存儲備份技術
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摘要：在當今網(wǎng)絡信息時代，SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡）是存儲領域近來十分引人注目的技術。它一方面能為網(wǎng)絡上的應用系統(tǒng)提供豐富、快速、簡便的存儲資源；另一方面又能共享存儲資源并對其實施集中管理，成為當今理想的存儲管理和應用模式。討論了SMR系統(tǒng)中卷復制技術和Snapshot備份技術，利用其系列功能，可以大大地減少計劃外或計劃內(nèi)的宕機時間，充分提高數(shù)據(jù)的可用性，同時可以提高系統(tǒng)的服務時間。
關鍵詞：存儲；備份；卷復制技術；Snapshot備份技術
1數(shù)據(jù)存儲備份與恢復的作用與意義
隨著計算機的普及和信息技術的進步，特別是計算機網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，信息安全的重要性日趨明顯。但是，作為信息安全的一個重要內(nèi)容——數(shù)據(jù)存儲備份的重要性卻往往被人們所忽視。只要發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交換，就有可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)故障。這時，如果沒有采取數(shù)據(jù)存儲備份和數(shù)據(jù)恢復手段與措施，就會導致數(shù)據(jù)的丟失。有時造成的損失是無法彌補和無法衡量的。
數(shù)據(jù)故障的形式是多種多樣的。通常，數(shù)據(jù)故障可劃分為系統(tǒng)故障、事務故障和介質(zhì)故障三大類。在信息的收集、處理、存儲、傳輸和分發(fā)中經(jīng)常會存在一些新的問題，其中最值得關注的就是系統(tǒng)失效、數(shù)據(jù)丟失或遭到破環(huán)。
因此，數(shù)據(jù)存儲備份和數(shù)據(jù)恢復是保護數(shù)據(jù)的最后手段。
2數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)的基本構成
一個好的數(shù)據(jù)存儲備份系統(tǒng)應該具備以下一些基本要素：（1）保護性：全面保護用戶的數(shù)據(jù)，在災難發(fā)生時能快速可靠地進行數(shù)據(jù)恢復；（2）可管理性：這是存儲備份中一個重要的因素。因為可管理性與存儲備份的可靠性緊密相關。最佳的可管理性當然就是自動化存儲備份方案，這不僅增加了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，而且在數(shù)據(jù)恢復時減少了以往十分繁瑣的工作步驟，節(jié)約了大量的人力和時間；（3）可擴展性：存儲備份最大的忌諱就是在存儲備份過程中因介質(zhì)容量不足而更換介質(zhì)。因為這會降低存儲備份數(shù)據(jù)的可靠性與完整性。因此，存儲介質(zhì)的容量在存儲備份中具有壓倒一切的重要性。
3卷復制技術
3.1存儲備份模型
當用戶的數(shù)據(jù)需要保留相對比較長的時間時，最經(jīng)濟的方法是采用磁帶，這就需要解決因此帶來的需要長時間存儲備份和恢復的問題。要完成存儲備份/恢復操作，最簡單的方案就是：用戶在每次需要進行數(shù)據(jù)拷貝時，逐個指定所使用的源/目的Volume，若需要多個副本，則需要多次重復同一過程。這樣把對存儲備份介質(zhì)的管理和對存儲備份過程的控制責任完全壓在了用戶身上，不但效率低下，而且容易出錯，也沒有充分發(fā)揮磁盤陣列硬件的并行優(yōu)勢。
為此，備份恢復管理模塊首先從介質(zhì)的管理入手，它通過引入復制的觀點，即在磁盤陣列中將一些磁盤作為主磁盤，另一些作為主磁盤的冗余盤，也叫從磁盤，通過對主磁盤和從磁盤的pair設定，并提供復制、恢復、分離等命令，可實現(xiàn)以下功能：主盤上所有數(shù)據(jù)的變化可以直接反映到從盤上；當發(fā)生意外時，從盤上的數(shù)據(jù)可以迅速恢復到主盤上等功能，并且通過各種選項的設置，實現(xiàn)不同的復制狀態(tài)，按用戶的需要完成不同的備份恢復功能。用戶可以事先規(guī)劃好數(shù)據(jù)的備份和恢復關系，在用戶的參與下建立起多個磁盤陣列間的備份網(wǎng)絡，以后的備份/恢復過程就只需要指定所要操作的備份網(wǎng)絡即可。
備份/恢復操作是以邏輯盤LD為單位進行的。邏輯盤在備份術語中稱為“卷”。基本備份/恢復功能就是通過將磁盤陣列中業(yè)務卷上的數(shù)據(jù)復制到復制卷上，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高安全性。當業(yè)務卷上的數(shù)據(jù)被毀壞時，就可以用它的復制卷上的數(shù)據(jù)來恢復業(yè)務卷上的數(shù)據(jù)內(nèi)容，或者讓服務器直接訪問這個復制卷。
3.2Pair信息的存儲
借助pair關系的branch（分叉）和chain（鏈式）特性，可形成一個備份/恢復的多叉樹，并進而形成一個強大的備份網(wǎng)絡。為了在系統(tǒng)中表示與操作這種關系，需要用一種數(shù)據(jù)結(jié)構來存儲它。作為pair中主方的Volume會具有MV屬性，作為pair中從方的Volume會具有RV屬性。
關系總是依賴于實體而存在的，因此筆者將pair關系用volume中的一個稱之為“pairnode”的內(nèi)嵌結(jié)構體來表示。pairnode中包含MV或RV的定位信息，以及該pair當前所處的狀態(tài)。
為了查詢性能的優(yōu)化，以及為了能通過RDRpair中的一方找到位于遠地的另一方，在MV和RV所對應的Volume中都持有表示同一個pair關系的“pairnode”。
pair關系是有方向性的，為了區(qū)分這一點，參照Volume的分類方法，可將MV中的那個指向RV的“pairnode”稱為“replicationpairnode”，將RV中的那個指向MV的“pairnode”稱為“masterpairnode”。
MV和RV中表示同一個pair關系的“pairnode”中所保存的pair狀態(tài)值在大多數(shù)情況下是完全一樣的，但在pair中一方出現(xiàn)故障而另一方正常時，二者的內(nèi)容可能會有所差別。另外，系統(tǒng)提供了一些單方強制操作，亦只對pair中的某一方而不是同時對MV和RV同時執(zhí)行操作，在這種情況下，MV和RV中的pair狀態(tài)信息也會有所差別。這種MV和RV中保存的pair狀態(tài)信息的不一致性，也是同時在MV和RV方保存pair信息的原因之一。
圖1pair信息存儲示意圖
3.3卷復制功能的實現(xiàn)
（1）pair的設定和解除操作。
在設定pair時，首先要檢查指定的兩個Volume是否可以被設定為pair，即：①即將作為RV的Volume必須是一個IV（獨立卷）；②兩個Volume的容量、類型等必須完全一致；③若即將作為MV的Volume不是一個VI，則它所在的所有pair必須處于分離狀態(tài)；在解除一個pair時，要檢查指定的兩個volume是否己經(jīng)是一對pair，且該pair應當處于分離狀態(tài)。
（2）Restore/Separate等操作。
這些操作本身的實現(xiàn)并不難，最主要的是要在命令發(fā)行前根據(jù)硬件的當前狀態(tài)進行合法性檢查，預先判斷這些命令發(fā)往硬件后，是否能被執(zhí)行成功。若檢查通過，則將之打包成Agent模塊所能識別的電文并發(fā)往Agent模塊，等待執(zhí)行結(jié)果的返回。
4Snapshot存儲備份技術
4.1Snapshot的提出
卷復制技術能夠提供塊級的數(shù)據(jù)同步功能，并且在性能上比文件復制要高出許多。在備份的時候，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的無間斷備份，僅僅是在主卷和從卷分離的時候，需要停止在主卷上的作業(yè)。但是，這種I/0操作，即使是處于同一個磁盤陣列筐體內(nèi)的兩個磁盤（LD）之間進行，速度也不是很理想。而且，這種基于主從卷之間的備份和恢復技術，更適合于對付突如其來的物理災害。
Snapshot技術是實現(xiàn)瞬間做成volume在某一時間的拷貝，大大降低了備份時業(yè)務中斷的時間，同時，它應用差分管理技術實現(xiàn)了備份成本的降低，并且，使得備份的世代管理成為可能。
4.2Snapshot的實現(xiàn)方式
從Snapshot實現(xiàn)的層次來看，Snapshot功能可以由磁盤陣列內(nèi)的固件來實現(xiàn)，也可以在操作系統(tǒng)級由卷管理器軟件或文件系統(tǒng)來實現(xiàn)。從實現(xiàn)所采用的技術來看，可采用指針型實現(xiàn)方式。其核心是采用虛擬磁盤技術，Snapshot中的每一個數(shù)據(jù)塊建立一個指針，指示該數(shù)據(jù)塊所在的實際地址。對于Snapshot中那些與原始數(shù)據(jù)相同的數(shù)據(jù)塊，不需要額外的數(shù)據(jù)副本，Snapshot中只需要維持一個指向該原始數(shù)據(jù)塊的指針；只有那些與原始數(shù)據(jù)不同的數(shù)據(jù)塊，需要創(chuàng)建一份舊數(shù)據(jù)的副本。使用Snapshot時，需要制作較多的Snapshot拷貝，一般需要4至8個Snapshot拷貝循環(huán)使用。恢復時，需要配合使用原始數(shù)據(jù)volume與最新的那個Snapshot卷。最重要的是，需要有一種方法來對這些Snapshot拷貝進行“世代”管理，記錄它們的“新、舊”程度。而卷復制方案只需要2至3個volume，不需要任何“世代”管理方案。
4.3Snapshot的核心技術實現(xiàn)
（1）數(shù)據(jù)在SDD中的存放及訪問。
在Snapshot在做成快照映像時，對SOV或是DV寫數(shù)據(jù)是將差異數(shù)據(jù)存放在SDD區(qū)域的LD中，相應時間點做成的DV保存的則是對應SDD中數(shù)據(jù)保存位置的地址指針，即通過這些地址指針統(tǒng)一管理所有的差異信息。
圖2SDD的存儲以及世代示意圖
（2）快照磁盤向源磁盤的數(shù)據(jù)恢復。Snapshot和其他的數(shù)據(jù)備份管理相類似，同樣具有備份和恢復功能。由于Snapshot的備份是虛擬的，因此SRestore也是虛擬的。它并不采用傳統(tǒng)restore將RV備份的數(shù)據(jù)重新復制回MV的處理方法，通過DV把SDD中的差異信息重新寫回到SOV上。恢復的基礎是還存在工作正常的SOV。因此，SRestor，不能象普通的SRestore那樣，只要RV的數(shù)據(jù)是可用的就可以進行數(shù)據(jù)恢復，而是如果SOV出現(xiàn)了物理故障，DV失去了恢復數(shù)據(jù)的基礎，從而所有的DV都變成了無效的。
5卷復制技術和Snapshot存儲備份技術比較
卷復制技術可以耐物理障害，同時，由于是全盤復制，對復制盤的訪問并不會影響主盤的性能，但是，這些都是在高成本的前提下實現(xiàn)的。
Snapshot技術雖然在耐物理障害方面劣勢明顯，但是，它的存儲備份速度是微秒級的，這使得它對業(yè)務的影響最小，當然，代價是對主盤訪問的性能會有所下降。同時，由于Snapshot只復制變化的數(shù)據(jù)，所以占用空間較少，成本比較低。
綜述之，卷復制技術和Snapshot技術，各有利弊，各有適合使用的應用場合，也可以同時使用，對于中間過程的存儲備份或經(jīng)常性的存儲備份利用Snapshot，對于階段性的存儲備份利用卷復制技術，這樣結(jié)合使用可以實現(xiàn)更加靈活的存儲備份策略。
參考文獻
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