【摘要】電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)是電力自動化系統(tǒng)中保障數(shù)據(jù)安全的基本手段，近幾年來磁盤備份技術的發(fā)展極大地改變了數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。本文介紹了如何在現(xiàn)有電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的升級過程中應用磁盤備份技術，應用何種磁盤備份技術以及如何處理磁帶庫與磁盤備份設備的關系。

【關鍵詞】電力；磁盤備份；虛擬磁帶庫；重復數(shù)據(jù)刪除

1.引言

隨著電力信息化的快速推進，電力系統(tǒng)中越來越多的關鍵業(yè)務在電子信息技術的驅動下由傳統(tǒng)工業(yè)向高度集約化、高度知識化、高度技術化轉變。調度自動化系統(tǒng)基于計算機、通信、控制技術，是在線為電力調度機構生產(chǎn)運行人員提供電力系統(tǒng)運行信息、分析決策工具和控制手段的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。包含安裝在發(fā)電廠、變電站的變電站監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制裝置以及安裝在調度的主站設備（包含計算機軟硬件及計算機網(wǎng)絡），通過通信介質及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡構成系統(tǒng)。隨著電力調度自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展，各種關鍵業(yè)務的應用對計算機系統(tǒng)的依賴也逐漸增加，如調度的核心數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，會造成很大的經(jīng)濟損失。因此，對這些關鍵業(yè)務服務器及對重要數(shù)據(jù)的保護，成為電力調度部門考慮的重點?！峨娏Χ蜗到y(tǒng)安全規(guī)定》要求，電力調度自動化管理部門應制訂和落實調度自動化系統(tǒng)應急預案和故障恢復措施，系統(tǒng)和運行數(shù)據(jù)應定期備份。

數(shù)據(jù)備份，是為了避免由于人為錯誤和設備故障導致的數(shù)據(jù)丟失而采取的措施，是將操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實施復制，以便于恢復系統(tǒng)正常運行和有效數(shù)據(jù)的行為。自動化的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，是保障數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)故障恢復的基本的、廉價且利用率高的手段。

傳統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的存儲設備是磁帶庫和光盤庫。電力調度部門之前采用的大多是這種設備進行備份。在過去的幾年中，由于磁盤技術的發(fā)展，使得磁盤陣列作為電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的存儲設備成為可能，并在實際應用中穩(wěn)步增加。在此磁盤備份基礎上發(fā)展起來的重復數(shù)據(jù)刪除技術，可以降低磁盤備份系統(tǒng)的成本，進一步發(fā)揮出磁盤備份系統(tǒng)的優(yōu)勢。

于此同時，磁帶設備在單位容量價格和存儲速度的增長方面，基本保持了與磁盤設備同步。在法規(guī)遵從、長期保存和特定的高速備份需求下，仍然保持了相對的優(yōu)勢。

本文探討了如何在采用磁盤備份技術的同時，充分利用磁帶備份的優(yōu)勢，組建功能完善、使用可靠且價格合理的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。

2.總體思路

傳統(tǒng)網(wǎng)絡備份系統(tǒng)，主要使用磁帶庫為備份數(shù)據(jù)存儲設備，在日常使用中，存在以下一些問題：

（1）磁帶庫的機械可靠性相對較低

磁帶庫設備的機械手和磁帶驅動器都是比較復雜的機電一體化裝置，由于機械裝置較為復雜，其故障率比機房中的其他設備如服務器和交換設備等，要高。

（2）磁帶驅動器對于多批次、小數(shù)據(jù)量的備份，效率低下

磁帶驅動器在更換磁帶和磁帶定位的過程中需要耗費較長時間（通常為幾分鐘或更長），如果備份對象較多而每個對象的備份數(shù)據(jù)量較小時，容易產(chǎn)生頻繁更換磁帶的操作，在此情形下，整個備份系統(tǒng)的效率將會非常低下。

（3）備份調度調整工作復雜

由于每個磁帶庫的磁帶驅動器有限，同時可以進行的備份工作受限于磁帶驅動器的數(shù)量。這使得備份的調度工作需要耗費大量時間來進行調整，使各個備份客戶端可以獲得充足的時間完成備份。

在備份系統(tǒng)中引入磁盤備份設備有以下幾個優(yōu)點：

（1）備份故障率低

磁盤設備故障遠遠低于磁帶庫設備，且更換磁盤等操作對備份系統(tǒng)運行不產(chǎn)生影響，大大提高了備份系統(tǒng)的可靠性

（2）備份效率高

由于避免了磁帶更換、定位帶來的時間開銷，磁盤備份設備對多批次、小數(shù)據(jù)量的備份環(huán)境提供了很高的備份效率。

（3）備份調度簡單

由于沒有驅動器數(shù)量的限制，磁帶備份設備同時可供大量備份客戶端的操作，使得備份系統(tǒng)的調度彈性大大提高，簡化了系統(tǒng)的設置和調整工作。

（4）可以保存較長時間的備份數(shù)據(jù)

雖然磁盤備份設備的單位存儲容量價格相對于磁帶庫較高，但利用重復數(shù)據(jù)刪除技術后，兩者價格差距縮小了，磁盤備份設備也可以保存較長時間的備份數(shù)據(jù)。

2.1 備份系統(tǒng)基本結構及備份數(shù)據(jù)流

傳統(tǒng)網(wǎng)絡備份系統(tǒng)，使用的存儲設備多為磁帶庫

傳統(tǒng)備份系統(tǒng)中，一般備份客戶度的備份數(shù)據(jù)流是：備份客戶端→IP網(wǎng)絡→備份服務器→SAN網(wǎng)絡→磁帶庫，部分需要高效率備份的環(huán)境（如數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）備份數(shù)據(jù)流會采用：備份客戶端→SAN網(wǎng)絡→磁帶庫。

2.2 升級備份系統(tǒng)基本結構及備份數(shù)據(jù)流

（1）升級后的電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)

備份系統(tǒng)升級的核心，是增加一套磁盤備份設備。在引入磁盤備份設備后，備份數(shù)據(jù)流將會相應變化。

（2）普通備份客戶度的備份數(shù)據(jù)流

備份客戶端→IP網(wǎng)絡→備份服務器→磁盤備份設備

（3）部分需要高效率備份的環(huán)境（如數(shù)據(jù)量龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）備份數(shù)據(jù)流會采用

備份客戶端→SAN網(wǎng)絡→磁盤備份設備

（4）對于存儲在磁盤備份系統(tǒng)中的備份數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定規(guī)則的篩選，將轉存至磁帶庫，以便于長期保持及使數(shù)據(jù)備份符合相關法規(guī)要求：

磁盤備份系統(tǒng)→SAN網(wǎng)絡→備份服務器àSAN網(wǎng)絡→磁帶庫

3.磁盤備份設備

3.1 特點和選擇

從根本上說，磁盤備份設備是采用了使用SATA磁盤或者近線SAS磁盤的磁盤陣列設備，由于實現(xiàn)備份的方式不同，在備份系統(tǒng)中對磁盤備份設備的利用，基本上可以分為三種情況：

3.1.1 虛擬磁帶庫

虛擬磁帶庫是較早應用的磁盤備份設備，其特點是仿真一些型號的磁帶庫設備，由于使用了磁盤存儲技術，也可以支持重復數(shù)據(jù)刪除。虛擬磁帶庫產(chǎn)品歷史較為悠久，相關產(chǎn)品廠商較多，昆騰、EMC、IBM、飛康等廠商都有此類產(chǎn)品。

3.1.2 支持重復數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設備

支持重復數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設備，可以對存儲的數(shù)據(jù)進行重復數(shù)據(jù)刪除，即做到相同的數(shù)據(jù)只存儲一次。這種技術對于數(shù)據(jù)重復率很高的數(shù)據(jù)備份應用而言，可以大大降低對磁盤系統(tǒng)存儲容量的需求，降低電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的成本。此類產(chǎn)品的代表是EMC的Avamar。

3.1.3 由備份服務器之間執(zhí)行重復數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲

重復數(shù)據(jù)刪除，一般采用通用服務器安裝相應程序實現(xiàn)。一些網(wǎng)絡備份軟件也集成了此功能，可以通過備份服務器實現(xiàn)重復數(shù)據(jù)刪除，進一步簡化了備份系統(tǒng)的硬件組成，降低了成本。

虛擬磁帶庫設備是最早應用的磁盤備份設備，其特點就是完全兼容于磁帶備份系統(tǒng)的介質管理，同時具備磁盤備份系統(tǒng)的高效率、低故障率和可以實現(xiàn)重復數(shù)據(jù)刪除等特點。由于需要實現(xiàn)磁帶庫設備的仿真，所以系統(tǒng)硬件一般由通用服務器和磁盤陣列組成。硬件的組成確定了虛擬磁帶庫的備份的性能的上限不可能超過所采用的通用服務器的IO吞吐能力。相對于擁有大量磁帶驅動器的高端磁帶庫而言，單個虛擬磁帶庫可獲得的備份吞吐能力較小。但相對于磁帶驅動器數(shù)量較少的中低端磁帶庫，虛擬磁帶庫在吞吐能力上毫不遜色，還因為虛擬磁帶的更換和定位速度很快，備份性能優(yōu)于中低端磁帶庫。在早期磁盤備份的案例中，虛擬帶庫的使用非常廣泛。

隨著備份軟件的發(fā)展，備份軟件逐步支持直接將數(shù)據(jù)庫備份到磁盤系統(tǒng)，并且也逐步內置重復數(shù)據(jù)刪除功能，使得備份系統(tǒng)硬件僅由備份服務器和磁盤存儲設備組成即可，大大簡化了硬件系統(tǒng)組成。

支持重復數(shù)據(jù)刪除的磁盤存儲設備在備份系統(tǒng)中的應用依然保持了一定的比例，原因是此類產(chǎn)品開發(fā)歷史較長，產(chǎn)品比較成熟。但隨著備份軟件的發(fā)展，此類產(chǎn)品在備份系統(tǒng)中的應用，應該會逐步減少。

3.2 注意事項

重復數(shù)據(jù)刪除技術，由于其實現(xiàn)依據(jù)廠商自有技術，并不透明，所以不同的應用環(huán)境下，其效率難以精確預計，所以在系統(tǒng)設計階段，對于重復數(shù)據(jù)刪除的效率，持較悲觀的態(tài)度，對系統(tǒng)的實施和維護，會比較有利重復數(shù)據(jù)刪除的實現(xiàn)，需要耗費大量的CPU資源和內存空間。在線式重復數(shù)據(jù)刪除會導致備份的吞吐量下降。

由于備份系統(tǒng)的特點，對于磁盤存儲系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的寫入基本都是連續(xù)寫入，少有隨機寫入的操作。所以磁盤存儲系統(tǒng)可以選用隨機讀寫性能較差但成本較低且單位容量較大的SATA磁盤或者近線SAS硬盤，相對于選擇SAS磁盤和FC磁盤，選擇這些磁盤對備份操作的性能影響不大，但成本大大下降。

4.與原有系統(tǒng)的結合

4.1 保留磁帶庫的意義

電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)在在線升級時，應該充分考慮如有應用原有設備，即磁帶庫。相對于磁盤備份，磁帶庫的備份效率低且故障率高，但磁帶備份仍有其存在的必要性，如數(shù)據(jù)長期保存和法規(guī)遵從。

磁盤備份系統(tǒng)，受限于磁盤存儲設備，備份數(shù)據(jù)將在一定周期后被覆蓋，如果大量數(shù)據(jù)要求長期保存，則難以滿足需求。如果結合原有磁帶設備，將備份數(shù)據(jù)轉移到磁帶，即可實現(xiàn)長期保存。

一些政府部門和企業(yè)有法律和規(guī)定要求數(shù)據(jù)必須存放與磁帶，在此種應用需求下，利用原有磁帶庫，將備份數(shù)據(jù)從磁盤轉移到磁帶，即可滿足法規(guī)要求。

4.2 磁帶庫與磁盤備份設備的結合

磁帶庫與磁盤備份設備的結合，主要有三種方式

（1）虛擬帶庫管理磁帶庫

當使用虛擬磁帶庫時，一些虛擬磁帶庫可以管理磁帶庫，可以通過制訂磁帶的導出規(guī)則，將虛擬磁帶的數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)則導出至磁帶庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)長期保存或者出庫功能。

（2）備份出庫至磁帶庫

通過備份軟件出庫功能，可以將備份數(shù)據(jù)根據(jù)出庫規(guī)則出庫到磁帶庫的磁帶中。

（3）備份軟件分層存儲功能

一些備份軟件支持分層存儲功能，即將磁盤備份和磁帶備份定義為不同的存儲層，通過定義相應規(guī)則，將備份數(shù)據(jù)在不同存儲層之間的轉移，實現(xiàn)磁盤數(shù)據(jù)到磁帶數(shù)據(jù)的轉移。

5.結論

（1）磁盤備份系統(tǒng)會大大提高電力數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的效率，并減少維護工作。在備份系統(tǒng)升級中應積極引入磁盤備份技術。

（2）在新增設備中，應減少使用虛擬磁帶庫。

（3）重復數(shù)據(jù)刪除技術會有效降低磁盤備份設備成本。

（4）磁帶庫設備仍具有應用價值，應該在備份系統(tǒng)中予以保留。

參考文獻

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[4]Implementing IBM Storage Data Deduplication Solutions.

[5]Understanding Data Deduplication.

作者簡介：

楊帆（1971—），男，北京人，大學本科，高級技師，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司電力調度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)自動化運行管理工作。

孫姍（1979—），女，浙江杭州人，大學本科，工程師，技師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司檢修公司檢修試驗工區(qū)，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護及自動化檢修管理工作。

謝有芳（1975—），男，浙江杭州人，高級工程師。