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        計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份探討

        2011-11-25 02:37:16
        制造業(yè)自動(dòng)化 2011年16期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        于 洋

        (哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 管理學(xué)院,威海 264209)

        1 計(jì)算機(jī)存貯系統(tǒng)的分類介紹及對(duì)比

        存儲(chǔ)技術(shù)經(jīng)歷了從基于服務(wù)器的存儲(chǔ)(DAS),基于磁盤(pán)陣列的存儲(chǔ)(SCSI)發(fā)展到基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)模式(NAS及SAN),在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和讀寫(xiě)速度上有較大幅度的提高,每秒傳輸?shù)恼鬃止?jié)數(shù)(MBps)和每秒完成的輸入/輸出量(IOPS)是存儲(chǔ)設(shè)備的性能的兩種主要參數(shù),目前的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)大致發(fā)展為三類。簡(jiǎn)略對(duì)比如下。

        1.1 直接依附存儲(chǔ)系統(tǒng)

        DAS是以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)體系,DAS存貯設(shè)備直接掛接在各種服務(wù)器或客戶機(jī)的后端,直接由服務(wù)器或客戶機(jī)控制。它本身不帶任何存貯操作系統(tǒng),由運(yùn)行在服務(wù)器上或客戶機(jī)上的操作系統(tǒng)或第三方軟件兼管,當(dāng)用戶數(shù)量增加或服務(wù)器正在提供服務(wù)時(shí),其響應(yīng)速度會(huì)變慢。目前隨著ATM和千兆以太網(wǎng)的普遍使用,服務(wù)器本身成為了數(shù)據(jù)輸入輸出的瓶頸。

        1.2 網(wǎng)絡(luò)依附存儲(chǔ)系統(tǒng)

        NAS存儲(chǔ)設(shè)備是以網(wǎng)絡(luò)為中心面向文件服務(wù)的結(jié)構(gòu)方式,NAS存貯設(shè)備是單獨(dú)作為一個(gè)文件服務(wù)器直接連接在網(wǎng)絡(luò)上的,應(yīng)用和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分不在同一服務(wù)器上,網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)據(jù)全部存貯在NAS存貯設(shè)備中,應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)LAN的接口與作為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器連接。NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)能將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立出來(lái),降低了服務(wù)器的負(fù)載,從而較好提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。

        1.3 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

        SAN是一種以光纖通道(Fiber Channel, FC)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間通訊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其中的服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)通過(guò)高帶寬FC交換機(jī)(帶寬達(dá)到4GB)相連,各應(yīng)用工作站通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器,各存儲(chǔ)設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時(shí)可以不通過(guò)服務(wù)器,能有效減少大流量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生的阻塞和沖突,較大程度減輕服務(wù)器承受的壓力,具有很強(qiáng)的靈活性和伸縮性。在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代,SAN(存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))是存儲(chǔ)領(lǐng)域近來(lái)十分引人注目的技術(shù)。它一方面能為網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用系統(tǒng)提供豐富、快速、簡(jiǎn)便的存儲(chǔ)資源;另一方面又能共享存儲(chǔ)資源并對(duì)其實(shí)施集中管理,成為當(dāng)今理想的存儲(chǔ)管理和應(yīng)用模式。其優(yōu)點(diǎn)如下。

        1)高數(shù)據(jù)傳輸速度

        以光纖為接口的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)SAN可提供多路4Gbps連接的高擴(kuò)展性、高性能的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu),光纖交換機(jī)、光纖存儲(chǔ)陣列同時(shí)提供高吞吐量和更大的服務(wù)器擴(kuò)展空間。如IBM DS4800 4Gbps SAN 產(chǎn)品采用 4Gbps 技術(shù)性能數(shù)據(jù),它可以提供最高 1724MBps 的吞吐量和最高 575,000 的 IOPS。

        2)加強(qiáng)存儲(chǔ)管理

        SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)、備份設(shè)備和服務(wù)器相互連接的架構(gòu),他們之間的數(shù)據(jù)不再在以太網(wǎng)絡(luò)上流通,從而大大提高以太網(wǎng)絡(luò)的性能,用戶得以獲得一個(gè)與服務(wù)器分開(kāi)的存儲(chǔ)管理理念,文件數(shù)據(jù)的復(fù)制、備份、恢復(fù)數(shù)據(jù)和安全的管理可以以中央的控制和管理手段進(jìn)行,同時(shí)可把不同的存儲(chǔ)池以網(wǎng)絡(luò)方式連接,提供給用戶以任何他們需要的方式訪問(wèn)需要的數(shù)據(jù),可獲得更高的數(shù)據(jù)安全性及完整性。

        3)簡(jiǎn)易擴(kuò)容及高效容錯(cuò)性能

        在需要容量擴(kuò)容時(shí)只需要將新的SAN存儲(chǔ)設(shè)備連接并入網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置,即可實(shí)現(xiàn)在線擴(kuò)容;并且SAN設(shè)備RAID組中同時(shí)損壞兩塊硬盤(pán)的情況下仍然可以保證數(shù)據(jù)完整不丟失,而且磁盤(pán)陣列無(wú)需重啟即可更換損壞的硬盤(pán),實(shí)現(xiàn)在線的數(shù)據(jù)容災(zāi)及備份性能。

        1.4 NAS與磁盤(pán)陣列的比較

        磁盤(pán)陣列只是一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì),接到服務(wù)器后端,依靠通用操作系統(tǒng)來(lái)管理磁盤(pán),如UNIX或NT, 沒(méi)有自己文件管理系統(tǒng),控制磁盤(pán)只是其職能中的一部分,I/O操作算法效率不高,完全依托于服務(wù)器,當(dāng)數(shù)據(jù)流量很大時(shí),給服務(wù)器造成的壓力過(guò)大,易形成I/O瓶頸。

        NAS是一臺(tái)服務(wù)器,有自己的核心,如CPU、內(nèi)存、操作系統(tǒng)、磁盤(pán)系統(tǒng)等。NAS直接接到交換機(jī)或集線器上,有自己的文件管理系統(tǒng),對(duì)磁盤(pán)的I/O操作算法進(jìn)行了優(yōu)化和提高,并采用多個(gè)磁盤(pán)的磁頭臂同時(shí)并行讀寫(xiě),最大限度地減少了磁頭臂的移動(dòng)次數(shù)從而大大提高了讀寫(xiě)效率,從而把應(yīng)用服務(wù)器管理文件的包袱卸掉,提高整個(gè)系統(tǒng)性能。

        1.5 NAS與SAN的比較

        NAS是在RAID的基礎(chǔ)上增加了存儲(chǔ)操作系統(tǒng),用戶通過(guò)TCP/IP協(xié)議訪問(wèn)數(shù)據(jù),NAS管理的是文件;

        SAN是獨(dú)立出一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)專用光纖通道交換機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù),各存儲(chǔ)設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)時(shí)可以不通過(guò)服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸率很快,SAN追求的是性能和速度,管理的是磁盤(pán)空間。

        2 計(jì)算機(jī)備份系統(tǒng)的分類及其對(duì)比

        長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,數(shù)據(jù)備份效果的好壞是和用戶具體的需求、資金投入程度等有很大的關(guān)系,如果用戶想要一個(gè)好的災(zāi)難備份方案則用戶在進(jìn)行投資的時(shí)候一定要明白花費(fèi)可能比較巨大,但是所花費(fèi)的精力肯定就比較少,而且系統(tǒng)重新運(yùn)行的時(shí)間也肯定很短。反之則不然。因此在初期選擇災(zāi)難備份的方案時(shí),就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況為用戶提供性價(jià)比較高的方案。

        數(shù)據(jù)備份的方式分為冷備份、暖備份和熱備份三種方式,下面就這三種方式具體闡述一下。

        2.1 冷備份

        冷備份是一種花費(fèi)最小的災(zāi)難備份方式,它主要可以通過(guò)采用磁帶機(jī)、打孔器等設(shè)備將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行定期存儲(chǔ),然后將處理完以后的數(shù)據(jù)備份分別存放,以實(shí)現(xiàn)災(zāi)難備份。從以上的描述可以看出:它的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)含量較低,易于實(shí)現(xiàn),而且花費(fèi)最小,但是這種方式也存在其最大的不足,就是它恢復(fù)的時(shí)間慢,而且如果備份的存儲(chǔ)介質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),則意味著用戶將永遠(yuǎn)不能進(jìn)行恢復(fù)了。因此我們認(rèn)為只有在投資比較緊張,而且用戶對(duì)數(shù)據(jù)要求不是很高的情況下,才采用此種方式。因此我們可以看出采用此種方式只能適合于那些小型的應(yīng)用系統(tǒng)和廣大的中小企業(yè)。

        2.2 暖備份

        暖備份是介于冷備份和熱備份之間的一種方式,因此它可以說(shuō)是一種折中的方案,它主要通過(guò)設(shè)置硬盤(pán)遠(yuǎn)程鏡像、數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制和設(shè)置災(zāi)難備份中心以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的完全備份。

        首先我們來(lái)看一下硬盤(pán)遠(yuǎn)程鏡像,它主要是通過(guò)設(shè)置另外一個(gè)相對(duì)于主服務(wù)器系統(tǒng)差的一臺(tái)服務(wù)器和數(shù)量眾多的硬盤(pán)(一般采用磁盤(pán)陣列)在兩者之間通過(guò)光纖連接,采用RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此我們可以看出這種方式是相對(duì)較為節(jié)省的方式,而且實(shí)現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單,不需要很多的技術(shù)支持。但是它也存在其固有的缺點(diǎn),比如說(shuō)因?yàn)槭褂霉饫w而造成了距離限制,同時(shí)光纖的鋪設(shè)也是一筆花費(fèi)較高的費(fèi)用。而且相對(duì)最大的問(wèn)題在于因?yàn)槠洳皇遣捎猛綇?fù)制技術(shù),所以存儲(chǔ)的時(shí)候也沒(méi)有做到同步存儲(chǔ)。

        其次暖備份的第二種方法即:數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制技術(shù)。這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)和采用硬盤(pán)鏡像技術(shù)差不多,只是他們的具體存儲(chǔ)方式不一樣,采用數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制技術(shù)有效地解決了不同步的問(wèn)題,它能利用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件強(qiáng)大的管理功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有機(jī)備份,從而比采用RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份更加科學(xué)。因此采用此種方式它繼承了硬盤(pán)備份的大部分缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),唯一不同的地方在于它有效的解決了數(shù)據(jù)同步復(fù)制的問(wèn)題。但是采用此種方式帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題在于每個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)廠商只能對(duì)采用自己公司的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步復(fù)制,它不能對(duì)其他數(shù)據(jù)庫(kù)廠商的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。從而造成兼容性較差的問(wèn)題。

        最后讓我們來(lái)看一下暖備份的最后一種實(shí)現(xiàn)形式即采用災(zāi)難備份中心這種形式。我們?cè)谶@里指的災(zāi)難備份中心與下邊要講的熱備份中的災(zāi)難備份中心不是同一個(gè)概念。在這里講的災(zāi)難備份中心指的是在系統(tǒng)所在地(或某大公司總部所在地)建立一個(gè)較大的數(shù)據(jù)備份中心,然后用這個(gè)備份中心實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)(或公司)的全程數(shù)據(jù)管理及備份功能。因此,這種方式相對(duì)來(lái)講沒(méi)有距離的限制(可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程分支機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)備份和管理),而且它適合于任何的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(可以使用DDN、PSTN、X.25、FDDI等),相對(duì)投資較小,可以實(shí)現(xiàn)接近于實(shí)時(shí)同步,而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)技術(shù)比較成熟,要求相對(duì)較低,而且擴(kuò)張性很好,它與具體接駁幾個(gè)分支機(jī)構(gòu)以及以后新增多少分支機(jī)構(gòu)等沒(méi)有任何關(guān)系。但是它同樣也存在其固有的缺點(diǎn),即作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)備份中心來(lái)說(shuō),它的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)比較詳細(xì)的計(jì)劃,以便于其進(jìn)行具體實(shí)施(譬如說(shuō)事先計(jì)劃好每隔多久進(jìn)行一次數(shù)據(jù)備份,每個(gè)數(shù)據(jù)包采用什么格式),因此需要事先進(jìn)行謹(jǐn)慎地計(jì)劃。

        從上述分析我們可以看出,不管采用哪種暖備份方式,都存在一定的局限性,但是它相對(duì)的性價(jià)比較好,而且實(shí)現(xiàn)的技術(shù)十分成熟。因此,我們可以看出這種備份方式特別適合于那些大型的應(yīng)用系統(tǒng)以及大型的企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所有分支機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程管理以及對(duì)自己系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份。

        2.3 熱備份

        熱備份是所有災(zāi)難備份方式中效果最好、恢復(fù)方式最快的一種方式。它具體也通過(guò)設(shè)置災(zāi)難備份中心,用一種專用設(shè)備,通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)與要進(jìn)行備份的服務(wù)器系統(tǒng)之間建立聯(lián)系。然后通過(guò)專用的軟件對(duì)要進(jìn)行實(shí)時(shí)備份的目標(biāo)服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)探測(cè),在整個(gè)災(zāi)難備份系統(tǒng)安裝完成以后,可以實(shí)現(xiàn)基本不需要人進(jìn)行操作,它能監(jiān)控出目標(biāo)服務(wù)器系統(tǒng)的任何問(wèn)題,自動(dòng)進(jìn)行任何數(shù)據(jù)操作,達(dá)到防范于未然的效果,對(duì)管理人員來(lái)說(shuō)也是相當(dāng)輕松的。但是我們?nèi)匀恍枰吹竭@種方式的許多不足之處,首先因?yàn)槭褂脤iT(mén)的設(shè)備和管理軟件,因此費(fèi)用肯定最貴,而且它只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,幾乎沒(méi)有擴(kuò)展性可言,系統(tǒng)初期安裝的技術(shù)難度以及實(shí)施工期可想而知,對(duì)廠商的依賴程度大大提高了。

        因此,我們可以看出,熱備份只有在用戶對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性要求特別高的時(shí)候才推薦使用,這種方式最好使用在那些超大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)以及超大規(guī)模的企業(yè)對(duì)其中心服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行備份時(shí)采用。

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