容灾备份技术文献综述.docx

1、容灾备份技术文献综述2012级硕士研究生文献阅读综述综述题目学科门类学科专业导师研究生二一三年十一月目 录1。拟选择论文研究范围及题目 11。1研究范围 11。2题目 12。阅读中外文献资料情况 13。中外研究现状概括归纳 13。1无线Mesh网络的基本原理 13。1。1无线Mesh网络的体系结构 23。1。2无线Mesh网络的优缺点 43。1。3无线Mesh网络的关键技术 53。1。4无线Mesh网络的研究现状 73。2无线Mesh网络资源优化技术 83。2。1跨层优化策略 83。2。2基于多接口多信道的MAC层资源优化技术 103。2。3基于OFDMA的PHY层资源优化技术 164。中外研

2、究现状比较批判 195。对论文研究工作的启示 216。主要参考文献 211。拟选择论文研究范围及题目1。1研究范围 容灾备份技术基本策略和原理； 应急容灾备份服务的关键技术； 选取合适的仿真平台，进行容灾备份服务仿真。1。2题目容灾备份系统的研究与实现2。阅读中外文献资料情况根据课题研究工作的需要，通过对关键词容灾备份，数据复制，数据备份，灾难检测，系统恢复等的检索，收集并阅读了大量的相关文献资料。经过学习和归纳，按内容可以分为如下两类：1、容灾备份基本原理和策略的相关文献；2、容灾备份关键技术的相关资料。3。中外研究现状概括归纳3。1容灾备份提出背景21世纪我们进入到迅速发展的信息时代，随着

3、办公自动化的普及，计算机技术的发展已经融入到我们生活的方方面面，网络也在各行各业中得到了普遍的应用。因此存储于计算机和网络之中的各种重要信息显得越来越重要，这些信息直接关系到业务的连续性。然而灾难的发生、人为操作的失误、网络故障、流程中断、短时间的系统停机，都可能丢失信息、影响业务的连续性，从而造成巨大的损失。 根据互联网数据中心统计数字表明，美国在1990-2000年这十年中，发生重大灾难的公司有55%立即倒闭，而剩下的45%中有29%在之后的两年内因为数据的损失，无法正常开展业务相继倒闭，生存下来的只有16%的公司。众所周知的2001年的“91l”恐怖分子恶性袭击事件，迫使世贸中心原有的2

4、50家企业中的200家企业由于重要信息系统的严重破坏，关键数据的彻底丢失而倒闭。2008年中国南方特大雪灾，5月汶川地震，20lO年云南“慢性旱灾”等自然灾害，导致电力中断，生产停顿、对诸如金融、化工、造纸等连续生产行业带来巨大损失。为了能够在战争、地震、停电、网络攻击等灾难发生后，保证数据的不丢失，系统尽快恢复运行，迫切需要容灾备份技术加强对系统数据和应用的保护，做到“有备无患”。【Intrannet网络信息系统容灾备份的研究与实现】3。2容灾备份的概念与系统结构容灾备份是指利用技术、管理手段以及相关资源确保既定的关键数据、关键数据处理系统和关键业务在灾难发生后可以迅速恢复的过程。实施容灾备

5、份的目标就是一旦灾难发生，容灾备份中心能在确定的时间内接替生产中心的运营，恢复既定范围内的业务运作，保障业务连续，将损失降到最低。容灾备份是针对灾难可能带来的损害，预防灾难发生和控制灾难带来的损害而做的备份工作。容灾系统的主要作用就是保证数据的完整性和业务的连续性，数据完整性是业务连续性的基础。一个完整的容灾系统如图1，应该有本地生产系统、本地备用生产系统、生产数据中心、本地备份数据中心、异地应用系统、异地数据中心六部分组成，本地生产系统、本地备用生产系统和生产数据中心组成了高可用系统。使用本地高可靠系统和本地数据中心可建立本地容灾中心，能够容忍硬件毁坏等灾难造成的单点失效，而对于火灾、大楼倒

6、塌等大规模灾难却无能为力。使用本地高可用系统、本地备用数据中心和异地数据中心可以建立异地数据容灾系统。使用本地高可靠系统、本地备用数据中心、异地应用系统和异地数据中心可以建立异地应用容灾系统，而根据异地备用中心与本地系统距离的远近，系统所能容忍的灾难也不相同，如果异地备用中心与本地系统在100公里之内，可以容忍火灾、停电、建筑物倒塌到达等灾难；如果达到了几百公里，可以容忍地震、水灾等大规模、大范围的灾难。【容灾的理论分析与关键技术的研究】 图1异地容灾系统3。3容灾备份的等级和指标 在我国，国家有关部门对灾难备份和恢复工作高度重视，根据国信办下发的信息系统灾难恢复规范)，我国将灾难恢复等级划分

7、为六级现在对于容灾的等级划分，有多种方法，如国际标准回忆SHARE 78颁布的容灾等级和我国国信办下发的信息系统灾难恢复规范相关规定。在这里我们采用普遍通用的方法，根据对灾难的容忍能力、系统恢复所用的时间以及数据丢失的程度，将容灾划分为以下七个等级。 第1级，本地数据容灾：这一级别的容灾，实际上只有很低的灾难恢复能力，只能应付CPU以及磁盘损坏等硬件方面的系统灾难，并且在这类灾难发生后，也无法保证业务的连续性，需要较长的恢复时间。第2级，本地应用容灾：这一级别的容灾，只能够保证CPU以及磁盘损坏等硬件方面系统灾难，但系统能够迅速切换，基本可以保持业务的连续性。第3级，异地数据冷备份：在本地将关

8、键数据备份，然后送到异地保存。灾难发生后，按预定数据恢复程序恢复系统和数据。这种方案成本低、易于配置。但当数据量增大时，存在存储介质难管理的问题，并且当灾难发生时存在大量数据难以及时恢复的问题。并且出现灾难时，损失的数据量也较大。 第4级，异地异步数据容灾：在异地建立一个数据备份站点，通过网络进行数据备份。也就是通过网络以同步或异步方式，把主站点的数据复制到备份站点，备份站点只备份数据，不承担业务。当出现灾难时，可以利用备份站点的数据进行恢复。在对灾难的容忍程度上，它与第5级是相同的。但是，它采用了通过网络进行数据复制的方式，因此两个站点的数据同步程度要比等级3高，因此只会丢失极少量数据。第5

9、级，异地同步数据容灾：在异地建立一个数据备份站点，通过网络进行数据备份。也就是通过网络以同步方式，把主站点的数据复制到备份站点，备份站点只备份数据，不承担业务。当出现灾难时，数据丢失量比等4级要小，基本上可以做到零数据丢失，但是仍然存在着系统恢复速度较慢的缺点，可能造成系统服务的长时间停止。它与等4级存在一个共同的问题，就是没有备用应用系统，因此恢复速度较慢，无法保证业务的连续性。第6级，异地异步应用容灾：在异地建立一个与生产系统完全相同的备用系统。它们之间采用异步的方式进行数据同步。当生产中心发生灾难时，备用系统接替其工作任务。这种级别的容灾，一方面能够保证数据的极少量丢失，并且可以进行及时

10、的切换，从而保证业务的连续性。现在一般采用广域高可靠集群的方式来实现。第7级，异地同步应用容灾：在异地建立一个与生产系统完全相同的备用系统。它们之间采用同步的方式进行数据复制。当生产中心发生灾难时，备用系统接替其工作任务。这种级别的容灾，在发生灾难时，基本上可以做到数据的零丢失。 既然有了容灾等级，那么在设计灾备中心时，容灾要达到什么样的目标与层次，就需要用某些定量的指标来衡量。目前通用的指标以数据丢失量和数据恢复时间作为标准进行评价的，所公认的评价标准是RTO和RPO。【谢长生，韩德志，李怀阳等$容灾备份的等级和技术。C0$中国计算机应用2003（5）】 RPO（Recovery Point

11、 Objective）：即数据恢复点目标，主要指的是业务系统所能容忍的数据丢失量。RTO（Recovery Time Objective）：即恢复时间目标，主要指的是所能容忍的业务停止服务的最长时间，也就是从灾难发生到业务系统恢复服务功能所需要的最短时间周期。RPO针对的是数据丢失，而RTO针对的是服务丢失，二者没有必然的关联性。和RTO和RPO的确定必须在进行风险分析和业务影响分析后根据不同的业务需求确定。对于不同企业的同一种业务，RTO和RPO的需求也会有所不同。3。4容灾备份的关键技术对于容灾系统来说，所包含的关键技术有数据存储管理、数据复制、灾难检测、系统迁移和系统恢复五个方面。3。4

12、。1数据存储管理数据存储与管理，是指对于计算机系统数据存储相关的一系列操作（如备份，归档，恢复，近线等）进行的统一管理，是计算机系统管理的一个重要组成部分，也是建立一个容在系统的重要组成部分。 数据备份，是指为防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失，而将全系统或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它的存储介质的过程，数据备份是容灾的基石。数据备份又分为在线备份和离线备份。在线备份就是对正在运行的数据库或应用进行备份，通常对打开的数据库和应用是禁止备份的，因此要求数据存储管理软件能够对在线的数据库和应用进行备份。离线备份是指在数据库Shutdown或应用关闭后对其数据进行备份，离线备份

13、通常只采用全备份。随着数据量的增大，需要大容量本地一级硬盘，但是其中的很多数据访问率很低，针对这种情况，现在出现了层次化的存储方案，其思想就是使用计算机硬盘-光盘库-磁带库构成三级模式，第一个存储级别访问速度快，容量相对较小，单位容量成本高，每向下一个级别速度减慢，容量增大，单位容量成本降低。这样当上一级媒体的数据量达到规定的上限，便将访问率很低的数据迁移到光盘库中，而当上一级媒体的数据量降低到下限时，便将下一级媒体的数据迁移回来，这种层次化的存储技术增加了存储的灵活性，又降低了存储代价，通过层次化存储管理软件可以实现迁移的自动化，但是这种方案也存在一定的缺陷，如对数据库的迁移和因策略制定不完

14、善造成的抖动（数据频繁迁移）问题。数据备份是数据存储管理中的一个重要部分。数据备份的评价标准包括备份速度、恢复速度以及数据恢复点。提高数据备份管理的透明性和自动化，管理好各种存储设备，也是需要解决的一个重要问题。IBM的瞬间数据复制（Flash copy）【】技术极大地提高了数据备份的速度。另外随着网络技术的不断发展，网络带宽的不断提高，出现了通过Internet进行远程备份的技术【】，并提供压缩和加密的功能，以保证传输的可靠性和及时性，这是建立大规模的数据灾难备份中心的基础，也是以后的研究点。为了提高备份的效率，出现了很多新的备份技术，在很大程度上提高了备份速度，现在的备份技术主要有以下几种

15、：（1）推技术【】：推技术是一种代理程序，它安装在需要备份的客户机上，按照备份服务器的要求，代理程序产生需要备份文件的列表，将这些文件进行打包压缩，送到备份服务器上。它代理了一部分备份服务器的工作，提高了网络备份的效率。（2）RAIT（Reddundant Array of Inexpensive Tape）【】：将多个相同的磁带驱动器做成一个阵列，既可以提高备份性能，又可以提高磁带的容错性。（3）并行流技术【】：并行流技术指在同一个备份服务器上连接了多个备份设备，同时也提交多个备份任务，它们分别针对不同的磁带设备。这样可以达到并行操作。但它不像RAIT技术那样具备容错的功能。（4）DAS即直

16、接连接存储（Direct Attachment Storage，DAS）【】：DAS数据存储设备直接挂接在各种服务器或客户端扩展接口下，服务器通过I/O通道服务来直接访问DAS中的数据。DAS本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统，而应用服务器本身的操作系统与第三方应用软件挂接，使得DAS设备的价格相对比较便宜。（5）SAN即存储局域网（Storage Area Network，SAN）【】：SAN是独立于服务器网络系统之外几乎拥有无限存储的高速存储网络，它以光纤通道作为传输媒体，以光纤通道和SCSI的应用协议作为存储访问协议，将存储子系统网络化。光纤通道技术具有带宽高、误码率低和距离长等特

17、点，特别适合于海量数据传输领域，所以被应用于主机和存储器间的连接通道和组网技术中。基于SAN的备份解决方案既包括了集中式备份解决方案的所有管理上的优点，又涵盖了分布式（直连式）备份方案所独具的高速数据传输率的特点。（6）NAS既网络挂接存储（Network Attachment Storage，NAS）【】：这种技术可以满足无专用直接连接存储设备的主机存储需要。由于NAS具有协议公开、操作简单和适应范围广的特点，特别是在以文件处理为基础的多用户网络计算环境中，NAS更以其良好的扩展能力成为重要的存储手段。（7）远程镜像技术SRDF【】：这种技术克服了传统镜像和备份技术在时空方面的局限性，能够保

18、障关键业务在大规模灾害或危机发生时仍然能够持续不断地稳定运行。远程数据镜像技术SRDF，实现了数据在不同环境间的实时有效复制，无论这些环境间相距几米、几公里，还是横亘大陆。3。4。2数据复制容灾系统的核心技术是数据复制【】。数据复制，顾名思义就是将一个地点的数据拷贝到另外一个不同的物理点上的过程。数据复制一般分为同步数据复制和异步数据复制。同步数据复制就是通过将本地生产数据以完全同步的方式复制到异地，每一本地I/O交易均需等待远程复制的完成方予以释放。这种复制方式基本可以做到零数据丢失。异步数据复制指将本地生产数据以后台同步的方式复制到异地，每一本地IO均正常释放，无需等待远程复制的完成。这种

19、复制方式，在灾难发生时，会有少量数据丢失，这与网络带宽、网络延迟、I/O吞吐量相关。实现数据的异地复制，有软件方式和硬件方式两种途径。软件方式，是通过主机端软件来实现。即在主系统和容灾系统的主机上，安装专用的数据复制软件。这种方式的特点是与硬件无关，而且成本较低。但是由于效率较低和可管理性也较差。硬件方式的数据复制，就是数据直接在存储设备之间传输，并不依赖主机的管理。这种方式要求在主系统和容灾系统配置上支持这种功能的专用存储设备，所以成本较高。无论同步复制还是异步复制都要保证数据的完整性和一致性，特别是对于异步复制模式，必须保证复制的先后顺序，才能保证数据的完整性，而使用Timestamp技术

20、【】能有效地保证数据的一致性。对于磁盘级别的复制，使用Timestamp技术可以有效地提高复制的速度。为了实现对海量数据的实时远程复制，通过多线程的方式，在保证数据完整性的同时，可以大大缩短海量数据的同步时间。对于数据库级的复制和业务级复制的研究较多，相关的算法也较多，常见的复制算法包括主动复制（Active replication）【】、被动复制（Passice replication）【】以及在此基础上的半主动复制（Semi-active replication）【】和半被动复制（Semi-passive replication)【】，这些算法在高可靠性集群、分布式系统容错中应用很广泛。主

21、动复制（Active replication）的优点就是简单，能做到失效透明，缺点就是只能解决确定性错误，如果是非确定性错误就无能为力，因为灾难都是fail-stop错误，因此可以使用主动复制算法来实现数据复制，但是必须保证各业务中心服务进程状态的一致。被动复制（Passive replication）也可以看作是主从复制，该算法的缺点就是主中心成为潜在的性能瓶颈，并且主中心如果崩溃，需要系统进行重构，重新选出新的主中心，但是这个算法的一个主要优点就是可扩展性好，避免了更新冲突。3。4。3灾难检测根据对灾难的理解，可以看出，只要灾难发生，系统便崩溃，无法提供服务，这也可以看作是fail-sto

22、p错误。对于火灾、地震等大规模灾难，当然可以依靠人为预测，但是对于停电、硬件毁坏等很难觉察到的灾难就不能仅仅依靠人去发现。现在对灾难的发现方法一般是通过心跳技术【】和检查点技术【】，这种技术在高可靠性集群中应用很广泛。对于异地容灾，备份生产中心和主生产中心可能相隔千里，这时候因为网络延迟较大或者其他原因，可能会影响心跳检测的效果，因此如何对现有的检测技术进行改进，以适应广域网的要求，将是实现高效的远程容灾系统的基础。心跳技术又称为拉技术，就是每隔一段时间都要向外广播自身的状态（通常为“存活”状态），在进行心跳检测时，心跳检测的时间和时间间隔是关键问题，如果心跳检测的太频繁，将会影响系统的正常运

23、行，占用系统资源；如果间隔时间太长，则检测就比较迟钝，影响检测的及时性。检查点技术又称为主动检测，就是每隔一段时间周期，就会对被检测对象进行一次检测，如果在给定的时间内，被检测对象没有相应，则认为检测对象失效。与心跳技术相同，检测点技术也受到检测周期的影响，如果检测周期太短，虽然能够及时发现故障，但是给系统造成很大的开销；如果检测周期太长，则无法及时的发现故障。为了能够实现异地容灾系统，就必须建立广域网上的分布式可靠性系统，这就需要有高效的故障检测系统，能够及时地发现故障，及时切换。而对于广域网来说属于异步的系统，没有同步的时钟，没有可靠的传输通道，如何在异步的分布式模型实现可靠高效的故障检测

24、将是建立异地容灾系统的基础。3。4。4系统迁移在发生灾难时，为了能够保证业务的连续性，必须实现能够实现系统透明的迁移，也就是能够利用备用系统透明的代替生产系统。对于实时性要求不高的容灾系统，通过DNS或者IP地址的改变来实现系统迁移便可以了，但是对于可靠性、实时性要求较高的系统，就需要使用进程迁移算法【】，进程迁移算法的好坏对于系统迁移的速度有很大影响，现在该算法在分布式系统和集群中得到了广泛的运用，并发挥着重大作用，也有很多研究对该算法的性能进行了改进。进程迁移算法在目前主要有贪婪拷贝算法、惰性拷贝算法和预拷贝算法。贪婪拷贝算法简单、易于实现，但是延时较长，并且冗余数据的造成较大的网络延迟；

25、惰性拷贝的延迟小，网络负担小，但是对原主机具有生于依赖性，可靠性差；预拷贝算法将信息分两次拷贝，使得传输时间反而增长。现在的进程迁移算法都是应用于本地集群的，如何在远距离容灾系统中实现高效的进程迁移，就必须对进程迁移算法进行改进，使它能够适应广域网复杂的环境。3。5容灾备份技术研究现状虽然，容灾的概念提出来不长时间，但是实际上很多容错、高可靠性研究领域的很多东西都属于容灾的范畴，例如：高可靠集群、分布式系统中关于容忍单点时效方面的研究都应该属于容灾的范畴。因此，容灾方面的研究很早就在进行，并且国内外的研究机构和商业公司也在该方面取得了很多研究成果，很多都已经进入广泛的应用阶段。Hp开发了Ope

26、nVMS高可用集群系统，可以提供高可用的、可扩展的、灵活的计算环境，可以支持98个节点，覆盖范围可以达到500公里，能够提供不间断的服务，可以容忍火灾、地震等灾难。在一些应用软件的支持下，可以为金融、健康、制造业、政府以及通信提供一个灵活的容灾系统，保证提供不间断的服务。VERITAS提供了Volume Replicator可以将数据以异步或者同步的方式复制到远程系统，通过IP网络进行传输，不需要复杂的硬件和构造专用传输线路，复制过程基于主机，使用Flashsnap技术检查远程数据，与距离无关，独立于磁盘阵列，与VCS/GCM集成，构成完整的灾难恢复解决方案，即应用系统灾难恢复。IBM给出了基

27、于ESS企业存储服务器的PPRC（Peer to Peer Copy）复制技术的数据容灾方案，以及基于IBM RS/6000服务器的HAGEO(High Availability Geographic Cluster)异地群集技术的应用级容灾方案。PPRC具有以存储为基础的、实时的、同步的、与应用无关的数据远程镜像功能。PPRC现较为简单，是无数据丢失且具有完全恢复功能的灾难恢复解决方案。PPRC基于IBM ESS企业存储服务器，通过ESCON通道，以逻辑卷为基本单位，将本地ESS上的数据同步镜像到远端ESS上。为了保证数据的时时性、完整性和系统性能之间的平衡，PPRC提供了多种工作方式，其中

28、包括同步PPRC和异步PPRC。HAGEO灾方案的基本设想是：生产环境有两台RS/6000服务器，组成一个本地的双机热备环境。当本地的一台服务器发生故障时，应用会自动切换到本地另外一台服务器上。在备份地点，有一台RS/6000服务器作为备份服务器。当生产环境中的两台服务器都不能工作时，备份地点的服务器自动启动应用，恢复正常的生产环境。而在国内，北京智网科技研发的业务应急系统【】是业务连续性保护产品，突破了传统数据保护仅仅对文件及数据库的保护，通过对操作系统、应用软件、数据库、数据文件进行复制，实现了对系统的全方位的保护，使得信息系统能够在遭到破坏时，利用其“多版本回滚”技术，使系统迅速恢复到故

29、障前的正常运行状态。北京装甲兵工程学院、上海欣方智能网有限公司以及北京邮电大学计算机学院合作完成了基于主从异步复制技术的容灾系统【】，该系统采用严格的主从异步复制技术和多线程技术，系统不仅满足容灾系统设计准则，而且与Oracle以及Informix等数据库提供商提供的数据复制技术相比，该系统能通过数据库底层函数层可以屏蔽不同数据库产品或版本之间的差异，从而实现不同数据库产品和版本之间的数据复制，适用于使用多种数据库产品或版本的系统，如智能网系统。浪潮软件公司实现了基于海量实时数据库的HLR容灾系统【】，该系统的数据复制是在数据库层次实现的，通过将生产中心数据库中的每一个更新操作（Insert、

30、Update、Delete）及事务信息异步的传送到备份中心的数据库而实现了数据容灾，在该系统中因为采用了异步方式，网络带宽不会影响主数据的性能，当HLR在处理峰值时，可能不能实时传输数据，但会在稍后的时间内，主备数据库达到一致。4.中外研究现状比较批判目前，在对容灾备份技术应用的研究上，国外已经取得了一系列的理论和工程成果，并在军事和民用的很多领域得到了应用。由于我国起步较晚，在跟踪国外研究的基础上才逐渐有了自己的成果，但仍落后于国外。现有的研究成果基础上推出的容灾系统存在许多不足，主要问题包括: 1、成本过高。目前国际流行的容灾系统，如EMC2、HP、SUN等公司所推的系统，多是面向大型用户

31、的软硬件相结合的一整套解决方案，投资巨大。例如基于磁盘阵列远程复制的容灾系统需要购买高端磁盘阵列和建立专门的FC网络。同时现有容灾所构建的平台如HP-UX、Solaris要求较高，费用较大，包括购买主机、操作系统和卷管理等多种费用。 2、通用性差。目前不同磁盘阵列厂商生产的产品互不兼容，基于磁盘阵列的远程复制一般只能在同一厂商的产品之间进行，扩展性很差。同时，基于文件系统或者应用程序的远程复制软件只能复制特定文件系统的文件或特定应用系统的数据，不能对任意组织格式的数据进行复制，如果用户有多种数据需要备份，则需要购买多个复制系统。 （3)灵活性差。现有平台的容灾系统不支持跨卷的复制卷组为单位备份

32、。由于许多已经在运行的大型应用程序可能使用多个卷组的多个不同的卷，为了进行远程备份不得不停止应用程序并重新配置，对用户造成限制。 （4)性能较低。由于目前的容灾系统一般不是采用块设备操作，I/O操作的效率较低，因此对应用程序的性能影响较大。5。对论文研究工作的启示1、容灾备份技术的作用是使整个系统具有高可用性、高性能、高可靠性和高扩展能力，无论是对民用和军事应用都具有重要意义。2、在战场环境下，通信设备和信息处理系统分布情况复杂多变，这与传统民用的生产系统不同，要求所有节点都具有一定的移动性。这种战事强动态性【军事信息系统容灾备份策略仿真研究】对容灾备份策略提出了更高的要求。3、民用领域的容灾备份主要是针对自然灾害，故“11”模式的单点远程备份基本能满足民用信息系统的容灾需要，而在信息战争中，多个数据备份中心同时被摧毁的概率较大，故应使用“MN”多点远程备份策略以提升整体抗毁性。在研究中，针对这种“多点易损性”容灾策略的研究，需要进一步查阅相关资料，掌握研究动态，借鉴国外