胡露露 張亮 李偉 胡琳 符穎東

摘要：長期以來，南海西部石油研究院科研硬件尤其是存儲(chǔ)主要由國外品牌提供服務(wù)，核心地球物理業(yè)務(wù)使用的地學(xué)軟件同樣為國外品牌。隨著國際競爭環(huán)境日益激烈，企業(yè)對核心技術(shù)自主可控的意愿急迫，國產(chǎn)化替換需求不斷增強(qiáng)。南海西部石油研究院在新科研環(huán)境組建過程中，實(shí)現(xiàn)粵西地區(qū)能源領(lǐng)域首個(gè)數(shù)據(jù)中心硬件100%國產(chǎn)化工程，尤其是科研硬件存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主可控。另外在地學(xué)軟件方面，積極與國內(nèi)軟件廠商合作，推動(dòng)國產(chǎn)地學(xué)軟件成功應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，為保證科研核心數(shù)據(jù)的絕對安全，創(chuàng)新完成了基于國產(chǎn)存儲(chǔ)模式下的國產(chǎn)地學(xué)軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了同構(gòu)存儲(chǔ)的近線容災(zāi)、異構(gòu)存儲(chǔ)的同城容災(zāi)及異地容災(zāi)，保障科研生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。

關(guān)鍵詞：地學(xué)軟件；同構(gòu)存儲(chǔ)；異構(gòu)存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)容災(zāi)；國產(chǎn)化

中圖分類號(hào)：ET19? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）07-0064-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

在不斷追求核心技術(shù)自主可控的背景下，南海西部石油研究院（以下簡稱研究院）數(shù)據(jù)中心新建時(shí)采用全國產(chǎn)化硬件架構(gòu)，完成數(shù)據(jù)中心的搭建，同時(shí)也積極探索國產(chǎn)地學(xué)軟件GeoEast，積極推進(jìn)地震解釋平臺(tái)自主可控?？蒲熊浖c數(shù)據(jù)是開展科研工作的重要前提，勘探開發(fā)的研究離不開分析軟件和數(shù)據(jù)支持，因此在國產(chǎn)軟硬件的基礎(chǔ)上，對地學(xué)軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)進(jìn)行了探索研究，以保障科研數(shù)據(jù)的安全性[1-2]，為勘探開發(fā)科研生產(chǎn)的正常開展保駕護(hù)航。

1 國產(chǎn)化軟硬件存儲(chǔ)架構(gòu)

1.1 國產(chǎn)化軟硬件存儲(chǔ)架構(gòu)

長期以來，研究院硬件尤其是存儲(chǔ)主要由國外品牌構(gòu)成。然而隨著國際競爭環(huán)境日益激烈，爭端所引發(fā)的“卡脖子”事件頻發(fā)，對科研應(yīng)用造成了一定影響。面對如此特殊的大環(huán)境，研究院科研硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)自主可控的重要性不言而喻。

針對科研硬件國產(chǎn)化占比較低的問題，研究院在新科研環(huán)境建設(shè)的過程中，充分與國內(nèi)知名硬件廠商開展合作，對國產(chǎn)硬件品牌進(jìn)行了探索研究，使得數(shù)據(jù)中心在建成時(shí)關(guān)鍵核心硬件達(dá)到了100%國產(chǎn)化。最后根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)類型與應(yīng)用需求配置了不同的存儲(chǔ)，其中選擇Ocean Store 6800用來存儲(chǔ)核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)，選擇Ocean Store 5310用來近線容災(zāi)，存儲(chǔ)100%國產(chǎn)化為數(shù)據(jù)安全提供了有力保障。

1.2 國產(chǎn)地學(xué)軟件應(yīng)用

研究院目前主要使用的地學(xué)軟件均為國外引進(jìn)，存在技術(shù)支持中斷和供應(yīng)停止的風(fēng)險(xiǎn)。因此，急需一款功能強(qiáng)大、自主性高的國產(chǎn)地學(xué)軟件，以逐步替換國外地學(xué)軟件。經(jīng)過深入的市場調(diào)研和前期功能應(yīng)用測試，我們選擇了GeoEast作為國產(chǎn)軟件進(jìn)行推廣應(yīng)用。

GeoEast是一款集構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層預(yù)測、油氣檢測、地質(zhì)分析于一體的綜合地震資料解釋系統(tǒng)。在功能性上，它能夠較為完整地替代當(dāng)前的國外地學(xué)軟件。因此，我們決定開展對國產(chǎn)地學(xué)軟件GeoEast的推廣應(yīng)用工作[3-4]。在完成數(shù)據(jù)遷移后，為確?？蒲泄ぷ鞯恼ｉ_展與數(shù)據(jù)的安全性，我們開展了軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)的相關(guān)研究。鑒于GeoEast數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及研究院尚未在全國產(chǎn)生產(chǎn)存儲(chǔ)上部署數(shù)據(jù)容災(zāi)的實(shí)際情況，研究并探索了兩種容災(zāi)部署方案。首先，我們在國產(chǎn)存儲(chǔ)上部署了軟件、工區(qū)數(shù)據(jù)以及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)災(zāi)備系統(tǒng)。其次，針對結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)，我們編寫了定時(shí)備份腳本，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫熱備系統(tǒng)的部署。

2 國產(chǎn)地學(xué)軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)

數(shù)據(jù)容災(zāi)不僅僅是簡單的數(shù)據(jù)備份，而是將存儲(chǔ)系統(tǒng)、備份系統(tǒng)和容災(zāi)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建成一個(gè)一體化的數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，以提升災(zāi)難后的數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。這一系統(tǒng)主要針對以下三種情況：由人為原因、軟件故障和硬件故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)全部或部分丟失；因工作需要而對歷史數(shù)據(jù)的恢復(fù)；以及因?yàn)?zāi)難性事件（如火災(zāi)、地震、環(huán)境、電力等）引發(fā)的本地?cái)?shù)據(jù)損壞[5-6]。在建設(shè)這一系統(tǒng)時(shí)，我們的基本思路是：前兩種情況可通過本地備份進(jìn)行快速恢復(fù)，而最后一種情況則需要從異地遠(yuǎn)程容災(zāi)點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)。本地備份可分為近線容災(zāi)和同城容災(zāi)，本文將詳細(xì)介紹本地備份的相關(guān)內(nèi)容。

2.1 同構(gòu)存儲(chǔ)模式下的近線容災(zāi)建設(shè)

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，考慮兼容性問題，近線容災(zāi)存儲(chǔ)選擇與生產(chǎn)存儲(chǔ)同品牌的存儲(chǔ)。國產(chǎn)存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)面臨以下兩個(gè)問題：第一是國產(chǎn)存儲(chǔ)與之前的存儲(chǔ)相比數(shù)據(jù)服務(wù)和管理功能存在差異，文件系統(tǒng)和管理架構(gòu)也不同，需進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)管理模式設(shè)計(jì)；第二是備份策略沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒，需要測試不同類型的數(shù)據(jù)，并結(jié)合應(yīng)用需求和存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)來制定數(shù)據(jù)備份策略。

數(shù)據(jù)備份的難點(diǎn)主要在于數(shù)據(jù)庫的備份，為了保障科研生產(chǎn)的連續(xù)性，對數(shù)據(jù)庫熱備方式進(jìn)行了研究。GeoEast軟件的底層數(shù)據(jù)庫是PostgreSQL數(shù)據(jù)庫，PostgreSQL數(shù)據(jù)庫的熱備方式主要有以下幾種方式：1） pg_dump是PostgreSQL自帶的一個(gè)備份工具，可以用于備份整個(gè)數(shù)據(jù)庫或者某個(gè)特定的模式。并且可以創(chuàng)建SQL腳本文件，包含還原整個(gè)數(shù)據(jù)庫或者特定模式的命令，便于數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。2） pg_basebackup是PostgreSQL的另一種熱備工具，可以用來創(chuàng)建物理備份文件，在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行時(shí)，對數(shù)據(jù)文件和歸檔文件進(jìn)行備份，且備份文件可以直接存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備上。3） Barman是一個(gè)開源的PostgreSQL熱備份工具，支持全備份和增量備份，支持在遠(yuǎn)程服務(wù)器上執(zhí)行備份操作，支持跨版本還原數(shù)據(jù)。基于現(xiàn)有GeoEast軟件應(yīng)用情況以及需求，對pg_basebackup熱備方式進(jìn)行了研究，pg_basebackup通過流式備份對所有必要的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行備份，其采用 PostgreSQL 的 Write-Ahead Logging（WAL） 機(jī)制，保證了數(shù)據(jù)備份的一致性和可恢復(fù)性。

因此基于科研生產(chǎn)實(shí)際需求，研發(fā)基于國產(chǎn)存儲(chǔ)的地學(xué)軟件GeoEast數(shù)據(jù)庫熱備功能，編寫數(shù)據(jù)庫熱備腳本并定時(shí)執(zhí)行，如圖1所示，完成生產(chǎn)存儲(chǔ)至近線存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫自動(dòng)熱備。對于軟件和工區(qū)數(shù)據(jù)則利用同構(gòu)存儲(chǔ)間的遠(yuǎn)程復(fù)制功能進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，并定制策略定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行增量備份[7-9]，實(shí)現(xiàn)科研生產(chǎn)不間斷的數(shù)據(jù)應(yīng)用保護(hù)。

2.2 異構(gòu)存儲(chǔ)模式下的同城容災(zāi)建設(shè)

在實(shí)現(xiàn)近線容災(zāi)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)的安全性，開展同城容災(zāi)工作。考慮到高可用性和容錯(cuò)性，同城容災(zāi)存儲(chǔ)選擇與生產(chǎn)存儲(chǔ)不同品牌的存儲(chǔ)。異構(gòu)存儲(chǔ)間數(shù)據(jù)容災(zāi)可以通過多地點(diǎn)復(fù)制、云備份和恢復(fù)以及異構(gòu)存儲(chǔ)管理軟件等方式進(jìn)行。由于異構(gòu)存儲(chǔ)管理軟件能夠集中管理，提供統(tǒng)一的管理界面，可以管理不同廠商的存儲(chǔ)設(shè)備，易于對科研數(shù)據(jù)進(jìn)行備份、恢復(fù)和遷移等操作，提高了管理效率；異構(gòu)存儲(chǔ)管理軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)的兼容管理，支持多種數(shù)據(jù)協(xié)議，易于備份各種協(xié)議的科研數(shù)據(jù)；異構(gòu)存儲(chǔ)管理軟件有良好的可擴(kuò)展性和靈活性，可以隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展而擴(kuò)展數(shù)據(jù)備份的規(guī)模，支持各種類型的數(shù)據(jù)容災(zāi)需求。

英方軟件具備全量備份和增量備份功能，以滿足不同應(yīng)用需求；它能夠在不同平臺(tái)間進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)模式下的數(shù)據(jù)備份；同時(shí)支持自動(dòng)同步和手動(dòng)同步，應(yīng)用靈活；此外，它還具備日志分析功能，通過分析源數(shù)據(jù)庫的日志文件，能夠識(shí)別并解決同步過程中可能遇到的問題或錯(cuò)誤。因此，我們最終選擇英方軟件作為同城容災(zāi)數(shù)據(jù)備份軟件[10]。我們搭建了2臺(tái)虛擬機(jī)，分別作為英方軟件的管理節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)容災(zāi)節(jié)點(diǎn)，并針對GeoEast數(shù)據(jù)的特點(diǎn)制定了同步計(jì)劃。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行全備份和增量備份，并結(jié)合應(yīng)用動(dòng)態(tài)工作日限額傳輸流量，我們確保了日常生產(chǎn)應(yīng)用的正常運(yùn)行，并成功完成了GeoEast軟件數(shù)據(jù)的同城容災(zāi)工作。

2.3 數(shù)據(jù)備份策略

為保障數(shù)據(jù)備份的高可用性，結(jié)合存儲(chǔ)快照功能，制定數(shù)據(jù)備份策略，如表1所示，確保能夠恢復(fù)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以此應(yīng)對不同的業(yè)務(wù)需求。

2.4 數(shù)據(jù)恢復(fù)演練

定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)演練是數(shù)據(jù)容災(zāi)工作中至關(guān)重要的一環(huán)，其主要作用體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，它可以驗(yàn)證備份作業(yè)的正常運(yùn)行，確保備份數(shù)據(jù)的正確性和完整性，從而確保在需要恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)能夠順利進(jìn)行；其次，通過定期演練，可以提升數(shù)據(jù)管理人員在數(shù)據(jù)恢復(fù)方面的專業(yè)技能，確保在緊急情況下能夠迅速、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)恢復(fù)工作；最后，它還可以幫助我們發(fā)現(xiàn)并解決數(shù)據(jù)容災(zāi)過程中存在的問題和不足，從而進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)安全管理水平。通過定期的數(shù)據(jù)恢復(fù)演練，我們能夠檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可用性，提升數(shù)據(jù)安全水平，確保生產(chǎn)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，并在最大程度上減少因數(shù)據(jù)丟失等可能造成的損失。

2.5 軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)實(shí)際應(yīng)用

軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)為科研安全生產(chǎn)提供了有力保障，有科研人員在使用GeoSast工區(qū)時(shí)，不小心刪除了某層位數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)恢復(fù)，半個(gè)小時(shí)內(nèi)就完成了數(shù)據(jù)恢復(fù)，如圖2所示。

3 結(jié)束語

本文通過對國產(chǎn)地學(xué)軟件數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)進(jìn)行研究，取得了以下三點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新：

1） 創(chuàng)新研發(fā)基于國產(chǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫定時(shí)備份系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)地學(xué)軟件數(shù)據(jù)庫與工區(qū)數(shù)據(jù)近40TB數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)不間斷熱備功能。

2） 從零出發(fā)探索國產(chǎn)同構(gòu)、異構(gòu)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)容災(zāi)建設(shè)，完成科研數(shù)據(jù)的近線、同城、異地的三級(jí)容災(zāi)備份，滿足中海油集團(tuán)公司科研數(shù)據(jù)“六地兩中心”架構(gòu)要求。

3） 運(yùn)用連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)與數(shù)據(jù)副本管理技術(shù)，探索實(shí)現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的價(jià)值備份，在保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)可靠恢復(fù)的基礎(chǔ)上減少不必要的數(shù)據(jù)冗余。

研究院投資建設(shè)的國產(chǎn)化勘探開發(fā)數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，采用近線、同城和異地容災(zāi)三級(jí)備份，保障了勘探開發(fā)數(shù)據(jù)安全，若面臨突發(fā)事故導(dǎo)致生產(chǎn)存儲(chǔ)設(shè)備無法使用，能在一小時(shí)內(nèi)快速恢復(fù)科研生產(chǎn)。另外，基于國產(chǎn)存儲(chǔ)的國產(chǎn)地學(xué)軟件熱備份的功能實(shí)現(xiàn)為國產(chǎn)地學(xué)軟件的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為其他國產(chǎn)地學(xué)軟件轉(zhuǎn)型提供借鑒，提升了科研軟件國產(chǎn)化率。

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