基于私有云环境全栈数据保护的研究及实践

李广鹏 王柯

一、前言

随着云计算技术不断深入发展以及运营商落实IT转型规划的需求，某运营商从2015年开始逐步落实公司私有云建设、运营及运维工作，支撑全公司IT云资源需求。在私有云架构的运营和运维的探索中，除关注基础架构本身因素外，更多关注架构中最核心的资产，即数据。通过“私有云全局化多维度数据保护”、“云数据保护运维集中可视化”、“全生命周期云数据备份闭环管理”、“云数据备份与恢复能力服务化共享与开放”这几方面的创新，研究私有云环境下全栈数据保护的技术架构和其运营体系，具有重要的实际意义和应用价值。

二、研究背景

在私有云的运营和运维中数据保护一直是比较缺失的一环，体现的问题如下：

集中：业务数据集中化的运营方式，将各网元有价值数据进行全量归集，灾难性的故障将造成大批量、多维度的数据丢失，影响极大。

复杂：私有云设备数量多、数据流量大、部署分散、环境复杂。因此系统故障风险概率增大，运维人员利用原有手段很难系统的完成数据的备份与保护工作。

转变：私有云逐渐向合作、开放的运营模式转变，云数据作为商品与传统物品价值存在较大区别，数据一旦丢失将严重影响客户感知和企业形象。

服务：伴随私有云的发展，需要提供一体化的云数据保护运维管理解决方案，提供SaaS数据保护应用服务，为企业各部门解决数据保护运维管理中所面临的共性问题。

基于以上问题，本文探讨对私有云数据保护的具体解决方案。

三、研究内容及实践

（一）私有云环境下的数据保护和双中心数据保护

通过数据中心二层网络互联与应用负载切换、基于分布式与虚拟化的云数据同步、数据库日志复制同步保护、集中存储数据级容灾复制保护等技术，对私有云建立同城双活容灾中心，并依托统一的数据备份管理平台，建设完善的数据保护管理体系，实现私有云的关键数据持续性保护与业务连续性管理。

1、备份专网改造，提高备份速度

数据的备份传输主要为：LAN备份和LAN-Free备份两种传输方式。

（1）LAN-Free的数据传输方式：

优点：数据备份统一管理、备份速度快、网络传输压力小、磁带库资源共享；

缺点：设备费用投资过高，与业务存储共用主机的HBA卡端口，在备份过程中会影响存储读写速率。

（2）LAN的数据传输方式：

优点：是节省投资、磁带库共享、集中备份管理；

缺点：对业务网络传输压力大。

经过反复测试验证，在当前私有云万兆网络环境下，每个虚拟机的备份作业的速率可达到238MB/s，与LANFree的备份效率基本保持一致。对当前IP网络进行优化改造，为备份系统建立完全独立的备份网络，并与业务网络进行隔离，可以进一步提升备份速度。见图1。

2、合理设计IaaS和PaaS备份架构，提高备份效率

目前IaaS平台和PaaS平台均采用万兆网络进行互联，每套IaaS平台与PaaS平台都使用独立的万兆汇集交换机，为充分利用万兆网络的带宽优势，使用高速备份设备（备份一体机），并利旧传统的SAN网将对象存储，VTL，PTL设备挂接到高速设备后面，提供较大的备份数据存储空间。

3、双中心数据保护，提高安全指数

针对高可用的资源池部署双中心数据保护，通过二层网络将A数据中心虚拟机复制到B数据中心，当主中心发生故障后进行灾备切换，以保证核心系统的业务连续性。

（二）数据分层与数据生命周期管理，提高介质利用率

按照數据的使用频率以及各备份作业特点，将备份数据分为2层，即近线层和离线层。近线层（可参考最新的备份根据备份副本定义）将数据存放在一体化备份设备或者VTL设备上，注重高效备份快速恢复和数据使用；离线层将数据存放在对象存储，云存储或利旧的磁带库上，注重数据的长期保留。见图2。

针对分类数据的重要程度，将数据部署为：金牌、银牌、铜牌生命周期策略：

金牌生命周期策略：主要面向核心系统，数据备份至本地虚拟带库或者一体化备份设备上后，同时再复制两份数据，一份复制到本地的对象存储上保留6个月，一份复制到异地的物理带库永久保留。

银牌生命周期策略：主要面向重要系统，数据备份至本地虚拟带库或者一体化备份设备上后，同时复制到本地的对象存储上保留3个月。

铜牌生命周期策略：主要面向外围系统及测试系统，数据备份至本地虚拟带库或一体化设备上。

（三）自服务备份方式，提升运维效率

在大量的云平台应用数据需要备份时，如果使用传统的备份配置方式，逐条配置备份任务，势必增加备份管理人员的任务量，增加部门间的沟通复杂度，通过配置和开发云平台自服务备份产品，可以更好的实现备份运维目标。

（四） 统一备份监控平台，提高数据备份管理效率

对多个备份域统一纳管，并与综合网管系统进行对接，通过Snmp的trap信息，将备份失败作业发送到ITSM平台，对相关管理员进行短信及语音告警，实现对备份系统一体化监控及告警。

四、效果分析总结

在推广私有云建设大背景下，通过以上几方面的优化，探索新的数据保护潜在价值。

（一）私有云全局化多维度数据保护

突破传统手段：使用适配x86服务器大集群大数据量的技术特点，采用创新的技术架构对其进行数据保护，而不是用传统备份架构应对新的云化架构；

数据去重：对于IaaS平台所承载的虚拟机，可以通过数据去重，提高资源利用率，节省投资；

资源池双中心数据保护：云化环境中，利用虚拟化技术以及存储底层复制功能，实现资源池双中心数据保护，保证业务的连续性。

（二） 数据分层与全生命周期云数据备份闭环管理

根据指定的策略将备份数据分层，并基于关键条件自动地将数据从一个层移动到另一个层。作为一项规则，较新的数据和那些很可能被更加频繁访问的数据，应该存储在更快的，并且更昂贵的存储媒介上，而那些不是很重要的数据则存储在比较便宜的，稍微慢些的媒介上。

（三）云数据保护运维集中可视化

备份域的集中运维管理，通过提供数据保护环境的可见性来为组织提供帮助，通过生成全面的报告来跟踪备份操作的有效性，使私有云备份运维支撑更臻完善：

（四）云数据备份与恢复能力服务化共享与开放

充分结合传统架构与云计算数据保护功能体系，建立全局化的IT资源数据保护解决方案，为企业内部提供一站式综合数据保护服务。

私有云环境下，IT架构不再是由几十台小机和集中存储组成，而是动辄就到了上千甚至上万台虚拟机的规模。考虑今后容器技术，大数据技术的普遍推广落地，这个规模的增长将是发散性的。唯有将数据备份和保护平台，纳入到云平台的体系中去，将备份工作变成自动化、用户自助可调度的服务模块，才能在前端应用架构发散增长的趋势下，实现后端数据保护架构的收敛。

作者单位：中国联通北京分公司