华北电力大学数据备份系统的规划与部署

张晓华　张至柔　吴　娟　罗　浩

摘 要：本文介绍华北电力大学网络与信息中心规划、建设数据备份与恢复系统的工作思路，以及数据备份与恢复系统的架构、软硬件要求、备份方案与策略的制定等重要内容，并对该系统进行测试。

关键词：数据备份与恢复系统 虚拟磁带库

中图分类号：TP309.3 文献标识码：B 文章编号：1673-8454（2009）03-0047-02

一、前言

华北电力大学是教育部直属的国家“211工程”重点建设高校，为配合学校教学与管理工作，网络与信息中心自成立以来一直紧随IT信息化潮流，逐步形成了网络运行管理、网络信息管理、现代教育、计算机教学实践基地等几大服务平台，在建设这些服务平台的过程中，逐步形成了我校的数据中心。数据中心中主要由Web应用服务器群、数据库服务器群系统、专用服务器群、网络存储系统等几大系统组成，为学校信息化建设与管理提供相应的支撑平台和技术保障。

随着应用系统使用时间的增加，所产生的数据也在逐步递增，学校对数据生命周期管理给予了极高重视，数据备份与恢复系统的规划、建设被提到了议事日程中，建设该系统的目的是为了能够实现数据（包括公共数据和个人数据两部分）的及时备份与安全恢复，最终使得我校的数据能够实现“从安全中来，到安全中去”，以规避因各种原因带来的数据安全风险。

二、数据备份系统的需求

根据我校网络与信息中心当前数据量，以及未来一段时间内数据增长特点，并经过对市场上各种数据备份与恢复系统功能、性能的调研，参考其他高校数据备份系统的应用情况，我校确定了数据备份与恢复系统需求。

1.功能需求

（１）支持业务系统网络备份、存储专用网络（SAN）备份架构，灵活的架构可根据情况变化方便地进行调整，增强适应性；（２）对常用数据库和文件系统支持断点续备功能，确保备份的成功率和性能；[1] （３）支持介质复制的断点续传，保证未来容灾系统构建时从“生产中心”往“灾备中心”复制数据时可以断点续传；（４）提供备份介质和路径的冗余配置，防止介质失效造成的备份数据丢失；（５）提供完善的索引保存恢复机制，保证不会由于元数据故障，造成备份数据失效；（６）提供完善的自动报警机制，方便用户勘查错误；（７）备份系统应该能够支持目前所有的主流应用，包括Oracle、SQL、MySQL等；（８）能支持目前主流的存储和备份设备，以及相应的硬件功能；（９）能够提供多种备份方式，包括ImageBackup，LanFree Backup，ServerFree Backup等。

2.性能需求

（１）能快速检索备份数据和内容，更快地实施备份和恢复；（２）支持小颗粒度的恢复，提高数据恢复效率；（３）能够跨越不同的备份介质，在充分利用现有的设备资源的情况下，尽可能降低物理设备成本；（４）实现整个系统统一的信息生命周期管理，共享硬件、存储资源和策略，降低总成本；（５）无缝、统一的授权模式，从中小型业务到大型业务应用都能采用一个产品，降低隐含的授权费用，节约未来的投资成本。

3.其他需求

另外，为了方便管理，简化操作，减少维护人员的工作量，还有以下需求：

（１）直观有效的ＧＵＩ管理界面，尽可能选择中文管理界面，降低维护成本；（２）提供完善简单的策略管理，方便用户制定计划；（３）能够提供丰富的报表，监控和分析备份系统和相关的存储资源；（４）支持远程维护和管理；（５）提供完善的用户管理机制，确保用户不会得到非经授权的数据；（６）采用统一的界面，实现对整个备份和存储系统的管理；（７）简单的数据库备份和恢复管理功能。

三、数据备份与恢复系统架构的分析与设计

传统的物理磁带库在设备、磁带的可靠性上不像厂商宣传的那么高，在读写速度、磁带加载时间等方面不能满足备份数据量越来越大、备份速度越来越快的需求，而且在可扩展性、性价比方面也有不如人意的地方。

利用磁盘代替磁带库作为备份设备的解决方案，具有一些优势，例如，不再受到磁带库设备和介质可靠性方面的困扰；规避了磁带加载或卸载对性能的影响，其持续读写性能也可以达到或超过中型磁带库；明显提高了设备的空间利用率；投资比较低，用户只需要购买一台存储阵列即可。但这种简单的备份方式，数据安全性不能保证，以文件为单位存储的数据容易因病毒感染、人员误操作、黑客攻击等被破坏，而且磁盘碎片、文件系统读写瓶颈、磁盘空间管理等许多方面也不能满足用户需求。

新出现的虚拟磁带库技术，可以弥补上述两个方案的不足。虚拟磁带库是通过存储虚拟化技术将现有磁盘存储系统虚拟成传统的磁带库系统（包括磁带库机械臂、磁带驱动器），为数据备份系统提供高可靠、高性能、低成本的解决方案。将磁盘作为备份介质是传统备份系统的一次革新，解决了传统备份系统的备份速度、机械故障、共享、维护等无法满足应用需求的问题。虚拟磁带库对于操作系统、备份软件来说，就像真实的、自动化的传统物理磁带库设备一样，差别仅是数据存储在磁盘上，使用物理磁盘来加速数据备份并避免传统备份介质的缺点。在备份服务器中我们看到的是机械手臂、磁带驱动器，而不是大物理硬盘。与传统的物理磁带库一样，虚拟磁带库对于备份服务器的操作系统以及其上的应用程序是不透明的，这大大增加了备份数据的安全性。[2]

学校目前需要备份22台服务器、38个客户端，如果采用传统的LAN备份方式，所有的数据都将通过业务系统网络传输到连接备份设备的备份服务器或介质管理服务器。在这种情况下，对整个系统的备份窗口要求就比较大。根据中心目前的运营时间表，每天凌晨2：00~6：00网络基本空闲，可以作为专门的备份窗口。但是如果采用LAN备份方式，33个客户端的全备份和增量备份虽然可以备份完毕，但是备份策略很难制定。在备份磁带库单驱动器情况下，如果每个客户端设定10分钟的备份间隔，那么33个客户端全部备份完毕需要5.5个小时，超出目前的备份窗口，若以后服务器或应用进行扩展，则策略更不便于添加。

解决这种情况的一个办法是可以采用增加驱动器的方式，但是增加驱动器会增加备份软件License的数量，从而增加成本。另一个方法是共享驱动器，即LAN-Free备份方式。如果采用传统LAN-Free的方式，可以将数据从服务器直接备份进入磁带库，从很大程度上提高备份效率，解决备份窗口的问题。但是需要建立在光纤SAN网络的基础之上，不仅需要配置光纤接口的备份设备，而且需要购买光纤交换机，在需要实现LAN-Free备份服务器上配置光纤卡，投资会比较高。

综合以上的调研与分析，备份系统需要一种高效、廉价、易于扩展和管理的备份方案。结合存储领域备份设备以及备份软件的应用特点，我们制定了LAN与LAN-Free备份的架构。可以让数据量较大的几台服务器中的数据不经过业务系统的网络，直接备份到备份设备；其他数据量比较小的服务器仍然采用LAN备份的方式，在满足备份需求的基础上又可以充分节省投资。我校数据备份与恢复系统逻辑结构，如图1所示。

四、数据备份与恢复系统的使用情况

经过近一年不间断运行，网络与信息中心数据备份与恢复系统根据设定的策略在限定的时间内一丝不苟地完成了既定的备份工作，每个备份作业所需的备份资源以及网络带宽都得到了合理的分配管理，这些都归结于系统调研规划时的架构设计，事实证明我们的选择是正确的。在复杂的网络、服务器与应用环境中灵活地选择备份系统的架构是备份系统成功构建的一个重要前提。目前绝大多数服务器都配置有两个以太网网卡，我们充分利用了剩余的一个网卡作为备份通讯接口，在保护投资的同时也降低了校园网络的压力。

为了验证已建设的数据备份系统性能，我们在实际的数据备份过程中进行了测试，获得如下结果：虚拟磁带库平均磁带访问时间为1s（实际结果低于此数值，无法实际测量）；虚拟磁带驱动器平均磁带加载时间为1s（实际结果低于此数值，无法实际测量）；虚拟磁带库交换磁带时间为1s（实际结果低于此数值，无法实际测量）；LAN-Free备份方式的平均备份速度为100MB/s；LAN备份方式的平均备份速度为35MB/s。

五、结束语

信息化建设不是一朝一夕就能够完成，在这个技术发展迅猛的年代，能够建设一套和谐适用又具有前瞻性的数据备份与恢复系统需要集合多方的力量与智慧。相信在国家各相关部委的大力支持和帮助下，在各级教育行政部门的支持和大力协助下，每一所高校都会建立一套高效可靠的数据安全平台。

参考文献：

[1]李毅明,侯开虎,余开朝.浅谈企业信息系统的数据备份和恢复[J].中国管理信息化,2008(8).

[2]张磊.虚拟磁带库在灾备系统中的应用研究[J].小型微型计算机系统,2007(6).