文｜呂小兵

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大中型企業(yè)基于存儲虛擬化的數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)研究

文｜呂小兵

一、前言

近些年隨著大中型企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入，隨之而來的是各種業(yè)務(wù)運作和管理的日漸繁多與復(fù)雜，各種應(yīng)用系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)呈爆炸式增長。應(yīng)用系統(tǒng)對業(yè)務(wù)連續(xù)性要求日益嚴(yán)格，各業(yè)務(wù)部門對信息中心服務(wù)質(zhì)量的期望不斷提高。在此背景下，大中型企業(yè)普遍加強(qiáng)了數(shù)據(jù)中心建設(shè)，以保障業(yè)務(wù)快速發(fā)展和IT 系統(tǒng)安全高效運營。許多企業(yè)目前沒有基本的數(shù)據(jù)容災(zāi)部署，所有數(shù)據(jù)存儲及備份設(shè)備都集中在數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)，信息化系統(tǒng)抗拒災(zāi)難的能力為零，一旦數(shù)據(jù)中心機(jī)房發(fā)生重大或災(zāi)難性事故，不但應(yīng)用系統(tǒng)無法繼續(xù)運行，而且將丟失所有數(shù)據(jù)，這樣的損失是企業(yè)無法承受的。本文就是在這樣的背景下對大中型企業(yè)數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)的方式方法進(jìn)行分析和討論。

二、容災(zāi)技術(shù)簡介

容災(zāi)是指在同城或較遠(yuǎn)的異地，建立兩套或多套IT運行系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間可以進(jìn)行健康狀態(tài)監(jiān)視和業(yè)務(wù)切換，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)因嚴(yán)重故障而無法正常工作時，備用系統(tǒng)可以在另一場所接管其業(yè)務(wù)或恢復(fù)其數(shù)據(jù)。

故障通?？煞譃橄到y(tǒng)級、場所級和災(zāi)難級三個層次。其中，系統(tǒng)級主要對應(yīng)主機(jī)系統(tǒng)或存儲設(shè)備的故障；場所級對應(yīng)電力中斷、機(jī)房火災(zāi)水災(zāi)、恐怖襲擊等場所故障；災(zāi)難級對應(yīng)地震、戰(zhàn)爭等地域災(zāi)難。

容災(zāi)系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)級容災(zāi)和應(yīng)用級容災(zāi)[1]。所謂數(shù)據(jù)級容災(zāi)是指在容災(zāi)中心僅部署存儲設(shè)備和少量數(shù)據(jù)測試服務(wù)器，在生產(chǎn)中心發(fā)射嚴(yán)重故障時，容災(zāi)中心僅負(fù)責(zé)恢復(fù)生產(chǎn)中心的數(shù)據(jù)。所謂應(yīng)用容災(zāi)，是在數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)上建立一套完整的與生產(chǎn)中心相當(dāng)?shù)膫浞輵?yīng)用系統(tǒng)，在生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生重大事故或災(zāi)難的情況下，容災(zāi)系統(tǒng)可迅速接管生產(chǎn)業(yè)務(wù)的運行。

（一）容災(zāi)關(guān)鍵指標(biāo)

在災(zāi)難恢復(fù)方面，目前業(yè)界公認(rèn)最關(guān)鍵的衡量指標(biāo)有兩個：一個是 RTO（恢復(fù)時間目標(biāo)），另一個是 RPO（恢復(fù)點目標(biāo)）。所謂RTO[2]（Recovery Time Objective），是指災(zāi)難發(fā)生后，從 IT 系統(tǒng)宕機(jī)導(dǎo)致業(yè)務(wù)停頓之時開始，到 IT 系統(tǒng)恢復(fù)至可以支持各部門恢復(fù)運營之間的時間段稱為 RTO。所謂RPO[2] （Recovery Point Objective），是指災(zāi)難發(fā)生后，容災(zāi)系統(tǒng)能把數(shù)據(jù)恢復(fù)到災(zāi)難發(fā)生前時間點的數(shù)據(jù)，它是衡量企業(yè)在災(zāi)難發(fā)生后會丟失多少生產(chǎn)數(shù)據(jù)的指標(biāo)。

（二）容災(zāi)實現(xiàn)方式

目前，容災(zāi)系統(tǒng)主要有以下幾種技術(shù)實現(xiàn)方式：

1. 磁帶備份異地保存方式；

2. 基于應(yīng)用的容災(zāi)方式；

3. 基于數(shù)據(jù)庫復(fù)制的方式；

4. 基于鏡像軟件的方式；

5. 基于智能存儲的方式；

6. 基于存儲虛擬化的方式。

在上面列舉的幾種常用的容災(zāi)技術(shù)中，磁帶備份方式是最簡單，投資最小的方案，但是它在災(zāi)難發(fā)生后，數(shù)據(jù)丟失率大，數(shù)據(jù)恢復(fù)時間長，因此，比較適用于業(yè)務(wù)量較小，投入資金不多，且對業(yè)務(wù)中斷時間要求不高的企業(yè)。通過應(yīng)用軟件來實現(xiàn)容災(zāi)的方式需要對現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件做大量修改，實現(xiàn)起來比較困難，并且對業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能的影響較大?；跀?shù)據(jù)庫的容災(zāi)方案實現(xiàn)起來比較容易，但對主機(jī)系統(tǒng)的資源消耗比較大，而且只能保護(hù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，備份中心的維護(hù)也較復(fù)雜?；谥悄艽鎯ο到y(tǒng)的容災(zāi)方式對應(yīng)用完全透明，能保證大量數(shù)據(jù)復(fù)制的性能，數(shù)據(jù)的一致性程度高，設(shè)備利用率高，但要求存儲設(shè)備必須同構(gòu)。基于虛擬存儲的容災(zāi)是一種較新的技術(shù)，能較好地保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，但這種方案需要增加專用虛擬化設(shè)備，適合規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心。

（三）基于存儲虛擬化的容災(zāi)技術(shù)

存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會（SNIA）對存儲虛擬化[3]的定義為：“通過對存儲(子)系統(tǒng)或存儲服務(wù)的內(nèi)部功能進(jìn)行抽象、隱藏或隔離，使存儲或數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源的管理分離，從而實現(xiàn)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的獨立管理”。這是一個較寬泛的定義，目前，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為存儲虛擬化是一種可以將多個存儲磁盤系統(tǒng)集成，并作為單一實體管理的硬件或軟件產(chǎn)品，這種管理通?？梢栽谥鳈C(jī)、存儲網(wǎng)絡(luò)、存儲設(shè)備上實現(xiàn)。例如，它可以將許多SAN磁盤陣列看作一個整體向外分配磁盤而不必考慮磁盤驅(qū)動器的物理位置。

存儲虛擬化針對存儲硬件資源，是對整個IT基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行虛擬化必不可少的一部分。存儲虛擬化不但可以實現(xiàn)整合存儲資源、屏蔽異構(gòu)存儲環(huán)境復(fù)雜度、提升存儲可靠性和可用性等基本功能，還具有存儲分層管理、數(shù)據(jù)自動遷移、數(shù)據(jù)透明遷移、快照、同異步數(shù)據(jù)鏡像等高級存儲管理功能。

基于專用虛擬化設(shè)備實現(xiàn)的存儲虛擬化已逐步成為市場主流，IBM、FalconStor、EMC、NetApp等廠商都有較成熟的解決方案。利用專用存儲虛擬化設(shè)備的同異步數(shù)據(jù)鏡像功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心容災(zāi)具有以下優(yōu)勢：

1. 構(gòu)造時不需更換原有的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，只需在原本的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中加入存儲虛擬化設(shè)備；

2. 消除了異構(gòu)存儲設(shè)備之間的差異，本地端的主機(jī)和存儲設(shè)備可以是任何品牌，災(zāi)備端的主機(jī)和存儲設(shè)備也不需和本地端相同，有利于企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備利舊，減少投資；

3. 操作控制在主機(jī)與存儲之間的虛擬層實現(xiàn)，數(shù)據(jù)的復(fù)制過程不占用主機(jī)資源，對主機(jī)性能影響十分低；

4. 在虛擬存儲上實施多點快照等增值功能，能使得各種數(shù)據(jù)的人為破壞得到瞬間恢復(fù)的能力（防止因為操作員操作失誤、黑客入侵、病毒泛濫等邏輯故障造成的數(shù)據(jù)丟失。

5. 對于異地傳輸?shù)膸捳加?，虛擬化容災(zāi)方式具有各類調(diào)優(yōu)方式，使得這種方式能夠最大限度適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

三、容災(zāi)系統(tǒng)模型設(shè)計

容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)與企業(yè)的業(yè)務(wù)要求、應(yīng)用現(xiàn)狀密切相關(guān)，涉及眾多技術(shù)和產(chǎn)品以及繁多的供應(yīng)商，屬于建設(shè)復(fù)雜、風(fēng)險較高的項目。為降低項目風(fēng)險，選擇有經(jīng)驗的合作伙伴并且有成熟實用的方法論指導(dǎo)對容災(zāi)項目建設(shè)的成功非常重要。

在考慮建設(shè)容災(zāi)系統(tǒng)時，需要結(jié)合企業(yè)實際情況選擇合理的技術(shù)，首先，要明確容災(zāi)系統(tǒng)可能會遇到的故障類型及嚴(yán)重性，明確建設(shè)目標(biāo)，對于不同級別的故障，所采取的保護(hù)的方案也不盡相同。其次，要考慮故障發(fā)生后正在運行的業(yè)務(wù)所受的影響程度。最后，要考慮數(shù)據(jù)保護(hù)程度，也就是生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心之間數(shù)據(jù)的連續(xù)性和一致性，它決定了容災(zāi)方案的規(guī)模和復(fù)雜程度。

（一）設(shè)計原則

在選擇容災(zāi)技術(shù)時，應(yīng)考慮一下基本原則：技術(shù)成熟，功能豐富，對現(xiàn)有設(shè)備兼容性好，在同行業(yè)中有成功案例。無需對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行改動，風(fēng)險小，實施周期短。符合企業(yè)現(xiàn)實情況，在投資適度的前提下，故障恢復(fù)時間及數(shù)據(jù)損失盡可能小。集中統(tǒng)一管理，降低系統(tǒng)管理復(fù)雜度。

（二）容災(zāi)系統(tǒng)模型

利用存儲虛擬化技術(shù)實現(xiàn)容災(zāi)可以有多種模型，它們實現(xiàn)的RTO、RPO指標(biāo)不同，投資也不同，不同企業(yè)可以根據(jù)自身實際情況進(jìn)行選擇，甚至同一企業(yè)也可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不同需求進(jìn)行差異部署。下面以IBM SAN Volume Controller（SVC）為例列舉了幾種容災(zāi)部署模型并進(jìn)行簡要說明。

1. 本地數(shù)據(jù)容災(zāi)

如圖1所示，生產(chǎn)中心與災(zāi)備中心在同一園區(qū)或城市，由于距離較近，可以直接連通兩中心的SAN網(wǎng)絡(luò)。在災(zāi)備中心部署容災(zāi)陣列及少量數(shù)據(jù)測試服務(wù)器。利用SVC磁盤image模式，對關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心實現(xiàn)同步鏡像保存，當(dāng)生產(chǎn)中心發(fā)生陣列故障時，災(zāi)備中心的陣列可以迅速接管生產(chǎn)陣列的工作，維持正常的業(yè)務(wù)運行。當(dāng)生產(chǎn)中心發(fā)生場所級嚴(yán)重故障時，災(zāi)備中心的鏡像數(shù)據(jù)也可用于將來的數(shù)據(jù)恢復(fù)。此外，還可以利用多點快照功能對業(yè)務(wù)持續(xù)性保護(hù)，盡可能減少由于邏輯錯誤造成的數(shù)據(jù)丟失。在容災(zāi)中心還可以部署備份系統(tǒng)，用于歷史數(shù)據(jù)的長期保存及恢復(fù)。

這種容災(zāi)模型的特點是投資較小、自動化程度較高、RPO小、實施難度較低，缺點是在場所級故障時RTO長，也無法應(yīng)對災(zāi)難級故障，無法實現(xiàn)應(yīng)用級容災(zāi)。適合容災(zāi)投資較小及業(yè)務(wù)持續(xù)性要求較低的企業(yè)。實施成功的關(guān)鍵是兩機(jī)房間的鏈路帶寬及可靠性要有保障，容災(zāi)陣列的性能要與生產(chǎn)陣列相當(dāng)。

圖1 本地數(shù)據(jù)容災(zāi)部署示意圖

圖2 異地數(shù)據(jù)容災(zāi)部署示意圖

如圖2所示，生產(chǎn)中心與災(zāi)備中心在距離較遠(yuǎn)的不同城市，由于距離較遠(yuǎn)，可以采用FCIP協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備通過IP網(wǎng)絡(luò)來連接兩中心的SAN。在災(zāi)備中心部署虛擬化設(shè)備、容災(zāi)陣列及少量數(shù)據(jù)測試服務(wù)器。與本地數(shù)據(jù)容災(zāi)不同的是，生產(chǎn)陣列與容災(zāi)陣列之間的數(shù)據(jù)復(fù)制是通過SVC的Global Mirror異步復(fù)制功能實現(xiàn)，因此，必須在容災(zāi)中心安裝虛擬化設(shè)備。當(dāng)生產(chǎn)中心發(fā)生場所級或災(zāi)難級嚴(yán)重故障時，災(zāi)備中心的鏡像數(shù)據(jù)可用于將來的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

這種容災(zāi)模型實施的關(guān)鍵條件是兩機(jī)房間的鏈路帶寬及可靠性要有保障，實施的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離異步復(fù)制以及數(shù)據(jù)的一致性保障。這種容災(zāi)模型下，容災(zāi)陣列的品牌、型號可以不同與生產(chǎn)陣列，性能可以低于生產(chǎn)陣列，投資主要集中在通信線路及設(shè)備、虛擬化設(shè)備，可以應(yīng)對災(zāi)難級故障，RPO取決于兩中心之間的線路帶寬，實施難度適中，RTO長，無法實現(xiàn)應(yīng)用級容災(zāi)。適合數(shù)據(jù)容災(zāi)要求高及業(yè)務(wù)持續(xù)性要求較低的企業(yè)。

2. 兩地三中心容災(zāi)

兩地三中心即“生產(chǎn)中心+同城災(zāi)備中心+異地災(zāi)備中心”的整體應(yīng)用級容災(zāi)解決方案，可以滿足不同故障情況下的業(yè)務(wù)連續(xù)性要求。同城災(zāi)備中心主要是用于防范系統(tǒng)級、場所級的故障，異地災(zāi)備中心用于防范大規(guī)模災(zāi)難級故障。與同城及異地數(shù)據(jù)容災(zāi)相比，應(yīng)用級的“兩地三中心”可實現(xiàn)生產(chǎn)與災(zāi)備中心之間應(yīng)用的切換。同城中心可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步復(fù)制及應(yīng)用的快速切換，異地災(zāi)備中心由于與生產(chǎn)中心距離較遠(yuǎn)，相互連接的網(wǎng)絡(luò)線路帶寬和質(zhì)量存在一定的限制，適合于數(shù)據(jù)的異步復(fù)制，應(yīng)用的切換也需要相對較長的時間，因此異地災(zāi)備中心可以實現(xiàn)一定時間范圍內(nèi)的應(yīng)用切換和可容忍丟失范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

在容災(zāi)領(lǐng)域，“兩地三中心”的建設(shè)模式已被市場認(rèn)可，并在金融、證券等業(yè)務(wù)系統(tǒng)在地理上分布廣泛的行業(yè)中逐漸普及，目前，在實現(xiàn)應(yīng)用級容災(zāi)的基礎(chǔ)上，“兩地三中心”模式正在從技術(shù)上向“分布式多活”發(fā)展。圖3是以IBM SVC虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)的一個“兩地三中心”容災(zāi)部署示意圖：

圖3 兩地三中心容災(zāi)部署示意圖

生產(chǎn)中心與同城災(zāi)備中心之間的數(shù)據(jù)復(fù)制通過IBM Metro Mirror同步復(fù)制技術(shù)實現(xiàn)，同城災(zāi)備中心到異地災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)復(fù)制通過Global Mirror異步復(fù)制技術(shù)實現(xiàn)，當(dāng)同城災(zāi)備中心發(fā)生故障時，生產(chǎn)中心將通過Global Mirror向異地災(zāi)備中心復(fù)制數(shù)據(jù)。三個中心間的應(yīng)用系統(tǒng)切換通過IBM PowerHA/XD集群軟件實現(xiàn)。

實施過程中除了要保證數(shù)據(jù)復(fù)制的可靠性，還要解決多種系統(tǒng)平臺上應(yīng)用切換的問題，屬于投資巨大、技術(shù)復(fù)雜、實施難度大的項目，此外，后期的運維管理也是長期艱巨的任務(wù)。因此，“兩地三中心”的容災(zāi)模型建設(shè)僅適合那些資金充裕、業(yè)務(wù)部門在地理上分布廣泛、容災(zāi)RTO要求高的企業(yè)。

四、結(jié)語

災(zāi)難的發(fā)生是“小概率、高風(fēng)險”事件，隨著

企業(yè)信息化水平的不斷提高，為規(guī)避風(fēng)險，容災(zāi)系統(tǒng)對于核心業(yè)務(wù)已成為必不可少的信息安全基礎(chǔ)設(shè)施。容災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)是一個體系化過程，只有科學(xué)合理地進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、部署，才能對企業(yè)信息系統(tǒng)的運行起到根本性的安全與保障作用。因此，在容災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，必須充分考慮核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的抗毀性與災(zāi)難恢復(fù)能力，合理選擇容災(zāi)技術(shù)，制定和不斷完善信息安全應(yīng)急處置預(yù)案，提高應(yīng)急處置和災(zāi)難恢復(fù)能力，才能保證在遭遇重大災(zāi)難和重大事故時發(fā)揮有效的容災(zāi)功能，真正構(gòu)建企業(yè)信息系統(tǒng)的避風(fēng)港。

作者單位：中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司。