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计算机网络等信息技术的发展,为人们的生活和工作带来了诸多便利。尽管我们一再小心谨慎,但不可避免地会发生软件缺陷、硬件损坏、电脑病毒和黑客攻击,造成无法弥补的数据丢失的灾难。因此保证数据存储的安全性和可用性至关重要,这也使人们越来越认识到电子数据存储备份的必要性和重要性。
所谓数据备份,顾名思义就是将数据以某种方式加以保留,以便在系统遭受破坏或其他特定情况下,重新加以利用的一个过程。数据备份的根本目的是重新利用,即备份工作的核心是恢复。能够安全、方便而又高效地恢复数据,才是备份系统的真正生命力所在。备份程序可以在局域网(LAN)或是存储区域网络(SAN)上运行。机构将会使用典型的“智能”软件包,能够自动确定备份时间、执行备份、追踪备份和恢复数据。传统的磁带备份也由备份软件包管理。随着备份技术的快速发展,采用了磁盘备份技术,可选择磁盘作为备份介质。
备份架构中磁盘的作用
随着网络数据存储设备的创新发展,备份方式也从传统的磁带方式发展到目前的磁盘到磁盘、虚拟磁带和磁盘到磁盘到磁带的多种方式。磁盘存储系统价格结构的变化和经济高效的串行ATA存储系统的可用性,促使磁盘到磁盘这种新型备份方式的出现。大多数备份软件厂商如今都支持磁盘到磁盘的备份。多年来,一些软件厂商早已实现了对数据分段备份到磁盘的支持。实质上,分段法只是备份过程中的一个中间步骤,备份数据首先存储到磁盘,然后转移到磁带介质。许多备份软件包如今支持诸如磁盘的备份介质,同时也可选择将数据从一种介质转移到另一介质,诸如磁带。在如今高速磁盘环境下,传统备份技术的融合和数据迁移显得非常有活力。
主要备份技术
快照/影像备份
传统备份实质上是收集文件。快照或是影像备份开创另类方法,首先在备份开始前生成数据卷的块级静态影像,然后将原始文件系统数据块传输到备份介质上。快照技术是一种数据差分备份技术,通过软件对主磁盘进行快速扫描,建立该时间备份数据点的逻辑快照,尽管快照卷在逻辑上和主卷拥有相同的容量,但它并不是主卷的完全拷贝,仅备份一段时间内修改更新的数据,需要共享主卷的部分数据。快照系统通常由两部分组成,数据存储区和地址解析控制,它向用户提供主磁盘和多个时间点的快照盘的逻辑视图。这些快照盘并不像主磁盘或从属磁盘,有固定的容量,它的大小根据快照数据即修改更新的数据大小而改变。
由于数据快照就是对某一时刻的磁盘块地址映射表进行一个复制,而且文件系统描述符区相比磁盘上的数据而言是非常小的,所以这个复制过程非常快。为了确保数据一致性,在备份过程中,当缓存了变化了的数据块时就会产生告警。该技术的目的是为了提高备份的效率和缩短备份窗口。通常一致性的做法是使用影像备份以免文件系统在磁盘上生成许多文件。影像备份与磁盘到磁盘备份方式结合使用效果极好。
LAN-Based 备份
在该系统中数据的传输是以网络为基础的。其中配置一台服务器作为备份服务器,由它负责整个系统的备份操作。磁带库则接在某台服务器上,在数据备份时备份对象把数据通过网络传输到磁带库中实现备份。
LAN-free备份
LAN-Free和Server-Free的备份系统是建立在SAN(存储区域网)的基础上的。基于SAN的备份是一种彻底解决传统备份方式需要占用LAN带宽问题的解决方案。它采用一种全新的体系结构,将磁带库和磁盘阵列各自作为独立的光纤结点,多台主机共享磁带库备份时,数据流不再经过网络而直接从磁盘阵列传到磁带库内,是一种无需占用网络带宽 (LAN-Free) 的解决方案。LAN-Free数据传输允许服务器通过光纤通道接口执行备份。每台连接到SAN的服务器都能够将数据备份到磁带机。数据通过应用服务器从SAN附属磁盘径直迁移到SAN附属存储装置。与传统的LAN备份相比,尤其对于大规模备份,LAN-free备份有助于获得显著的性能并释放LAN资源,否则将会被占用。
Server-Free备份
与传统备份或是LAN-free备份(数据通过备份服务器组件)相比较,Server-Free备份数据通过SAN在存储设施间直接传送。Server-Free备份的一个主要优势是不需要在服务器中缓存数据,显著减少对主机CPU的占用,减小了应用服务器的工作负荷。由于备份过程在专用高速存储网络上进行,而且决定吞吐量的是存储设备的速度,而不是服务器的处理能力,所以系统性能大为提升。若将Server-Free备份定义为数据不必首先传输到备份系统,那就有点混淆不清了,原因是备份程序仍旧控制着一些主要的备份功能,而且必须弄清备份文件的索引。在此姑且将数据自行迁移称作Server-Free。其典型的操作顺序是,备份软件先明确逻辑文件名和它们如何映射到物理数据块,再对要备份的数据卷执行快照操作,然后使用扩展拷贝或是第三方拷贝命令经由SAN迁移数据。第三方拷贝是由SAN系统(诸如连接桥)、主系统或是存储装置本身执行。这一组件通常称作“数据迁移器”。
虚拟磁带库(VTL)
虚拟磁带库(VTL)实质上是模拟磁带库的磁盘系统。备份系统“认为”是将数据备份到磁带装置,而实际上是备份到磁盘系统。VTL技术以磁盘作为存储介质,并利用虚拟化技术将磁盘仿真成物理磁带库,利用传统备份软件实现和物理磁带库同样的数据备份功能,在操作窗口上实现完全如物理磁带库一样的操作,从而在不改变原来磁带库备份架构的情况下,用磁盘代替磁带。
与传统的磁带库相比,虚拟磁带库有以下优点:读写速度快、缩短备份窗口;具有磁盘容错功能、提高可用性;磁盘存储应用广泛、技术认知度高、易于管理维护;结合磁盘阵列的快速拷贝、复制等功能、提高备份成功率、缩短恢复时间、提升读取归档数据的效率、实现数据保护更高的可靠性等。
作为传统磁带库的一个有益的补充方案,虚拟磁带库使用基于磁盘技术的数据备份/恢复系统,整合了磁盘所具备的快速访问、数据传输以及RAID的优势,同时利用仿真技术可以整合多种磁带格式及磁带库类型,在此基础上延续了磁带原本具有的稳定、可写入大数据块的特点,使得虚拟磁带库很快成为了存储备份领域的一项主流技术。
数据重复删除技术
数据重复删除技术通常用于基于磁盘的备份系统,旨在通过减少冗余数据来减少数据存储总量。在磁盘系统中数据重复删除是关键部件,是因为它影响着备份、恢复和磁带拷贝性能,影响着可量测性和其它重要的备份功能。以ExaGrid第二代基于磁盘的备份系统为例,它以完全备份的方式将最近的数据备份存储,利用后处理方式(post-processing,采用Hash 算法技术或者差分算法技术)以字节级别对更早存储的备份数据重复删除。为了达到这一目的,备份数据要与过去的备份对照,对每一次备份中变化了的字节执行存储。采用这种备份方法,数据减少速率可达10:1到50:1。数据减少比率由需要处理的数据字节决定,数据的平均减少比率变化范围为20或25:1。数据可以轻易地由多台服务器处理。备份系统架构为无缝虚拟化的ExaGrid GRID架构。
在线备份技术
在线数据备份技术正在快速替代更多的传统备份技术,诸如磁带备份。通过使用Internet技术,在线备份或是基于网络的备份是异地存储数据的有效方法。这类数据可以是文件、文件夹或是整个硬盘驱动器。这类重要的数据有规律地备份到远程服务器或是带有网络连接的计算机。
对于活动数据库,在线备份常常称作热备份或是动态备份。这是一种针对数据执行的备份,即使数据正在被用户存取,并且数据可能处于更新状态。由于不需要停网,就如同传统的离线冷备份,因此在线数据备份为多用户系统提供了简便的解决方法。
在线数据备份服务简单、高效,但是企业也会顾虑到数据存储在第三方的安全性。这就对服务提供商提出了更高的要求。首先,在线数据备份软件要保证数据在传输和存储过程中的安全;第二,要保证经过一定安全级别的认证机制,数据才能恢复到本地;第三,服务提供商在管理机制上也要保证企业数据的存储安全,这就要求服务提供商是可信赖的、管理规范的企业。
几点启示
(1)拷贝是从源文件中读出数据,并将其写到含有不同于源文件所在的物理介质上的过程,读出后源文件数据不变。然而,若只备份应用系统中的特定业务数据而对应用软件和一些重要的数据文件缺乏必要的记录,就会造成备份内容不完整。因此,备份不仅包括对数据的拷贝,也包括备份管理。管理包括备份的可计划性、磁带机等的自动化操作、历史记录的保存以及日志记录等等。
(2)硬件备份主要包括双机热备份、磁盘阵列与磁盘镜像。但是硬件备份不能从根本上保证数据安全。理由是硬件备份的最主要目的是保证系统的连续运行,对人为错误导致的数据丢失无能为力,无法有效地防止病毒入侵,对电源故障、天灾人祸等意外事件也无能为力。
(3)最有效的备份是用一种容量大的设备对数个网络系统进行备份。这样,无论系统遭到什么程度的破坏,都可以很方便地将原来的系统恢复起来。
(4)对备份和恢复时间目标的考虑。数据备份的目的是数据恢复。通常与数据恢复有关的关键测度是时间,原因是当系统不能使用时,数据恢复的快与慢对业务有直接的影响。停机时间越长,造成经营收入和商业机会丧失的影响就越大,因此需要考虑恢复时间目标(RTO)和恢复点目标(RPO)。RTO是指将信息系统从灾难造成的故障或瘫痪状态恢复到可正常运行状态,并将其支持的业务功能从灾难造成的不正常状态,恢复到可接受状态所需的时间,其中包括备份数据恢复到可用状态所需时间、数据处理系统切换时间,以及备用网络切换时间等等。RPO是指业务系统所允许的灾难过程中的最大数据丢失量(以时间来度量)。
根据使用的恢复技术或是方法,对恢复时间、恢复点和费用各自之间采取合理的折衷方案。灾难发生后,传统备份将会是恢复数据的可靠方法,但恢复时间会很长。其它磁盘备份技术的出现有助于将恢复时间降至可接受的范围,达到更加经济高效的程度。因此,强烈鼓励机构密切注意数据需要什么样的保护,在业务拓展的基础上使用什么类型的备份或是其它数据保护技术。
网络用户的理想备份方案是用一种容量大、具有先进的自动管理功能,价格又相对较低的设备对整个网络系统数据进行备份。传统的备份技术采用磁带介质,开发的技术也以磁带为基础,存在备份速度慢、备份窗口瓶颈、恢复速度慢、实现并行备份和并行恢复难等诸多问题。随着磁盘系统价格的持续降低,用户日益收缩的备份窗口和对备份恢复速度的要求,以及远程容灾的需要,开发基于磁盘系统的数据备份与灾难恢复技术成为开发的焦点。在线数据备份保证了数据安全,而且经济高效,达到数字资源的容灾目的,最大限度地减轻数据丢失和毁损带来的灾难性后果。
所谓数据备份,顾名思义就是将数据以某种方式加以保留,以便在系统遭受破坏或其他特定情况下,重新加以利用的一个过程。数据备份的根本目的是重新利用,即备份工作的核心是恢复。能够安全、方便而又高效地恢复数据,才是备份系统的真正生命力所在。备份程序可以在局域网(LAN)或是存储区域网络(SAN)上运行。机构将会使用典型的“智能”软件包,能够自动确定备份时间、执行备份、追踪备份和恢复数据。传统的磁带备份也由备份软件包管理。随着备份技术的快速发展,采用了磁盘备份技术,可选择磁盘作为备份介质。
备份架构中磁盘的作用
随着网络数据存储设备的创新发展,备份方式也从传统的磁带方式发展到目前的磁盘到磁盘、虚拟磁带和磁盘到磁盘到磁带的多种方式。磁盘存储系统价格结构的变化和经济高效的串行ATA存储系统的可用性,促使磁盘到磁盘这种新型备份方式的出现。大多数备份软件厂商如今都支持磁盘到磁盘的备份。多年来,一些软件厂商早已实现了对数据分段备份到磁盘的支持。实质上,分段法只是备份过程中的一个中间步骤,备份数据首先存储到磁盘,然后转移到磁带介质。许多备份软件包如今支持诸如磁盘的备份介质,同时也可选择将数据从一种介质转移到另一介质,诸如磁带。在如今高速磁盘环境下,传统备份技术的融合和数据迁移显得非常有活力。
主要备份技术
快照/影像备份
传统备份实质上是收集文件。快照或是影像备份开创另类方法,首先在备份开始前生成数据卷的块级静态影像,然后将原始文件系统数据块传输到备份介质上。快照技术是一种数据差分备份技术,通过软件对主磁盘进行快速扫描,建立该时间备份数据点的逻辑快照,尽管快照卷在逻辑上和主卷拥有相同的容量,但它并不是主卷的完全拷贝,仅备份一段时间内修改更新的数据,需要共享主卷的部分数据。快照系统通常由两部分组成,数据存储区和地址解析控制,它向用户提供主磁盘和多个时间点的快照盘的逻辑视图。这些快照盘并不像主磁盘或从属磁盘,有固定的容量,它的大小根据快照数据即修改更新的数据大小而改变。
由于数据快照就是对某一时刻的磁盘块地址映射表进行一个复制,而且文件系统描述符区相比磁盘上的数据而言是非常小的,所以这个复制过程非常快。为了确保数据一致性,在备份过程中,当缓存了变化了的数据块时就会产生告警。该技术的目的是为了提高备份的效率和缩短备份窗口。通常一致性的做法是使用影像备份以免文件系统在磁盘上生成许多文件。影像备份与磁盘到磁盘备份方式结合使用效果极好。
LAN-Based 备份
在该系统中数据的传输是以网络为基础的。其中配置一台服务器作为备份服务器,由它负责整个系统的备份操作。磁带库则接在某台服务器上,在数据备份时备份对象把数据通过网络传输到磁带库中实现备份。
LAN-free备份
LAN-Free和Server-Free的备份系统是建立在SAN(存储区域网)的基础上的。基于SAN的备份是一种彻底解决传统备份方式需要占用LAN带宽问题的解决方案。它采用一种全新的体系结构,将磁带库和磁盘阵列各自作为独立的光纤结点,多台主机共享磁带库备份时,数据流不再经过网络而直接从磁盘阵列传到磁带库内,是一种无需占用网络带宽 (LAN-Free) 的解决方案。LAN-Free数据传输允许服务器通过光纤通道接口执行备份。每台连接到SAN的服务器都能够将数据备份到磁带机。数据通过应用服务器从SAN附属磁盘径直迁移到SAN附属存储装置。与传统的LAN备份相比,尤其对于大规模备份,LAN-free备份有助于获得显著的性能并释放LAN资源,否则将会被占用。
Server-Free备份
与传统备份或是LAN-free备份(数据通过备份服务器组件)相比较,Server-Free备份数据通过SAN在存储设施间直接传送。Server-Free备份的一个主要优势是不需要在服务器中缓存数据,显著减少对主机CPU的占用,减小了应用服务器的工作负荷。由于备份过程在专用高速存储网络上进行,而且决定吞吐量的是存储设备的速度,而不是服务器的处理能力,所以系统性能大为提升。若将Server-Free备份定义为数据不必首先传输到备份系统,那就有点混淆不清了,原因是备份程序仍旧控制着一些主要的备份功能,而且必须弄清备份文件的索引。在此姑且将数据自行迁移称作Server-Free。其典型的操作顺序是,备份软件先明确逻辑文件名和它们如何映射到物理数据块,再对要备份的数据卷执行快照操作,然后使用扩展拷贝或是第三方拷贝命令经由SAN迁移数据。第三方拷贝是由SAN系统(诸如连接桥)、主系统或是存储装置本身执行。这一组件通常称作“数据迁移器”。
虚拟磁带库(VTL)
虚拟磁带库(VTL)实质上是模拟磁带库的磁盘系统。备份系统“认为”是将数据备份到磁带装置,而实际上是备份到磁盘系统。VTL技术以磁盘作为存储介质,并利用虚拟化技术将磁盘仿真成物理磁带库,利用传统备份软件实现和物理磁带库同样的数据备份功能,在操作窗口上实现完全如物理磁带库一样的操作,从而在不改变原来磁带库备份架构的情况下,用磁盘代替磁带。
与传统的磁带库相比,虚拟磁带库有以下优点:读写速度快、缩短备份窗口;具有磁盘容错功能、提高可用性;磁盘存储应用广泛、技术认知度高、易于管理维护;结合磁盘阵列的快速拷贝、复制等功能、提高备份成功率、缩短恢复时间、提升读取归档数据的效率、实现数据保护更高的可靠性等。
作为传统磁带库的一个有益的补充方案,虚拟磁带库使用基于磁盘技术的数据备份/恢复系统,整合了磁盘所具备的快速访问、数据传输以及RAID的优势,同时利用仿真技术可以整合多种磁带格式及磁带库类型,在此基础上延续了磁带原本具有的稳定、可写入大数据块的特点,使得虚拟磁带库很快成为了存储备份领域的一项主流技术。
数据重复删除技术
数据重复删除技术通常用于基于磁盘的备份系统,旨在通过减少冗余数据来减少数据存储总量。在磁盘系统中数据重复删除是关键部件,是因为它影响着备份、恢复和磁带拷贝性能,影响着可量测性和其它重要的备份功能。以ExaGrid第二代基于磁盘的备份系统为例,它以完全备份的方式将最近的数据备份存储,利用后处理方式(post-processing,采用Hash 算法技术或者差分算法技术)以字节级别对更早存储的备份数据重复删除。为了达到这一目的,备份数据要与过去的备份对照,对每一次备份中变化了的字节执行存储。采用这种备份方法,数据减少速率可达10:1到50:1。数据减少比率由需要处理的数据字节决定,数据的平均减少比率变化范围为20或25:1。数据可以轻易地由多台服务器处理。备份系统架构为无缝虚拟化的ExaGrid GRID架构。
在线备份技术
在线数据备份技术正在快速替代更多的传统备份技术,诸如磁带备份。通过使用Internet技术,在线备份或是基于网络的备份是异地存储数据的有效方法。这类数据可以是文件、文件夹或是整个硬盘驱动器。这类重要的数据有规律地备份到远程服务器或是带有网络连接的计算机。
对于活动数据库,在线备份常常称作热备份或是动态备份。这是一种针对数据执行的备份,即使数据正在被用户存取,并且数据可能处于更新状态。由于不需要停网,就如同传统的离线冷备份,因此在线数据备份为多用户系统提供了简便的解决方法。
在线数据备份服务简单、高效,但是企业也会顾虑到数据存储在第三方的安全性。这就对服务提供商提出了更高的要求。首先,在线数据备份软件要保证数据在传输和存储过程中的安全;第二,要保证经过一定安全级别的认证机制,数据才能恢复到本地;第三,服务提供商在管理机制上也要保证企业数据的存储安全,这就要求服务提供商是可信赖的、管理规范的企业。
几点启示
(1)拷贝是从源文件中读出数据,并将其写到含有不同于源文件所在的物理介质上的过程,读出后源文件数据不变。然而,若只备份应用系统中的特定业务数据而对应用软件和一些重要的数据文件缺乏必要的记录,就会造成备份内容不完整。因此,备份不仅包括对数据的拷贝,也包括备份管理。管理包括备份的可计划性、磁带机等的自动化操作、历史记录的保存以及日志记录等等。
(2)硬件备份主要包括双机热备份、磁盘阵列与磁盘镜像。但是硬件备份不能从根本上保证数据安全。理由是硬件备份的最主要目的是保证系统的连续运行,对人为错误导致的数据丢失无能为力,无法有效地防止病毒入侵,对电源故障、天灾人祸等意外事件也无能为力。
(3)最有效的备份是用一种容量大的设备对数个网络系统进行备份。这样,无论系统遭到什么程度的破坏,都可以很方便地将原来的系统恢复起来。
(4)对备份和恢复时间目标的考虑。数据备份的目的是数据恢复。通常与数据恢复有关的关键测度是时间,原因是当系统不能使用时,数据恢复的快与慢对业务有直接的影响。停机时间越长,造成经营收入和商业机会丧失的影响就越大,因此需要考虑恢复时间目标(RTO)和恢复点目标(RPO)。RTO是指将信息系统从灾难造成的故障或瘫痪状态恢复到可正常运行状态,并将其支持的业务功能从灾难造成的不正常状态,恢复到可接受状态所需的时间,其中包括备份数据恢复到可用状态所需时间、数据处理系统切换时间,以及备用网络切换时间等等。RPO是指业务系统所允许的灾难过程中的最大数据丢失量(以时间来度量)。
根据使用的恢复技术或是方法,对恢复时间、恢复点和费用各自之间采取合理的折衷方案。灾难发生后,传统备份将会是恢复数据的可靠方法,但恢复时间会很长。其它磁盘备份技术的出现有助于将恢复时间降至可接受的范围,达到更加经济高效的程度。因此,强烈鼓励机构密切注意数据需要什么样的保护,在业务拓展的基础上使用什么类型的备份或是其它数据保护技术。
网络用户的理想备份方案是用一种容量大、具有先进的自动管理功能,价格又相对较低的设备对整个网络系统数据进行备份。传统的备份技术采用磁带介质,开发的技术也以磁带为基础,存在备份速度慢、备份窗口瓶颈、恢复速度慢、实现并行备份和并行恢复难等诸多问题。随着磁盘系统价格的持续降低,用户日益收缩的备份窗口和对备份恢复速度的要求,以及远程容灾的需要,开发基于磁盘系统的数据备份与灾难恢复技术成为开发的焦点。在线数据备份保证了数据安全,而且经济高效,达到数字资源的容灾目的,最大限度地减轻数据丢失和毁损带来的灾难性后果。