方案才能得以建立。
其中灾难恢复策略在整个恢复方案中占有非常重要的作用。
可以按照以下几个步骤来制定数据恢复策略。
①评估公司对数据流和有效数据的需要性。
②每次数据损坏事故造成的经济损失有多大。
③在多长时间范围内必须成功进行数据恢复,以避免其影响企业收益。
④评估数据损失的风险,确定跨部门的数据恢复策略优先级别。
⑤评估数据存储设备的所有潜在的风险。
⑥使用上述评估结果制定质优价廉的安全机制(包括备份)。
⑦数据损失的间接代价是什么。
⑧通过对所有的数据损坏进行预算来制定预防策略和最终的数据恢复策略。
5.容灾备份技术
建立容灾备份系统时会涉及多种技术,如SAN技术、DAS技术、NAS技术、远程镜像技术、虚拟存储、基于IP的SAN的互连技术、快照技术、推技术、RAIT、并行流技术等。
(1)SAN(StorageAreaNetwork,存储局域网)技术。
SAN是独立于服务器网络系统之外几乎拥有无限存储的高速存储网络,它以光纤通道作为传输媒体,以光纤通道和SCSI的应用协议作为存储访问协议,将存储子系统网络化。
光纤通道技术具有带宽高、误码率低和距离长等特点,特别适合于海量数据传输领域,所以被应用于主机和存储器间的连接通道和组网技术中。
基于SAN的备份解决方案既包括了集中式备份解决方案的所有管理上的优点,又涵盖了分布式(直连式)备份方案所独具的高速数据传输率的特点。
(2)DAS(DirectAttachmentStorage,直接挂接存储)技术。
DAS数据存储设备直接挂接在各种服务器或客户端扩展接口下,服务器通过I/O通道服务来直接访问DAS中的数据。
DAS本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统,而应用服务器本身的操作系统与第三方应用软件挂接,使得DAS设备的价格相对比较便宜。
(3)NAS(NetworkAttachmentStorage,网络挂接存储)技术。
NAS技术可以满足无专用直接连接存储设备的主机存储需要。
由于NAS具有协议公开、操作简单和适应范围广的特点,特别是在以文件处理为基础的多用户网络计算环境中,NAS更以其良好的扩展能力成为重要的存储手段。
(4)远程镜像技术。
这种技术克服了传统镜像和备份技术在时空方面的局限性,能够保障关键业务在大规模灾害或危机发生时仍然能够持续不断地稳定运行。
远程数据镜像技术实现了数据在不同环境间的实时有效复制,无论这些环境间相距几米、几公里,还是横亘大陆。
远程镜像技术是在主数据中心和备援中心之间的数据备份时用到。
镜像是在两个或多个磁盘或磁盘子系统上产生同一个数据的镜像视图的信息存储过程,一个称为主镜像系统,另一个称为从镜像系统。
按主、从镜像存储系统所处的位置可分为本地镜像和远程镜像。
远程镜像又称远程复制,是容灾备份的核心技术,同时也是保持远程数据同步和实现灾难恢复的基础。
远程镜像按请求镜像的主机是否需要远程镜像站点的确认信息,又可分为同步远程镜像和异步远程镜像。
同步远程镜像(同步复制技术)是指通过远程镜像软件,将本地数据以完全同步的方式复制到异地,每一本地的I/O事务均需要等待远程复制的完成确认信息,方予以释放。
同步镜像使远程复制总能与本地机要求复制的内容相匹配。
当主站点出现故障时,用户的应用程序切换到备份的替代站点后,被镜像的远程副本可以保证业务继续执行而没有数据的丢失。
但它存在往返传播造成延时较长的缺点,只限于在相对较近的距离上应用。
异步远程镜像(异步复制技术)保证在更新远程存储视图前完成向本地存储系统的基本I/O操作,而由本地存储系统提供给请求镜像主机的I/O操作完成确认信息。
远程的数据复制是以后台同步的方式进行的,这使本地系统性能受到的影响很小,传输距离长(可达1000km以上),对网络带宽要求小。
但是,许多远程的从属存储子系统的写没有得到确认,当某种因素造成数据传输失败,可能出现数据一致性问题。
为解决这个问题,目前大多采用延迟复制的技术,即在确保本地数据完好无损后进行远程数据更新。
(5)虚拟存储。
在有些容灾方案产品中,还采取了虚拟存储技术,如西瑞异地容灾方案。
虚拟化存储技术在系统弹性和可扩展性上开创了新的局面。
它将几个IDE或SCSI驱动器等不同的存储设备串联为一个存储池。
存储集群的整个存储容量可以分为多个逻辑卷,并作为虚拟分区进行管理。
存储由此成为一种功能而非物理属性,而这正是基于服务器的存储结构存在的主要限制。
虚拟存储系统还提供了动态改变逻辑卷大小的功能。
事实上,存储卷的容量可以在线随意增加或减少。
可以通过在系统中增加或减少物理磁盘的数量来改变集群中逻辑卷的大小。
这一功能允许卷的容量随用户的即时要求动态改变。
另外,存储卷能够很容易地改变容量,移动和替换。
安装系统时,只需为每个逻辑卷分配最小的容量,并在磁盘上留出剩余的空间。
随着业务的发展,可以用剩余空间根据需要扩展逻辑卷。
你也可以将数据在线从旧驱动器转移到新的驱动器上,而不中断服务的运行。
存储虚拟化的一个关键优势是它允许异质系统和应用程序共享存储设备,而不管它们位于何处。
公司将不再需要在每个分部的服务器上都连接一台磁带设备。
(6)基于IP的SAN的互连技术。
早期的主数据中心和备援数据中心之间的数据备份,主要是基于SAN的远程复制(镜像),即通过光纤通道FC,把两个SAN连接起来,进行远程镜像(复制)。
当灾难发生时,由备援数据中心替代主数据中心保证系统工作的连续性。
这种远程容灾备份方式存在一些缺陷,如实现成本高、设备的互操作性差、跨越的地理距离短(10km)等,这些因素阻碍了它的进一步推广和应用。
目前,出现了多种基于IP的SAN的远程数据容灾备份技术。
它们是利用基于IP的SAN的互连协议,将主数据中心SAN中的信息通过现有的TCP/IP网络,远程复制到备援中心SAN中。
当备援中心存储的数据量过大时,可以利用快照技术将其备份到磁带库或光盘库中。
这种基于IP的SAN的远程容灾备份,可以跨越LAN、MAN和WAN,成本低、可扩展性好,具有广阔的发展前景。
(7)快照技术。
远程镜像技术往往同快照技术结合起来实现远程备份,即通过镜像把数据备份到远程存储系统中,再用快照技术把远程存储系统中的信息备份到远程的磁带库、光盘库中。
快照是通过软件对要备份的磁盘子系统的数据快速扫描,建立一个要备份数据的快照逻辑单元号LUN和快照cache,在快速扫描时,把备份过程中即将要修改的数据块同时快速复制到快照cache中。
快照LUN是一组指针,它指向快照cache和磁盘子系统中不变的数据块(在备份过程中)。
在正常业务进行的同时,利用快照LUN实现对原数据的一个完全的备份。
它可使用户在正常业务不受影响的情况下,实时提取当前在线业务数据。
其“备份窗口”接近于零,可大大增加系统业务的连续性,为实现系统真正的7×
24运转提供了保证。
快照是通过内存作为缓冲区(快照cache),由快照软件提供系统磁盘存储的即时数据映像,它存在缓冲区调度的问题。
(8)推技术。
推技术是一种代理程序,它安装在需要备份的客户机上,按照备份服务器的要求,代理程序产生需要备份文件的列表,将这些文件进行打包压缩,送到备份服务器上。
它代理了一部分备份服务器的工作,提高了网络备份的效率。
(9)RAIT(RedundantArrayofInexpensiveTape)。
RAIT将多个相同的磁带驱动器做成一个阵列,既可以提高备份性能,又可以提高磁带的容错性。
(10)并行流技术。
并行流技术指在同一个备份服务器上连接了多个备份设备,同时也提交多个备份任务,它们分别针对不同的磁带设备。
这样可以达到并行操作。
但它不像RAIT技术那样具备容错的功能。
下面是对个人用户提出的一些备份建议。
(1)操作系统与应用软件备份。
在安装完操作系统与应用软件后,将操作系统所在的分区映射为一个镜像文件(使用ghost),保存在另一块硬盘或另一个逻辑分区上,这样在数据恢复时就可以直接由镜像文件恢复操作系统。
如果应用软件没有安装在系统盘(C:
)的ProgramFiles文件夹下,而是安装在了其他分区(D:
)上,那么在备份C:
盘后也要备份D:
盘,这样操作系统发生数据故障后,就会很快恢复系统,而不用重新安装操作系统与所有的软件。
(2)文档备份。
例如对于Office文档(包括Word、PowerPoint、Excel文档等)需要经常整理,然后定期备份。
(3)邮件与地址簿备份。
Outlook(或Foxmail)里的邮件与地址簿可以通过其“导出”工具来把地址信息导出和邮件导出,将导出的信息复制到其他存储介质上可以完成备份。
6.容灾备份等级
设计一个容灾备份系统需要考虑多个因素:
备份/恢复数据量大小、应用数据中心与备援数据中心之间的距离和数据传输方式、灾难发生时所要求的恢复速度、备援中心的管理及投入资金等。
根据这些因素和不同的应用场合,将容灾备份划分为4个等级,见表8.1。
表8.1中的容灾备份等级的划分类似于国际标准SHARE78,1992年美国的SHARE用户组与IBM一起,定义了SHARE78标准,该标准将容灾系统分为7层,分别适用于不同的规模和应用场合。
有兴趣的读者可以在网上查找SHARE78标准的文档。
7.数据容灾与备份的联系
备份是指用户为应用系统产生的重要数据(或者原有的重要数据信息)制作一份或者多份副本,以增强数据的安全性。
备份与容灾关注的对象不同,备份关注数据的安全,容灾关注业务应用的安全。
可以把备份称做是“数据保护”,而容灾称做“业务应用保护”。
备份通过备份软件使用磁带机或者磁带库(有些用户使用磁盘、光盘)作为存储介质将数据进行复制,容灾则表现为通过高可用方案将两个站点或者系统连接起来。
备份与容灾是存储领域两个非常重要的部分,二者有着密切的联系。
首先,在备份与容灾中都有数据保护工作,备份大多采用磁带方式,性能低,成本低;
容灾采用磁盘方式进行数据保护,数据随时在线,性能高,成本高。
其次,备份是存储领域的一个基础,在一个完整的容灾方案中必然包括备份的部分;
同时备份还是容灾方案的有效补充,因为容灾方案中的数据始终在线,因此存储有完全被破坏的可能,而备份提供了额外的一条防线,即使在线数据丢失也可以从备份数据中恢复。
数据容灾与数据备份的联系主要体现在以下几个方面。
(1)数据备份是数据容灾的基础。
数据备份是数据高可用的最后一道防线,其目的是为了系统数据崩溃时能够快速地恢复数据。
虽然它也算一种容灾方案,但这种容灾能力非常有限,因为传统的备份主要是采用数据内置或外置的磁带机进行冷备份,备份磁带同时也在机房中统一管理,一旦整个机房出现了灾难,如火灾、盗窃和地震等灾难时,这些备份磁带也随之销毁,所存储的磁带备份也起不到任何容灾功能。
(2)容灾不是简单备份。
真正的数据容灾就是要避免传统冷备份所具有的先天不足,它能在灾难发生时,全面、及时地恢复整个系统。
不过数据备份还是最基础的,没有备份的数据,任何容灾方案都没有现实意义。
而容灾对于IT而言,是能够提供一个防止各种灾难的计算机信息系统。
(3)容灾不仅是技术。
容灾是一个系统工程,不仅包括各种容灾技术,还应有一整套容灾流程、规范及其具体措施。
8.容灾计划
严格地说,容灾计划包括一系列应急计划,如业务持续计划、业务恢复计划、操作连续性计划、事件响应计划、场所紧急计划、危机通信计划、灾难恢复计划等。
(1)业务持续计划(BCP,BusinessContinuityPlan)。
业务持续计划是一套用来降低组织的重要营运功能遭受未料的中断风险的作业程序,它可能是人工或系统自动的。
业务持续计划的目的是使一个组织及其信息系统在灾难事件发生时仍可以继续运作。
(2)业务恢复计划(BRP,BusinessRecoveryPlan)。
业务恢复计划也称业务继续计划,涉及紧急事件后对业务处理的恢复,但与BCP不同,它在整个紧急事件或中断过程中缺乏确保关键处理的连续性的规程。
BRP的制定应该与灾难恢复计划及BCP进行协调。
BRP应该附加在BCP之后。
(3)操作连续性计划(COOP,ContinuityofOperationsPlan)。
操作连续性计划关注的是位于机构(通常是总部单位)备用站点的关键功能以及这些功能在恢复到正常操作状态之前最多30天的运行。
由于COOP涉及总部级的问题,它和BCP是互相独立制定和执行的。
COOP的标准要素包括职权条款、连续性的顺序和关键记录和数据库。
由于COOP强调机构在备用站点恢复运行中的能力,所以该计划通常不包括IT运行方面的内容。
另外,它不涉及无须重新配置到备用站点的小型危害。
但是COOP可以将BCP、BRP和灾难恢复计划作为附录。
(4)事件响应计划(IRP,IncidentResponsePlan)。
事件响应计划建立了处理针对机构的IT系统攻击的规程。
这些规程用来协助安全人员对有害的计算机事件进行识别、消减并进行恢复,这些事件的例子包括:
对系统或数据的非法访问、拒绝服务攻击或对硬件、软件、数据的非法更改(如有害逻辑:
病毒、蠕虫或木马等)。
本计划可以包含在BCP的附录中。
(5)场所紧急计划(OEP,OccupantEmergencyP
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