复制和恢复：让数据丢失更少些
时间：2020-09-14 08:00:03 来源：达达文档网 本文已影响 人 
当前大多数容灾系统主要使用基于复制和恢复的技术来实现数据和应用容灾，而恢复和复制主要采用的是快照技术。
远程复制技术通过将主站点的生产数据实时复制到远程容灾中心中。当灾难发生和数据毁坏时，及时进行数据中心的切换和恢复，使数据可以随时被访问且丢失量极少。远程复制技术可以改正的错误类型主要包括主机硬件出错、SAN出错、连接线路出错等。
主要实现方案
当前大多数容灾系统主要使用基于复制和恢复的技术来实现数据和应用容灾。按复制和恢复功能在I/O路径中实现的位置（以SNIA的开放存储模型为准），可以将当前主要的实现架构和方案分成4类，分别是: （1）数据存储层复制恢复; （2）数据交换层复制恢复; （3）数据卷管理器层复制恢复; （4）应用程序层复制恢复。
数据存储层复制恢复
在存储子系统实现复制和恢复的解决方案中，远程容灾的功能是直接通过存储子系统之间的通信，并结合一些主机端的管理工具一起使用来实现的。其主要优势为: (1)可以透过应用直接实现容灾功能; (2)一般来说可以提供很高的性能。
由于存储子系统是存储设备工作和运行的最佳层面，因此它可以对远程应用提供最高程度的整合方法。现在的存储设备经过多年的发展已经十分成熟，特别是中高端产品，一般都具有先进的数据管理功能。远程数据复制功能几乎是现有中高端产品的必备功能。要实现数据的复制需要在生产中心和灾备中心都部署一套这样的存储系统，数据复制功能由存储系统实现。如果距离比较近（几十公里之内），之间的链路可由两中心的存储交换机通过光纤直接连接; 如果距离在200公里内，可通过增加DWDM（Dense Wave length-Division Multiplexing，高密度多工分波器）等设备直接进行光纤连接; 超过200公里，则可增加存储路由器进行协议转换途经WAN或Internet实现连接。因此，理论上可实现无限制连接。
在存储层实现数据复制功能是很成熟的技术，而且对应用服务器的性能基本没有影响，是容灾方案的主流选择。
数据交换层复制恢复
随着SAN的出现，存储系统结构中引入了交换功能。一些光纤通道交换机厂商也随之提出了新的“容灾结构”，即在SAN的数据交换层实现数据复制。目前典型的实现方式是利用特殊功能的专用服务器来实现。通过配置专用服务器，监控本地数据读写，由专用服务器将数据改变发送到远端，远端专用服务器接收数据并将其保存到指定的存储系统中。
另一种实现方式是通过SAN交换机实现复制恢复功能。在一些高端的交换机中，可以将基于SAN的存储功能移植到SAN交换机上，从而实现数据的远程复制和虚拟化。这种实现方式和专用服务器实现的方式相比，能够充分利用SAN交换机的功能和性能，从而消除数据复制过程中的性能和集成度的问题。
在数据交换层实现复制恢复功能最大的优点是开放性好，可以在各种存储设备之间进行数据复制; 同时因与主机无关，能够在不占用主机资源的情况下实现高效的数据复制。目前使用这种技术的产品还不是很多，成熟性还有待提高，具有这种功能的交换机价格也相对较高，所以采用这种方案的用户比较少。
数据卷管理器层复制恢复
前面介绍的两种架构都是独立于主机系统的，而在数据卷管理器层和应用程序层实现的复制恢复容灾方案则是基于主机系统的。与存储系统写操作不同，这两种方案中的写操作是逻辑上的，且本地和远程两端需要相同的服务器来访问数据。
在数据卷管理器层实现远程数据复制时，本地和远程的数据卷管理器通过网络建立数据传输通道，从而实现数据的远程复制。本地主机将每个数据块写到本地存储系统的同时，将其传输到远程主机的数据卷管理器，远程的数据卷管理器更新远程存储数据，从而实现本地和远程生产数据的“实时”复制。采用数据卷管理器层数据复制技术，不要求本地和远程的存储系统同构，同时实现起来成本也较低。但相同的数据卷管理器往往要求本地和远程的主机系统同构。另外，由于数据的复制由主机系统实现，因此常常有效率和可管理性方面的问题。
应用程序层复制恢复
基于应用的复制容灾技术，主要针对的是具体的应用程序。大多数基于应用的容灾都是数据库应用，它最大的优势在于没有对任何系统的依赖，它使用应用程序自己的功能进行复制和恢复。从复制和恢复的数据单位来看，前几种方式是在数据块（block）级别对卷或存储设备进行复制或镜像，传到远程是直接可用的数据，而基于应用程序的复制恢复传到远程的一般是数据库日志文件，需要相关处理才可成为可用数据，而且如果用户的应用比较多，就需要对每一种应用都配置自己的容灾方案，管理复杂且开销比较大。
工作原理和主要关键技术
复制和恢复的工作原理采用快照技术。快照分为两类; 指针型和空间型。指针型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和快照缓存。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拷贝到快照缓存中。快照LUN是一组指针，它指向快照缓存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（主要指容灾备份系统），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。
空间型快照也驻留在存储系统中，它使主机系统和存储系统管理者能够在后台状态下为主机处理的数据在磁盘阵列内部实时创建可独立寻址的多拷贝卷。这些拷贝卷是应用数据存放的现用生产卷的镜象，可同时并行运行任务。一旦生产数据的拷贝卷建立后，通过命令可以与其生产卷分割开，应用系统数据库可通过生产卷继续做联机应用，与此同时,备份系统可利用拷贝卷进行备份、报表生成和应用开发测试等工作。大大缩短了应用系统因备份等原因而不能提供服务的时间。
复制和恢复所涉及的关键技术主要包括: （1）复制模式; （2）传输触发策略; （3）数据一致性解决方法; （4）传输数据的加密和压缩等。
复制模式
复制模式主要包括同步复制和异步复制，分别采用同步写协议和异步写协议。异步复制主要包括写命令按序执行的异步复制模式和允许批处理的异步复制模式，两者的区别在于后者更新的最小单位为若干I/O命令组成的批命令（batch），因此可进行写命令的吸收和合并。异步复制模式需要确定更新的最小单位和周期（如表1所示）。
传输触发策略
目前在复制恢复技术中主要采用两种数据传输触发方式，即: (1)事件触发; (2)定时触发。传输触发中的离散事件包括: 基于主机的命令工具，I/O数量变化的程度等。事件触发的数据传输，一般不保证数据同步性，但不会过多增加通讯链路的负载要求，而且提供很强的灵活性。而定时触发最大的好处是易于保证一个恒定的RPO（Recovery Point Object，恢复点目标），可以根据不同的应用来调整时间间隔。
数据一致性解决方法
在容灾系统中，数据的一致性是指数据中心和容灾中心的数据保持一致和同步。而基于复制和恢复技术的一致性解决方案主要包含三个阶段的一致性处理，即: （1）容灾系统运行之前数据的同步; （2）正常传输过程中的数据一致性; （3）灾难发生后数据的恢复和同步（如表2所示）。
在容灾系统正常运行的过程中，数据一致性解决方案可以结合应用的具体需求: 网络带宽和投资情况，来选择和确定不同的数据复制模式、数据传输单元、传输触发模式。
除此之外，容灾系统中数据复制和恢复的性能还主要受到网络带宽、复制距离、数据传输方式、数据块打包方式、系统处理能力的影响和限制。其中通信问题是影响远程复制效率的最关键因素。
