存儲備份基礎知識

1、存儲備份基礎知識存儲備份基礎知識 災難災難(Disaster)(Disaster)：是指由于人為或自然的原因，造成 信息系統(tǒng)運行嚴重故障或癱瘓，使信息系統(tǒng)支持的業(yè)務 功能停頓或服務水平不可接受，達到特定的時間的突發(fā) 性事件，通常導致信息系統(tǒng)需要切換到備用場地運行。 災難備份災難備份(Backup for Disaster)(Backup for Disaster)：是指利用技術 、管理手段以及相關資源，確保已有的關鍵數據和關鍵 業(yè)務在災難發(fā)生后在確定的時間內可以恢復和繼續(xù)運營 的過程。 災難恢復災難恢復(Disaster Recovery)(Disaster Recovery) ：是指將信息系

2、統(tǒng) 從災難造成的故障或癱瘓狀態(tài)恢復到可正常運行狀態(tài)， 并將其支持的業(yè)務功能從災難造成的不正常狀態(tài)恢復到 可接受狀態(tài)的活動和流程。 數據安全與災難備份 拷貝不等于備份 磁盤陣列不等于備份 集群(Cluster)不等于備份 光盤庫存儲不等于備份 備份的特點 備份可保留檔案的歷史記錄 備份可保存目錄服務記錄及重要的系統(tǒng)信息 能夠恢復的備份才叫備份 備份的正確認識 備份技術概述 備份的內容 重要數據的備份：重要的數據或數據庫 ； 系統(tǒng)文件的備份：例如注冊表、System.ini、Win.ini等系統(tǒng) 核心文件 ； 應用程序的備份：用戶的應用程序 ； 整個分區(qū)或整個硬盤的備份：就是平時所說的系統(tǒng)鏡像 ；

3、 日志文件的備份：動態(tài)在線備份 。 備份的層次 軟件級:通過某種備份軟件將系統(tǒng)數據保存到其他介質上，當 系統(tǒng)出現錯誤時可以再通過軟件將系統(tǒng)恢復到備份時的狀態(tài) 硬件級:用冗余的硬件來保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，如果主硬件損 壞，后備硬件馬上能夠接替其工作 人工級 備份的方式 完全備份:將系統(tǒng)中所有的數據信息全部備份 增量備份:只備份上次備份以后變化過的數據信息 差額備份:只備份上次完全備份以后變化過的數據信息 備份的類型 冷備份 :在沒有最終用戶訪問的情況下關閉數據庫，并將其備 份 熱備份 :正在寫入的數據更新時進行備份 邏輯備份:使用軟件技術從數據庫提取數據并將結果寫入一個 輸出文件 網絡備份的功能

4、集中式管理網絡:備份管理系統(tǒng)對整個網絡的數據進行管理 全自動的備份 :根據用戶的實際需求，定義需要備份的數據， 然后以圖形界面方式根據需要設置備份時間表，備份系統(tǒng)將自 動啟動備份作業(yè)，無需人工干預 數據庫備份和恢復 歸檔管理:用戶可以按項目、時間定期對所有數據進行有效的 歸檔處理 l 容災與備份的區(qū)別 從定義上看，備份是指用戶為應用系統(tǒng)產生的重要數據（或者原有的重要 數據信息）制作一份或者多份拷貝，以增強數據的安全性。因此，備份與 容災所關注的對象有所不同，備份關系數據的安全，容災關心業(yè)務應用的 安全，我們可以把備份稱作是“數據保護”，而容災稱作“業(yè)務應用保 護”。 l 容災與備份的聯系 備份

5、與容災是存儲領域兩個極其重要的部分，二者有著緊密的聯系。 首先，在備份與容災中都有數據保護工作。其次，備份是存儲領域的一個 基礎，在一個完整的容災方案中必然包括備份的部分；同時備份還是容災 方案的有效補充，因為容災方案中的數據始終在線，因此存儲有完全被破 壞的可能，而備份提供了額外的一條防線，即使在線數據丟失也可以從備 份數據中恢復。 容災與備份的關系 RTO：（Recovery Time Object，恢復時間目標 ）是指信息系統(tǒng)從災難 狀態(tài)恢復到可運行狀態(tài)所需的時間，用來衡量容災系統(tǒng)的業(yè)務恢復能力； RPO（Recovery Point Time，恢復點目標）是指業(yè)務系統(tǒng)所允許的在災難 過

6、程中的最大數據丟失量 ，用來衡量容災系統(tǒng)的數據冗余備份能力； RTO 與 RPO 區(qū)別 HA 雙機集群的磁盤陣列技術 雙機系統(tǒng)是由兩臺服務器和共享存儲子系統(tǒng)組成的 在雙機系統(tǒng)中，每臺主機至少安裝兩塊網卡，一塊連接到網絡上， 對外提供服務，另一塊相互與另一臺主機連接，用于偵測對方的 工作狀況；每臺主機都連接在共享磁盤子系統(tǒng)上。共享磁盤子系 統(tǒng)通常為有容錯功能的磁盤陣列，各種應用所需的數據均存儲在 磁盤陣列子系統(tǒng)上 Active/standbyActive/standby模式模式 兩臺服務器一主一備。系統(tǒng)正常運行時，主服務器處于工作狀態(tài) （Active），另一臺服務器則處于備用（standby）狀

7、態(tài)；當主服 務器出現故障不能提供相關服務時，由備用服務器接替主服務器 工作，從而實現容錯功能 Active/ActiveActive/Active模式模式 正常運行時，兩臺服務器都處于工作狀態(tài)，提供相同的或不同的 服務：當其中任何一臺服務器出現故障時，它所承擔的工作被對 方所接替，使服務不被中斷 數據保護技術CDP CDP，Continuous Data Protection，即持續(xù)數據保護。 SNIA數據保護論壇（DMF）的持續(xù)數據保護特別興趣小組 （CDP SIG）對CDP的定義是：“持續(xù)數據保護是一套方 法，它可以捕獲或跟蹤數據的變化，并將其在生產數據之外獨 立存放，以確保數據可以恢復到

8、過去的任意時間點。持續(xù)數據 保護系統(tǒng)可以基于塊、文件或應用實現，可以為恢復對象提供 足夠細的恢復粒度，實現幾乎無限多的恢復時間點?！?RAID RAID技術 獨立磁盤冗余陣列（Redundant Array of Independent Disks，RAID），其 最初所指為廉價磁盤冗余陣列。RAID 技術允許將一系列磁盤分組，以實現 提高可用性的目的，并提供為實現數 據保護而必需的數據冗余。RAID一般 是通過磁盤陣列卡控制SCSI磁盤驅動 器來實現的。 RAID的實現方式 RAID的軟硬件實現方式及其差別 RAID硬件陣列是使用專門的磁盤陣列卡來實現的 RAID軟件陣列是通過支持RAID的

9、操作系統(tǒng)進行配置和管理而實 現的 所有的RAID系統(tǒng)共同的特點，也是其真正的優(yōu)點則是“熱交換”能 力：用戶可以取出一個存在缺陷的驅動器，并插入一個新的予以更 換 硬件實現：內置(集成)RAID控制器和外置RAID控制器 內置RAID控制器通常是以常用的卡件形式插接在計算機主板上， 集成RAID控制器則是由主板廠商直接把控制芯片集成在主板上 外置RAID控制器包括從控制器到硬盤等一套設備 RAID相關技術 磁盤鏡像技術 磁盤鏡像就是在一臺服務器內安裝兩個（或者多個）獨立的 硬盤，即用一塊磁盤控制器連接兩個性能相同的硬盤。當系 統(tǒng)工作時，將數據同時存入這兩個硬盤，這兩份數據稱為鏡 像關系。當一個硬

10、盤出現故障時，可以使用另一個硬盤，從 而保證網絡系統(tǒng)正常運行 奇偶校驗技術 不必把數據鏡像，對整個硬盤的數據進行奇偶校驗運算，只 需一個硬盤就能保證數據完整性，這就是奇偶校驗技術相對 于鏡像技術的優(yōu)勢 條塊技術 條塊（Striping）技術是把進入RAID控制器的數據分割成很 多部分，每一部分為一個條塊，再采用并行處理方式把條塊 數據分布到RAID陣列的所有驅動器上 RAID相關技術舉例 RAID磁盤鏡像原理RAID陣列條塊技術示意 圖 RAID的級別（1） pRAID技術是一種工業(yè)標準，但各廠商對RAID級別的定義不盡 相同。目前對RAID級別的定義可以獲得業(yè)界廣泛認可的有4 種，即RAID

11、0、RAID1、RAID10和RAID5 RAID0：在陣列中采用了條塊算法，即讀/寫數據時多塊 硬盤同時操作，數據被分散地寫在各個硬盤上 RAID1：是指兩塊硬盤數據進行完全鏡像，即通常說的磁 盤鏡像 RAID10：即RAID0+1。綜合了RAID1和RAID0的特點，獨立 磁盤配置成RAID0，兩套完整的RAID0互相鏡像（RAID1） RAID5：是將各塊獨立硬盤進行條塊化分割，相同的條塊 區(qū)進行奇偶校驗，校驗數據平均分布在每塊硬盤上 RAID的級別（2） RAID3是另外一種RAID級別，它和RAID5的機制相同，不同的 是，它把校驗數據完全放在一塊硬盤上，而不是像RAID5那 樣分散

12、開來。RAID3技術不很常用。 RAID1，RAID3，RAID5及RAID10陣列配合硬盤熱插拔技術， 可以實現數據的在線恢復，即當RAID陣列中的任何一塊硬盤 損壞時，不需要用戶關機或停止應用服務，就可以更換故障 硬盤，系統(tǒng)會通過校驗計算自動恢復相應硬盤上的數據，從 而不中斷操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)的運行，對實現高可靠、高可 用系統(tǒng)具有重要的意義。但由于RAID0的無數據冗余條塊技 術特性，硬盤熱插拔技術對于它沒有任何意義。 各RAIDRAID級別的比較 RAID級別 RAID0 RAID1 RAID3 RAID5 名稱 條塊鏡像專用校驗塊分散校驗條塊 允許故障否是是是 冗余類型無副本校驗校驗

13、熱插拔操作不可可以可以可以 硬盤數量一個以上兩個三個以上三個以上 可用容量最大最小中間中間 減少容量無50%一個磁盤一個磁盤 讀性能高中間高高 隨機寫性能最高中間最低低 連續(xù)寫性能最高中間低最低 典型應用無故障的迅速讀 寫 允許故障的小文 件、隨機數據寫 入 允許故障的大文 件、連續(xù)數據傳 輸 允許故障的小文 件、隨機數據傳 輸 DAS DAS存儲技術 DAS存儲拓撲結構。DAS是指直接將存儲設備連接到服 務器上，連接方式有兩種，即SCSISCSI線纜線纜和光纖通道光纖通道。 如下圖所示： DAS存儲方式的特點 優(yōu)點：由于DAS是采用傳統(tǒng)的連 接方法，即每個服務器或客戶 端各自連接自己的DAS

14、設備，使 得DAS設備在安裝的時候不必考 慮其他服務器或客戶端對其的 影響，網絡架構有固定的模式 可以套用；DAS的主要優(yōu)點是價 格低廉、配置簡單、使用方便； 另外，DAS通常被用于單一主機 或雙機系統(tǒng)中，用于增加硬盤 存儲容量和提高系統(tǒng)的可用性 及可靠性。 缺點：DAS對于大量數據的集中 管理顯得力不從心，不能適合將 分散存儲的數據集中起來統(tǒng)一管 理的需求。 不能提供不同操作系統(tǒng)下的文 件共享 當存儲容量不足時，想在網絡 中添加新的DAS設備的時候就會 遇到麻煩 每做一次數據整理或設備維護， 需要耗費大量的人力物力，有 時結果卻事倍功半 往往采用數據備份來保護數據 , 加重了服務器負擔 當并

15、發(fā)用戶數量增長的時候， 服務器性能會急劇下降，甚至 會造成服務器因為不堪重負而 癱瘓 SANSAN存儲技術 所謂SAN，是指在網絡服務器群的后端，采用光纖 通道（Fiber Channel，FC）協議連接成高速專用 網絡，使網絡服務器與多種存儲設備直接連接。 SAN通常由存儲設備（專用磁盤陣列、磁帶機）和 光纖交換機組成。 SAN的最大特點就是可以實現網絡服務器與存儲設 備（如RAID和磁帶庫）之間的多對多連接，而且， 這種連接是本地的高速連接，幾個服務器共享存儲 訪問，服務器通過光纖交換機連接到存儲系統(tǒng)。 SAN存儲拓撲結構 數據庫服務器 應用服務器 交換機A 交換機B 磁盤陣列子系統(tǒng) 磁盤

16、陣列子系統(tǒng) 磁盤陣列子系統(tǒng) UNIX客戶端UNIX客戶端 UNIX客戶端 光纖通道 SAN的優(yōu)缺點 SAN的主要優(yōu)點 SAN具有高性能，高擴展 性 ； 光纖連接距離遠； 可連接多個磁盤陣列或 磁帶庫組成存儲池，易 于管理 。 SAN存在的主要問題 SAN解決方案的最大問題 是成本較高 ； SAN可以取代基于服務器 的存儲模式，但SAN本身 缺乏標準，互操作性也 是一個主要問題； SAN在異構環(huán)境下不能實 現文件共享。 SAN和DAS的比較 SAN和DAS相比有很大的優(yōu)勢，SAN的可升級性、穩(wěn) 定性、可用性和性能都大大加強。不過，它最大的 優(yōu)勢是集中的管理，這就降低了總擁有成本。 無論是SAN還

17、是DAS存儲方案，服務器與存儲設備交 換的都是數據塊，所以比較適合于數據庫應用。 NASNAS存儲技術 NAS或稱為網絡直聯存儲設備、網絡磁盤陣列，是 一種將分布、獨立的數據整合為大型、集中化管理 的數據中心，以便于對不同主機和應用服務器進行 訪問的技術。通俗地講，直接掛接在網上的、提供 數據和文件服務的存儲設備，實際上就是一臺專用 的NAS服務器。 NAS存儲拓撲結構 NAS的優(yōu)缺點 NAS產品的顯著優(yōu)點 NAS產品是真正即插即用的 產品； NAS設備的物理位置放置靈 活 ； 無需應用服務器的干預， NAS設備允許用戶在網絡上 存取數據，這樣既可減小 CPU的開銷，也能顯著改善 網絡的性能；

18、 是最成熟的網絡存儲解決 方案，與其他存儲方式相 比較，其總擁有成本最低 。 NAS的主要缺點 網絡傳輸數據的能力相對 較差； NAS在傳輸數據的處理過程 需要占用處理器資源來中 斷和重新訪問數據流 ； NAS存儲的可擴展性也受到 設備大小的限制； 僅限于使用直接連接存儲 設備（如專用磁帶機或磁 帶庫）或者基于網絡的策 略，在該策略中，存儲設 備上的數據通過企業(yè)或專 用LAN進行備份。 NAS與磁盤陣列（RAID）的區(qū)別 lNAS是一臺服務器，有自己的核心，而RAID只是一個存儲介質； lNAS直接接到交換機或集線器上，RAID接到服務器后端； lRAID技術的出現，是為了提高數據存儲的可靠性

19、。它用效率來換取可靠性。NAS把RAID技術 融合在它的文件系統(tǒng)中，這樣既提高了數據的可靠性，又利用磁盤的并行操作，提高了系統(tǒng) 的整體性能； l控制磁盤只是操作系統(tǒng)職能中的一部分，I/O操作算法效率不高。而NAS的操作系統(tǒng)是專用的， 它只管理磁盤I/O，算法效率最高； l當通用文件服務器的CPU進行I/O操作時，系統(tǒng)發(fā)生中斷，等待I/O完成后才能恢復應用運行。 在有NAS的系統(tǒng)中，應用程序需要進行磁盤I/O操作時，I/O操作由NAS完成，在磁盤I/O操作 中最費時間的是寫操作，NAS將寫請求先寫到NVRAM（不掉電內存）中，這個動作完成后，應 用程序即可恢復運行，所以效率要高得多； l磁盤操作

20、慢的根本原因在于磁頭臂的查找是機械動作，所以減少磁頭臂的移動次數是提高效 率的關鍵。NAS對磁盤的I/O操作算法，尤其是寫操作，比通用操作系統(tǒng)做了極大的改進，它 最大限度地減少了磁頭臂的移動次數。其算法保證磁頭總是停留在一個可寫的位置上，并從 這個位置連續(xù)寫下去； l通常的RAID系統(tǒng)，對于通用操作系統(tǒng)來說是外加的，是額外負擔。人們使用RAID是為了得到 高可靠性，但這是以犧牲一定的系統(tǒng)效率為前提的。NAS的RAID系統(tǒng)是設計在它的專用操作 系統(tǒng)中的，它不僅不是額外負擔，相反由于多個磁盤的磁頭臂可以同時并行讀寫，所以I/O 速度更高了。 存儲技術的比較 SAN與NAS都是為適應高性能和密集的網

21、絡存儲要求 而在DAS的基礎上發(fā)展起來的，是新型數據存儲模 式中的兩個主要發(fā)展方向。DAS，NAS和SAN三種存 儲技術的比較如表6.2所示。 今天，SAN已經漸漸與NAS環(huán)境相結合，以提供用于 NAS設備的高性能海量存儲。事實上，許多SAN目前 都用于NAS設備的后臺，還有很多企業(yè)把DAS，SAN， NAS混合配置，以滿足存儲擴展性和備份的需要。 DASDAS、NASNAS和SANSAN三種存儲技術的比較 DASSANNAS 協議存儲設備驅動程序 FC協議 TCP/IP協議 存儲設備的連接與安裝 使用 為服務器增加新的SCSI 卡，把服務器與磁盤陣 列物理上直接相連接入， 在服務器上做好設備

22、共 享，以供使用。安裝簡 單 服務器通過HBA卡、光 纖交換機連入SAN網絡， 是光纖通道接入。須購 買管理、在線備份恢復 軟件。安裝復雜 給NAS服務器和存儲設 備分別安裝千兆網卡， 通過RJ-45接入網絡交換 機，屬網絡接入。安裝 十分簡單 存儲設備RAID的分割 各個相對獨立的RAID RAID分割情況要視操作 系統(tǒng)種類多少而定 在RAID的基礎上增加了 文件存儲操作系統(tǒng)，其 RAID是一個整體 對存儲設備的使用 只能獨享只能獨享共享與獨享兼顧 訪問方式只能通過與之連接的主 機進行數據訪問 客戶端通過相應的服務 器操作系統(tǒng)才能訪問 SAN 通過文件系統(tǒng)的集中化 管理能夠實現網絡文件 的訪

23、問 數據集中的實現不是好好 數據共享的實現 每一個主機管理它本身 的文件系統(tǒng)，但不能實 現與其他主機共享數據 同一操作系統(tǒng)平臺用戶 能夠共享 真正的數據共享 DASDAS、NASNAS和SANSAN三種存儲技術的比較( (續(xù)) ) DASSANNAS 系統(tǒng)成本 低高較高 維護成本高較高低 系統(tǒng)復雜程度高高低 系統(tǒng)性能不好好受網絡環(huán)境影響 系統(tǒng)配置較復雜復雜簡單 系統(tǒng)使用較復雜簡單簡單 系統(tǒng)靈活性差好較好 系統(tǒng)擴展性差好好 應用限制無無視頻等大文件傳輸 數據保護能力較好好好 兼容性較好標準不統(tǒng)一，差標準的協議，好 可管理性差繁瑣，要管理軟件容易 數據傳輸率較高高較低 DASDAS，SANSAN，

24、NASNAS混合配置 主要存儲備份介質 網絡存儲備份系統(tǒng)使用較多的存儲備份介質有：磁帶磁帶、磁光盤磁光盤 驅動器驅動器（MO）、硬盤硬盤、CD-ROMCD-ROM、WORMWORM等。目前被廣泛采用的備 份介質還是磁帶。 硬盤存儲備份介質硬盤存儲備份介質 ：實時存儲和快速讀取數據最理想的介質 ， 但價格昂貴、無法移動、不便于保管 ,因此采用內部的磁盤機 制作為備份的介質并不是大容量數據備份的最佳選擇 光學存儲備份介質光學存儲備份介質 ：傳統(tǒng)磁盤技術與光技術結合的產物 ，更 適合于數據的永久性歸檔和小容量數據的備份 優(yōu)點:傳送速度快;可靠性高;使用壽命長;可重復使用 缺點:MO的價格較高，僅次于硬盤; MO容量有限，無法適應大 量數據備份;理論壽命尚未經過實踐檢驗，值得商榷;數據傳輸 率與其他備份介質相比沒有明顯優(yōu)勢 磁帶存儲備份介質 磁帶存儲技術是一種安全的、可靠的、易使用和相對投資較小 的備份方式 ，真正適合數據存儲備份領域。 磁帶備份包括硬件介質和軟件管理，目前它是用電子方法存儲 大容量數據最經濟方法。磁帶系統(tǒng)提供了廣泛的備份方案，并 且允許備份系統(tǒng)按用戶數據的增長而隨時地擴容