徐琦 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330002

0 引言

微盟刪庫事件引發(fā)對IT系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護(hù)的關(guān)注，數(shù)據(jù)備份作為數(shù)據(jù)保護(hù)的最后一道防線再度引起熱議。本文將在分析常用數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討數(shù)據(jù)備份技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。

數(shù)據(jù)被視為IT系統(tǒng)的靈魂，是IT系統(tǒng)運(yùn)行的“血液”，失去數(shù)據(jù)的IT系統(tǒng)毫無價值，因此IT系統(tǒng)自誕生伊始就高度重視數(shù)據(jù)的保護(hù)。經(jīng)過幾十年的技術(shù)演進(jìn)發(fā)展，目前數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)主要有三大類：

第一類，本地高可用。即一般是在同一地點(diǎn)采用冗余方式把數(shù)據(jù)復(fù)制成多份。這既包含設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)和架構(gòu)，磁盤的raid技術(shù)，也有服務(wù)器高可用集群和存儲快照等鏡像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主數(shù)據(jù)和副本運(yùn)行在不同的設(shè)備上，避免因單點(diǎn)故障或者數(shù)據(jù)損壞，帶來的系統(tǒng)不可用。

第二類，數(shù)據(jù)備份。本文指自動脫機(jī)備份，是按照備份計(jì)劃定時將生產(chǎn)數(shù)據(jù)出庫成為歷史副本，最終形成一系列按時間軸排列的副本集。本地高可用數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)的副本是在線數(shù)據(jù)，和主數(shù)據(jù)保持同步，而副本是離線的歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)備份只能保證系統(tǒng)可恢復(fù)到過去的某個時點(diǎn)，但會丟失時點(diǎn)后的數(shù)據(jù)。

第三類，遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)。本質(zhì)上是本地高可用技術(shù)在物理位置上的延展。數(shù)據(jù)跨越大型的物理環(huán)境，通過專用鏈路實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)不中斷。容災(zāi)的范疇比較廣，不僅僅考慮數(shù)據(jù)，還要考慮整個物理環(huán)境和用戶的應(yīng)用。容災(zāi)不是簡單的一種技術(shù)，它是一大堆技術(shù)加上管理的組合。容災(zāi)技術(shù)進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的高可用。

上述三類數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)中，本地高可用和遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)，都是著眼于保護(hù)系統(tǒng)的在線狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)可以隨時被訪問，保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，而數(shù)據(jù)備份是將整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)保存下來，數(shù)據(jù)處于離線狀態(tài)，也被稱為冷數(shù)據(jù)，不支持高可用性，目的是確保系統(tǒng)可恢復(fù)。

1 何為數(shù)據(jù)備份

數(shù)據(jù)備份泛指將數(shù)據(jù)以某種方式加以保留，以便在系統(tǒng)遭受破壞或其他特定情況下，重新加以利用的一個過程，本文的數(shù)據(jù)備份特指IT系統(tǒng)通過備份軟件將系統(tǒng)在某個時刻的數(shù)據(jù)乃至整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按照備份計(jì)劃“克隆”，把目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成備份文件存儲到指定備份設(shè)備上，單獨(dú)存放；并能夠在災(zāi)難發(fā)生后，將系統(tǒng)恢復(fù)到過去擁有完整備份數(shù)據(jù)的某個時間狀態(tài)。為了防止備份數(shù)據(jù)意外損壞，產(chǎn)生多個時點(diǎn)的多份備份數(shù)據(jù)副本是必要的。同時數(shù)據(jù)中心也可能面臨滅頂之災(zāi)，所以部分?jǐn)?shù)據(jù)副本還建議“離場保存”。

備份技術(shù)的目的是將整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)保存下來，它不僅可以挽回硬件設(shè)備損壞帶來的損失，也可以消除或減弱邏輯錯誤和人為惡意破壞等意外事件給系統(tǒng)帶來的影響。

數(shù)據(jù)備份技術(shù)不保證系統(tǒng)的實(shí)時可用性。一旦意外發(fā)生，備份技術(shù)只保證數(shù)據(jù)可以恢復(fù)，但是恢復(fù)過程需要一定的時間，在此期間，系統(tǒng)不可用。備份系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)備份數(shù)據(jù)的完整性、實(shí)時性，以及時間序列的連續(xù)性和真實(shí)性。

數(shù)據(jù)備份是IT系統(tǒng)必不可少的組成部分，其意義不僅在于防范意外事件的破壞，還包括歷史數(shù)據(jù)的保存歸檔。

1.1 數(shù)據(jù)備份的類型

備份方式主要分三大類：全備份、增量備份、差異備份。

（1）全備份

全備份又稱完全備份或全量備份，它將備份所有選定的文件，然后清除每個備份文件的存檔屬性（存檔屬性標(biāo)識哪些文件需要備份，在全備份中不依賴存檔屬性）。使用全備份恢復(fù)時，恢復(fù)所有文件時僅需具備指定時點(diǎn)的全備份文件。全備份至少在首次創(chuàng)建備份集時執(zhí)行一次。

（2）增量備份

增量備份僅備份自上一次全備份或增量備份后創(chuàng)建或更改的所有文件，并將備份文件標(biāo)記為已備份即清除存檔屬性。采用增量備份恢復(fù)，需要擁有指定時點(diǎn)最近的全備份文件及其后到達(dá)指定時點(diǎn)之間所有的增量備份集。

（3）差異備份

差異備份僅備份自上一次全備份以來創(chuàng)建或更改的文件。差異備份不將文件標(biāo)記為已備份即存檔屬性不被清除。采取差異備份恢復(fù)，需要指定時點(diǎn)最近的全備份文件和最后一個差異備份文件。

以一周為一個備份周期，三種備份方式如下圖：

圖1 三種備份方式差異比較

三種備份方式各有優(yōu)劣，在確定備份類型時，必須考慮備份對網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響和恢復(fù)數(shù)據(jù)所需的時間。

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1.2 數(shù)據(jù)備份的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

常見的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)主要有Host-Base、LANBase和基于SAN結(jié)構(gòu)的LAN-Free等多種結(jié)構(gòu)。

（1）Host-Base

Host-Based是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份的結(jié)構(gòu)。它將磁帶庫直連到服務(wù)器，而且只為該服務(wù)器提供數(shù)據(jù)備份服務(wù)。在大多數(shù)情況下，這種備份大多是采用服務(wù)器上自帶的磁帶機(jī)，而備份操作往往也是通過手工操作，主要備份服務(wù)器操作系統(tǒng)等小規(guī)模文件。

Host-Based備份結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度快，備份管理簡單；缺點(diǎn)是不利于備份系統(tǒng)的共享，不適合于大型的數(shù)據(jù)備份要求。

（2）LAN-Based

LAN-Based備份，以生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，配置一臺服務(wù)器作為備份服務(wù)器，由它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的備份操作。磁帶庫則接在某臺服務(wù)器上，在數(shù)據(jù)備份時備份對象把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酱艓熘袑?shí)現(xiàn)備份的。LAN-Based備份結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省投資、備份資源共享、集中備份管理；它的缺點(diǎn)是對網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力大，速度慢。

圖2 LAN-Based備份

（3）LAN-Free

LAN-Free備份系統(tǒng)是建立在SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)）的基礎(chǔ)上的，其結(jié)構(gòu)如下圖所示?；赟AN的備份是一種徹底解決傳統(tǒng)備份需要占用生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的解決方案。它是一種全新的體系結(jié)構(gòu)，將備份設(shè)備和磁盤陣列各自作為獨(dú)立的光纖結(jié)點(diǎn)，多臺主機(jī)共享備份設(shè)備，數(shù)據(jù)流不再經(jīng)過生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)而直接通過SAN傳送到備份設(shè)備，是一種無需占用網(wǎng)絡(luò)帶寬 (LAN-Free) 的解決方案。LAN-Free的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)備份統(tǒng)一管理、備份速度快、網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力小、備份資源共享；缺點(diǎn)是投資較高。

圖3 LAN-Free備份

2 數(shù)據(jù)備份的價值

備份是一個“古老”的技術(shù)，也是三種數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)中最被忽視。為保障系統(tǒng)高可靠性和業(yè)務(wù)連續(xù)性，冗余架構(gòu)、集群、快照、分布式技術(shù)等一系列高可用技術(shù)在每個I T系統(tǒng)中被普遍采用。911事件后，摩根士丹利因?yàn)榻∪倪h(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)，第二天即可以照常運(yùn)營，而紐約銀行由于數(shù)據(jù)中心損毀，又缺乏有效的災(zāi)備系統(tǒng)，數(shù)據(jù)難以恢復(fù)，數(shù)月后不得不破產(chǎn)清盤，類似案例使得投資巨大的遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)迅速推廣，目前大型企業(yè)的核心系統(tǒng)一般均配備容災(zāi)中心。但是高可用和遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)雖然能夠應(yīng)對設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)中心斷電失火等“灰犀?！笔录瑓s避免不了誤刪庫、邏輯錯誤等“黑天鵝”的出現(xiàn)。

某大型企業(yè)在核心系統(tǒng)上建設(shè)了一套同城同步容災(zāi)中心和一個異地異步的容災(zāi)中心，具有罕見的高可用性?？墒窃谝淮蜗到y(tǒng)升級中，因?yàn)檎`操作，使得生產(chǎn)中心和同步容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)同時失效，危急下，本應(yīng)該執(zhí)行異步容災(zāi)中心向生產(chǎn)中心的逆向同步被錯誤執(zhí)行為正向同步，導(dǎo)致異步容災(zāi)中心數(shù)據(jù)也隨之毀壞，最終系統(tǒng)徹底宕機(jī)，數(shù)天方才恢復(fù)運(yùn)營，損失巨大。

近期的微盟刪庫事件更是一例數(shù)據(jù)保護(hù)的反面教材。系統(tǒng)采用了分布式、多副本、云計(jì)算等一系列高可用技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)，卻抵擋不了刪除指令的破壞，長達(dá)十天的停頓，1.5億的賠償，更對微盟的商譽(yù)造成不可估量的損害。

上述案例說明本地高可用和遠(yuǎn)程容災(zāi)技術(shù)對數(shù)據(jù)保護(hù)不全面，而數(shù)據(jù)備份技術(shù)正可以補(bǔ)齊這塊短板。數(shù)據(jù)備份是針對數(shù)據(jù)脫機(jī)保存、離線保護(hù)，阻斷了在線災(zāi)難的蔓延，保證了系統(tǒng)可恢復(fù)。前述大型企業(yè)就是通過備份恢復(fù)了系統(tǒng)，微盟則未做離線數(shù)據(jù)備份，長時間無數(shù)據(jù)可用于系統(tǒng)恢復(fù)。同樣，如果都能夠擁有一份完整、可用的數(shù)據(jù)備份，那么9.11恐怖襲擊中近三分之二企業(yè)也不會因?yàn)橹匾獢?shù)據(jù)受損而破產(chǎn)。由此可見，數(shù)據(jù)備份作為IT系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護(hù)的最后一道屏障，是數(shù)據(jù)保護(hù)不可或缺的手段。

3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份的痛點(diǎn)

根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)和移動安全公司AVG Technologies對中小企業(yè)的調(diào)查，大多數(shù)企業(yè)重視數(shù)據(jù)備份，認(rèn)為數(shù)據(jù)丟失最影響生產(chǎn)力，超過收入和客戶信心的影響。而據(jù)I D C調(diào)查，60%-70%的企業(yè)C I O對現(xiàn)有備份系統(tǒng)不滿意，Gartner的報告顯示50%的企業(yè)在2020年前準(zhǔn)備升級或更換備份系統(tǒng)，那么傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份為何讓人又愛又恨？

首先，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份的投資收益低。受早期的網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲介質(zhì)（磁帶）的影響，傳統(tǒng)備份需要搭建一套專用的備份平臺，將被保護(hù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)打包成image文件傳送到備份設(shè)備保存，生產(chǎn)系統(tǒng)無法直接讀取或使用image文件即備份數(shù)據(jù)。所以備份平臺不為生產(chǎn)提供服務(wù)，唯一價值在于數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)，可這恰是IT系統(tǒng)極力規(guī)避的狀況，從而導(dǎo)致一個悖論——企業(yè)花費(fèi)大量的資金購置一套希望永遠(yuǎn)用不上的系統(tǒng)。而且隨著數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)張，備份系統(tǒng)的運(yùn)維和投入與日俱增，最終既浪費(fèi)投資，又存儲了海量無用的沉淀數(shù)據(jù)。

其次，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份對正常生產(chǎn)影響較大。生產(chǎn)系統(tǒng)在備份期間要避免大數(shù)據(jù)量或者頻繁操作，而傳統(tǒng)備份需要定期執(zhí)行全備份等大數(shù)據(jù)量備份，讀取并壓縮海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，耗時長，有可能嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)營效率。

第三，更加嚴(yán)重的是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份的可用性在日常難以驗(yàn)證。備份過程中數(shù)據(jù)會被壓縮轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)是否完整、準(zhǔn)確和一致性無法檢驗(yàn)。生產(chǎn)系統(tǒng)只有在備份數(shù)據(jù)恢復(fù)后，方知其是否可用，能否用于系統(tǒng)恢復(fù)。備份恢復(fù)失敗的案例并不罕見，越是核心系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量越大，越可能備份失敗。前文所述某大型企業(yè)在備份恢復(fù)中，就曾經(jīng)出現(xiàn)備份數(shù)據(jù)副本失效，嚴(yán)重影響恢復(fù)進(jìn)程。這也是備份策略采用多個備份數(shù)據(jù)副本的重要原因。

綜上所述，傳統(tǒng)備份只是為了數(shù)據(jù)恢復(fù)而存在，它不僅占用了有限的投資，擠占寶貴的生產(chǎn)運(yùn)營時間，備份成效還難以檢測和保證。故而，企業(yè)對備份系統(tǒng)的滿意度下降是必然趨勢，也阻礙了人們持續(xù)投入的熱情，反過來又導(dǎo)致備份系統(tǒng)更加低效，弱化數(shù)據(jù)保障，跌入惡性循環(huán)。

4 下一代的數(shù)據(jù)備份

可是作為I T基礎(chǔ)設(shè)施的“最后一道防線”，備份又不可或缺。針對傳統(tǒng)備份的缺陷，新一代的數(shù)據(jù)備份技術(shù)——CDM（Copy Data Management,數(shù)據(jù)副本管理）被提出。CDM是一種全新的備份技術(shù)，采用數(shù)據(jù)原格式的永久增量備份，保證了與原始數(shù)據(jù)的一致性和完整性。區(qū)別于傳統(tǒng)備份的Image文件， CDM使用原格式（Raw Format）拷貝生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用永久增量備份方式，即首次完全備份，后續(xù)以類似CBT（Change Block Tracking）等捕獲數(shù)據(jù)變化量（增量Δ）的技術(shù)持續(xù)記錄變化數(shù)據(jù)，并存儲到備份磁盤陣列，而非傳統(tǒng)的磁帶庫，最終生成了類似生產(chǎn)數(shù)據(jù)快照的“黃金副本”的備份數(shù)據(jù)?！包S金副本”可以定期出庫到光盤或者磁帶，用于異地保存。數(shù)據(jù)恢復(fù)時，只需要將對應(yīng)時點(diǎn)的增量數(shù)據(jù)和全備份整合，即形成該時點(diǎn)的備份數(shù)據(jù)，無需解壓等恢復(fù)過程，數(shù)據(jù)可以直接被使用，大大縮減了恢復(fù)的時間窗口。鑒于CDM的快速恢復(fù)，甚至可以作為部分場景下異步容災(zāi)的手段。

4.1 CDM與傳統(tǒng)備份對比

CDM與傳統(tǒng)備份的比較如下：

（1）備份方式

傳統(tǒng)備份：通常采用Image文件格式壓縮數(shù)據(jù)并備份到磁帶，備份數(shù)據(jù)不可用、難驗(yàn)證。采取周期性地全備份方式，即選擇全量+增量方式,比如每周日全量備份，周一至周六增量備份等。備份時間窗口長，存儲空間需求大。

圖4 傳統(tǒng)備份方式

CDM備份：采用數(shù)據(jù)原格式備份到磁盤，備份數(shù)據(jù)可用、可驗(yàn)證。采取永久增量備份方式，只有一份全備份，后續(xù)只記錄數(shù)據(jù)變化量（增量Δ），并可疊加到已經(jīng)存在備份系統(tǒng)中的全備份，合成新的全備份，邏輯上每一個備份點(diǎn)都是一個全量數(shù)據(jù)，縮短了備份窗口，提高了備份效率。

圖5 CDM備份方式

（2）備份數(shù)據(jù)的恢復(fù)

傳統(tǒng)備份：恢復(fù)生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，需要將某個全備份的Image文件先恢復(fù)到指定存儲，再疊加若干個增量數(shù)據(jù)，最后加載應(yīng)用。整個過程耗時較長，且應(yīng)用可能加載失敗。

圖6 傳統(tǒng)備份恢復(fù)

CDM備份：恢復(fù)數(shù)據(jù)時，只要將全備份和指定時點(diǎn)的變化數(shù)據(jù)整合成對應(yīng)的備份數(shù)據(jù)，由于CDM備份采用了生產(chǎn)系統(tǒng)的原格式，這使得備份數(shù)據(jù)可以直接掛載至原主機(jī)或者應(yīng)急環(huán)境啟動業(yè)務(wù)系統(tǒng)，無須備份數(shù)據(jù)解壓縮過程，大大縮減恢復(fù)時間窗口。

圖7 CDM備份恢復(fù)

從上可知，CDM和傳統(tǒng)備份相比從根本上解決了備份可靠性的問題、減少了對生產(chǎn)系統(tǒng)的占用，提供了快速恢復(fù)的能力。

同時，CDM可以讓備份數(shù)據(jù)發(fā)揮更廣泛、更重要的作用。企業(yè)中生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)大約占整體數(shù)據(jù)量的20%，而分析、測試開發(fā)、文件共享、歷史數(shù)據(jù)和存檔數(shù)據(jù)占據(jù)80%以上的存儲空間。CDM可以按照需求，靈活快速的將備份數(shù)據(jù)整合成不同時點(diǎn)的保證數(shù)據(jù)一致性的生產(chǎn)數(shù)據(jù)副本，尤其是近實(shí)時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的“黃金副本”。數(shù)據(jù)副本可以虛擬出多個邏輯副本直接掛載給相應(yīng)服務(wù)器使用。這不僅統(tǒng)一了數(shù)據(jù)源，避免數(shù)出多門，又避免各類應(yīng)用直接從生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)制數(shù)據(jù)帶來的影響和沖突；還使得企業(yè)節(jié)省為歷史庫、查詢庫、測試庫、ODS等應(yīng)用購置專用存儲的投資，又減輕了海量存儲帶來的維護(hù)壓力，將備份從傳統(tǒng)低值的沉默數(shù)據(jù)、沉沒投資提升成為非生產(chǎn)的準(zhǔn)實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心。

CDM除了為本地服務(wù)，還可以通過云計(jì)算將備份數(shù)據(jù)彈性擴(kuò)展的虛擬成多個副本以服務(wù)的形式呈現(xiàn)，不同時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)副本在不同的位置快速且安全地服務(wù)不同的應(yīng)用，無需經(jīng)過實(shí)體持久化拷貝過程，直接切換時間窗口，實(shí)現(xiàn)與位置無關(guān)的跨域的數(shù)據(jù)備份和分享，進(jìn)一步提高了備份數(shù)據(jù)的利用率和管理功能。如下圖：

圖8 CDM的云服

4.2 CDM的優(yōu)勢

通過比較可以得出新一代備份技術(shù)CDM具有以下的優(yōu)勢：

（1）安全可靠的數(shù)據(jù)備份。CDM備份采用原生數(shù)據(jù)格式，可以被系統(tǒng)直接使用或者被驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)可靠性、一致性和可用性。

（2）高效的備份和恢復(fù)。CDM采取永久增量備份，縮短了備份時間窗口，提升備份效率，減少了對業(yè)務(wù)資源的占用。數(shù)據(jù)恢復(fù)能夠通過直接掛載備份數(shù)據(jù)，快速恢復(fù)業(yè)務(wù)。

（3）充分挖掘海量備份數(shù)據(jù)的價值。通過將備份數(shù)據(jù)整合、快照、克隆等方式創(chuàng)建出多個滿足不同需求的副本，滿足各類應(yīng)用需求，節(jié)約了各類應(yīng)用的存儲投入，使得備份不只局限于備份，充分發(fā)揮了備份投資的價值。

（4）采用云模式，實(shí)現(xiàn)跨域共享，消除了備份孤島，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮小了存儲規(guī)模，減輕了維護(hù)壓力，降低了管理成本。

5 結(jié)束語

目前CDM也存在其弱點(diǎn)，作為多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份和共享平臺，性能要求非常高，必須采用存儲一體機(jī)，容易被產(chǎn)品綁定，而且CDM的應(yīng)用仍然不夠廣泛，開發(fā)、建設(shè)和維護(hù)都比較欠缺案例和經(jīng)驗(yàn)，但這并不能阻止CDM的成功。特別是在云計(jì)算時代，數(shù)據(jù)高度集中，安全要求也更高，CDM的低消耗、快恢復(fù)、高可靠、高附加值具有廣闊市場空間。