1、XXXXXXXX数据备份系统扩容解决方案2006 年 8 月第一章 前言在建议书中，我们从投资成本、需求、技术要求的方面综合分析，推荐了 Quantum 虚拟磁带库 DX30 的备份系统整体解决方案。在方案设计中，我们本着以下设计理念：在满足需求的基本要求下，采用优化设计，使存储、备份方案具有高可靠性、高性能、可扩展性、可管理性。第二章 需求分析2004 年用户的 ERP 系统升级，用 IBM ESS800 的盘阵，构建了 SAN 的存储环境，备份系统采用的是一台 STK L20 磁带库，配有一个 LTO1 的驱动器，目前有 19 盘 LTO1 的磁带做备份。 备份的对象包括 2 台 COMP
2、AQ 的小型机，ES40 和 ES47，上面运行的是 ERP，数据量200G 左右，另外还有 10 台左右的 PC 服务器，其中编号为 022 的服务器是汽车设计图档服务器，数据量在 350G 左右，每天增量在 1G 左右，其他的服务器总共有数据 150G 左右，现在 04、022、030 这 3 台和小型机通过 SAN 备份，其他的通过 LAN 备份。现在新增加了一个 DMS 系统，用的是 2 台 IBM P570 和 10 台左右的 IBM PC 服务器运行应用程序，计划将原先的 ERP 系统、04、022、030 这三台 PC Server 和新增加的 DMS 系统进行 SAN 备份，1
3、6 口的 3850 其余的端口给 PC 服务器用满。基于用户现在的实际环境，随着数据量的不断增加，我们推荐昆腾虚拟磁带库 DX30,进行快速的备份和恢复，适应企业的发展，有利于保护投资和满足用户高可用性、高扩展性的要求。第三章 方案设计3.1 原理说明3.1.1 SAN 方式下的集中备份SAN 方式下的集中存储与备份，可以很好的解决客户所面临的问题。在 SAN 备份解决方案中，存在着两个已被广为采纳的方式。分别为“LAN-free“ (独立于 LAN)和 “server-free“(独立于服务器)方式。1、LAN-free 方式：在 SAN 方式下，用户只需将磁带驱动器和资源库连接到 SAN
4、网络中，各服务器就可把需要备份的数据直接发送到共享的磁带上，不必再经过局域网链路。先进的备份和恢复程序被用来完成进程控制和数据跟踪的工作。服务器到共享存储设备的大量数据传输是通过 SAN 网络进行的，局域网只承担各服务器之间的通信(而不是数据传输)任务(见图 1)。图 1. 基 于 SAN 网 络 的 LAN-free 备 份 和 恢 复 模 型这种分工使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效的利用，从而使 SAN 网络成为速度更快，扩展性和可靠性更好的备份和恢复解决方案。 2、Server-less 方式：图 2. 基 于 SAN 网 络 的 独 立 于 服 务 器 的 备 份 和 恢 复
5、 模 型采用这种方式，数据在存储设备之间直接进行传输(如从磁盘到磁带机)，无需通过主服务器。这种解决方案的实现依赖于一项仍在发展的新技术第三方拷贝(3rd-Party Copy)，这种技术被用于 SAN 网络设备(如 Crossroads 和 Pathlight bridges)，主机系统(如 Legato Celestra)和存储设备当中。独立于服务器的备份和恢复方案可显著减少主机的 CPU 占用时间，被释放的 CPU 资源用于其它应用，可提高操作系统效率，帮助企业完成更多的工作(见图 2)。但是，这项技术目前仍在发展完善阶段，需要进一步同操作系统，数据库及应用程序相结合，以支持应用级的备份
6、和恢复。3.1.2 D2D2T 的备份存储结构对于系统中的数据保护部分，目前比较理想的解决方案为三层的数据存储结构，即硬盘（数据保存）硬盘（一级数据备份）磁带（二级数据备份）的方式。在这种存储架构中，综合应用了磁盘和磁带两者的技术优势，又回避了他们自身的不足，是一种具备极高性能价格比，各方面非常均衡而合理的解决方案。3.1.2.1 物理磁带库的技术优势分析一直以来，磁带技术都是作为备份、恢复和归档应用的首选。它具备存储容量大、价格低廉，访问速度快，便于携带，便于运输，可以长期保存等等特点。1、 存储容量大目前主流的磁带机技术如 SDLT600，LTO-3 等，单盘磁带的存储容量已经达到 300
7、GB至 400GB，压缩情况下可以达到 600GB 和 800GB，已经大大超过了 SCSI 硬盘的单盘存储容量。2、价格低廉在存储容量很大的情况下，磁带介质的成本却相对低廉，平均每个 GB 的存储成本不到硬盘的二分之一。3、访问速度快磁带介质的自身的特点决定了磁带的顺序访问能力极强。在数据流持续稳定地情况下，目前 LTO-3 磁带机非压缩性能可以达到 80MB/s，压缩后的性能可以达到 160MB/s 的水平。且可以通过增加磁带机，使得整个系统的吞吐率的获得线性的增长。可以满足大多数情况下的性能要求。因此，物理磁带库以其存储容量大、便于离线保存、价格低廉等优势，一直占据着数据备份领域的主导地
8、位，是目前能够解决备份与灾难性数据恢复的最经济的解决方案之一。3.1.2.2 物理磁带库的技术局限性分析随着技术的发展，人们对于数据保护观念的全面提升和越来越多的业务连续性要求，越来越多的 IT 管理人员开始意识到：物理磁带库天然的局限性，实际上已经在制约着数据可靠性及可用性的进一步提升。磁带备份存在的问题总结： 备份时间长，由于每台服务器都通过低速的磁带机备份，造成整个备份时间太长，备份速度低，备份效率不高。使得应用停顿时间较长。 没有容错方式，当备份服务器的磁带机、尤其是磁带损坏，该服务器就无法从容地备份或恢复，造成数据安全隐患。 磁带库机械手和磁带机是机械和电子一体化的设备，可靠性较之磁
9、盘和磁盘阵列要低。 磁带机和带库的数据容错方式主要是冗余，相当于 RAID1 (镜像)；而磁盘阵列可以 Raid 0,1,3 以及 5。 中国的用户对防尘、防湿、控温的机房要求不够严格，容易造成故障的频繁发生。磁带设备的维修必须由厂家的专业人员进行，周期长而且不确定。上述问题是物理磁带库天然的局限性，是其自身所无法克服的。日渐严峻的业务环境和数据保护需求，要求我们提供更好的解决之道。随着磁盘技术的成熟，其制造成本逐渐降低，从而为我们寻求更好的数据保护方式，提供了技术支撑。结合虚拟带库产品来弥补无力磁带库的不足，充分发挥两者的优势，从而使得备份更安全，快捷，恢复速度很快。3.1.2.3 虚拟带库
10、的特点所谓虚拟带库是指使用基于磁盘的存储（而非磁带）介质，仿真磁带库功能的存储设备。简单地说，虚拟磁带库就是电子化的机械磁带库，其诞生是为了解决机械磁带库的设备安全难题。如前所述，磁带库备份方式本身存在着痼疾，即备份恢复能力差，备份流产率高，备份失效率高。虚拟带库是以何种方式即达到了磁带库的功能，又克服了磁带库的缺陷，且在功能等各方面得到提升的呢？ 采用 RAID 保护技术 采用虚拟机械手虚拟磁带库采用基于 RAID 保护的磁盘阵列代替无容错能力的磁带作为备份存储介质，从而将备份的可靠性较常规磁带备份提高了若干量级。RAID 是 Redundant Array of Independent D
11、isks（独立磁盘冗余阵列）的缩写。RAID保证了如果盘阵中的某磁盘损坏，依靠盘阵的内置冗余，用户仍可方便、完整地恢复盘阵中的数据。磁盘本身的 MTBF（平均无故障间隔）一般已为磁带的 5 倍以上，加上进一步的 RAID保护，备份可靠性不再是隐患。机械磁带库备份时，通常磁带之间没有容错保护，整体备份的可靠性取决于参与备份的磁带组中，读写可靠性最差的磁带。ESG 企业集团 2004 年的调查表明，磁带备份不可恢复率高达 20%。举例来说，在对一个数据库备份进行恢复时，如果某盘数据磁带上的某一点因卡带、磨损、沾连、霉点或其他原因而不能读出，可能会导致整个数据库无法恢复。为了降低数据丢失的风险，很多
12、用户被迫将磁带复制多份，不仅费时费力，同时造成了巨大的额外运营成本负担。虚拟磁带库用虚拟化的“机械手”和“磁带驱动器” ，代替了机械磁带库中裸露、易损的系列机械装置，将备份系统的可用性提高了若干量级。虚拟磁带库同时采用高可用磁盘阵列代替无容错能力的磁带作为介质，进一步去除了因介质本身导致备份失败的可能性。RAID 保证即使盘阵中某磁盘出现故障，盘阵仍可正常读写，不会导致备份流产。用户可在线更换损坏的磁盘，RAID 控制器自动以后台操作的方式对盘阵重建；用户亦可设置在线热备盘，使得出现坏盘时，RAID 在报警的同时立即开始自动重构冗余，实现自动热恢复。机械磁带库由机械手，磁带驱动器，磁带等系列非
13、封闭、损耗性机械装置联合组成。任何一部的单点故障，均可导致整体备份工作流产。机械磁带库的维护因此成为用户的巨大负担。据 Storage Magazine 2002 年的统计，在美国，机械磁带库的平均年维护费用高达磁带库采购成本的 1015。尤其令用户烦恼的是，磁带库修复必须由专业人士进行，反应时间长，无可避免地造成日常运营混乱。 用户常因此而被迫购买冗余磁带驱动器 - 而驱动器恰恰是磁带库中的主要昂贵部件，进一步加大了用户的总体拥有成本。了解了磁盘备份的优势，我们再来看一看磁盘备份中两种方式：磁盘到磁盘（DiskTODisk）和虚拟磁带库，哪种更适合于本行业的备份系统磁盘到磁盘（Disk to
14、 Disk，简称 D2D）的解决方案，其核心是利用磁盘对在线数据进行镜像或文件快照，以实现对数据备份。磁盘到磁盘一直面临的市场障碍是用户总体拥有成本过高，主要原因在于其不能使用技术成熟，易用廉价的备份软件群体进行备份管理，致使备份管理的配置成本高昂。同时磁盘到磁盘方案须改变用户既有备份流程，进一步为用户带来了额外的管理、培训等隐形成本。技术角度上，磁盘到磁盘也存在一些核心弱点，尤其是它依赖于操作系统的文件管理系统，从而无法避免大量的 File Systems Overhead，性能因此严重受制。加之 D2D 与磁带存档之间缺乏应有的关联，总体实施成本因此更加高昂。虚拟磁带库彻底解决了 D2D
15、长期以来面临的市场与技术难题： 备份管理可采用物美价廉的通用备份软件，用户总体拥有成本因之得以大幅降低； 无需改变既有备份策略与流程，无需重新培训人员； 与传统磁带完全兼容，使用户兼备磁带存档能力； 突破操作系统限制，将备份性能提高到常规磁带库的数倍以上。3.1.2.4 D2D2T 数据备份系统优势分析简单的说，磁带介质具有如下好处： 存储容量很大 单位容量的成本低廉 可以长期保存 可以离线，便于携带因此，在数据量较大，且保存时间较长的领域，磁带库是最佳选择。而虚拟磁带库具备如下特点： 无机械故障 无介质故障 备份/恢复性能好 随机访问性能好因此，在 D2D2T 模式下，对于大容量、需要长期或
16、者异地保存的数据，采用磁带方式保存，从而充分发挥磁带介质自身的特点，而在一些对恢复性能有较高要求的领域里，采用虚拟带库的方式来满足对性能的要求。这样，该系统既在充分考虑到存储需求和存储成本两方面的情况下，既提供了相当好的访问性能，又提供了足够的存储空间，而且具备将数据的异地保存的能力。可以说兼顾了两种方式的优点，又回避了他们的不足，是一个非常理想的解决方案。3.2 方案拓扑图3.2.1 方案说明系统方案的可行性：本方案充分考虑了系统的现状和未来的发展，既能保证系统备份和灾难恢复的基本需求，又能满足系统投入使用后数据量、备份量激增的情况。构建了一个 SAN 的存储网络架构，实现 Lan-free
17、 的备份方式，这已是很成熟的技术。多台服务器进行数据的直接备份，无须经过局域网，减少应用网络的压力，节省网络资源。系统方案的可操作性：本方案采用了集中式管理原则，专门采用一台服务器作为 Netbackup 备份服务器，备份整个网络数据，对整个本地网络进行统一的备份管理、策略设定。这样的设计原则带来的好处是系统操作员可以通过专用服务器统一管理和备份网络上的所有机器与数据，操作员可以通过 Netbackup 远端通讯功能备份和恢复网络上的任何一台服务器或工作站，以及作远程服务器的智能灾难恢复。选用高性能的存储设备可以大大提高备份的速度，简化对备份介质的管理操作，从而减轻了系统管理员的工作量，因此我
18、们认为采用本方案具有很好的可操作性。高可靠性利用这种磁盘到虚拟带库再到物理带库的这种架构，既保证了备份和恢复的速率，以及恢复的可靠性，缩短了备份窗口，和恢复时停机的时间。又保证了数据的多重保护，提高整个系统得可靠性。在备份服务器的统一管理下执行数据的备份，首先将数据备份到虚拟磁带库 Quantum DX30 中，使用虚拟磁带库的好处是备份恢复速度快，让应用能快速的从备份中释放出来。可扩展性本方案设计为一个 SAN 的架构，随着数据量的增加，业务的扩大，如果要增加服务器的数量，可以随时加入现有的网络中，只须增加相应的备份模块，存储设备和备份设备也可以在线的扩容，不影响整个系统的备份过程。结构先进
19、合理在数据存储网络、资源配置、系统服务和系统管理上有良好的层次设计和统一的管理平台，使集中式的存储结构清晰，便于使用、管理和维护。通过 IBM ESS800 实现整个网络的集中存储和共享，并且访问速度也得到提高，节约总体成本。备份方面采用虚拟带库，从备份和恢复的时间考虑，对磁盘的读写省去了磁带定位的时间和故障，大大增加了数据备份后，恢复的成功率，性能的提高，缩短了备份窗口；采用物理磁带库 L20 对永久数据文件进行离线备份和归档，也可以异地保存磁带。确保业务连续性确保信息基础架构的改造，能维持企业各项机制运作的持续性，进而为达成企业永久经营的长远目标，奠定稳固的基础。着眼于业务、管理的实际需要，用有限的资金优先解决工作急需的问题。构建了多种服务器平台共享存储的存储架构。无论是目前正在使用的系统还是将来新增的系统，服务器的类型都不会是单一的平台。这就要求集中存储设备的真正的开放性，有着丰富的异构平台的支持经验。同时做到多服务器的访问独立性，尤其是在异构平台的环境中。数据备份流程说明
