昆明理工大学 存储技术基础 数据保护与备份技术.docx
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昆明理工大学存储技术基础数据保护与备份技术
《存储技术基础》课程论文
题目：
论数据保护与备份技术
学院：
信息工程与自动化学院
专业：
计算机科学与技术
班级：
2012级2班
姓名：
邹华宇
学号：
201210405204
任课教师：
范洪博
日期：
2015年1月4日
论数据保护与备份技术
摘要
网络存储，是近二十年来的新兴行业。
从纸带到硬盘再到大型磁盘阵列，存储系统经历了从简单到复杂，从单块硬盘到存储区域。
网络存储行业目前已经是一个步入正轨的IT行业了。
《大话存储》阐述了整个网络存储系统，从硬盘到应用程序，这条路径上的每个节点，作者都进行了阐述。
书中内容全面，涉及：
计算机IO基本概念，硬盘物理结构、盘片数据结构和工作原理，七种常见RAID原理详析以及性能细节对比，虚拟磁盘、卷和文件系统原理，磁盘阵列系统，OSI模型，FC协议，众多磁盘阵列架构，SAN和NAS系统，TCP和以太网以及IPSAN，协议融合理论，存储虚拟化，存储及服务器群集，数据保护和备份技术，快照技术，数据容灾技术。
备份是系统中需要考虑的最重要的事项，虽然他们在系统的整个规划、开发和测试过程中甚至占不到1%，看似不太重要且默默无闻的工作只有到恢复的时候才能真正体现出其重要性。
数据保护和数据备份看似简单，实则很复杂。
数据保护和备份已经成为存储领域的一门分支学科，下面对这个分支作简要分析。
关键字：
数据保护备份数据恢复容灾
一、备份基础知识
1、为什么要搭建备份系统？
（1）双机热备：
（2）系统命令：
异构网络无法备份；不具备容错功能；不具备开放性；复杂备份策略无法实现；对大型、超大型数据库无能为力；磁带库等特殊设备无法支持；
2、数据失效分析
（1）数据失效可分为两种
物理损坏（失效后的数据彻底无法使用）
逻辑损坏（失效的数据仍可以部分使用，但从整体上看，数据之间的关系是错误的）
（2）两者的区别与联系
a.逻辑损坏比物理损坏更为严重，因为逻辑损坏不易被发现，潜伏期长，当发现数据有错误时可能已经无法挽回
b.硬件故障和软件错误可以靠硬件冗余来解决
c.病毒、错误操作等灾难必须靠备份来解决
3、备份的意义
（1）用户的核心业务系统上的数据极其重要。
因而，如何保护好计算机系统里存储的数据，保证系统稳定可靠地运行，并为业务系统提供快捷可靠的访问，是系统建设中最重要的问题之一。
保证系统稳定可靠地运行，除了要利用高可用的在线数据解决方案，另外一个关键的要素是要保护基于计算机的信息，也就是存储在计算机内的数据
（2）虽然计算机技术的发展给人们的日常生活提供了很多便利，然而，人为的操作错误，系统软件或应用软件的缺陷、硬件的损毁、电脑病毒、骇客攻击、自然灾难等等诸多因素都有可能造成计算机中数据的丢失，从而给企业造成无可估量的损失。
为了保护信息系统的关键业务数据，我们必须对这些数据进行有效的备份，并支持快速恢复。
（3）由于支撑企业业务的IT基础架构的组件的故障而导致企业正常业务的不可预见的中断，组件的范围包括：
信息系统、网络系统和组成它们的各种软、硬件，以及数据本身
（4）美国政府发布规定：
要求所有政府、金融和医疗等机构都必须建立备份数据中心，以确保在遭受恐怖主义攻击、军事打击或自然灾害之后，能够实现快速重建
4、备份的概念及备份的正确认识
（1）备份就是针对应用系统的一个或多个完整的数据拷贝，当应用系统出现问题时，可以随时从备份中恢复需要的数据。
（2）拷贝不等于备份；磁盘阵列不等于备份；集群（Cluster）不等于备份；光盘库存储不等于备份；备份的特点（备份可保留档案的历史记录、备份可保存目录服务记录及重要的系统信息）；能够恢复的备份才叫备份。
5、数据备份的原则
（1）可用性－对数据进行备份是为了保证数据的一致性和完整性，消除系统使用者和操作者的后顾之忧，保证恢复之后的数据可以使用。
（2）稳定性－备份产品的主要作用是为系统提供一个数据保护的方法，于是该产品本身的稳定性和可靠性就变成了最重要的一个方面。
首先，备份软一定要与操作系统100%的兼容，其次，当事故发生时，能够快速有效地恢复数据。
（3）全面性－在复杂的计算机网络环境中，可能会包括了各种操作平台，如各种厂家的UNIX、NetWare、WindowsNT、VMS等，并安装了各种应用系统，如ERP、数据库、群件系统等。
选用的备份软件，要支持各种操作系统、数据库和典型应用。
（4）自动化－很多系统由于工作性质，对何时备份、用多长时间备份都有一定的限制。
在下班时间系统负荷轻，适于备份。
可是这会增加系统管理员的负担，由于精神状态等原因，还会给备份安全带来潜在的隐患。
因此，备份方案应能提供定时的自动备份，并利用磁带库等技术进行自动换带。
在自动备份过程中，还要有日志记录功能，并在出现异常情况时自动报警。
（5）高性能－随着业务的不断发展，数据越来越多，更新越来越快，在休息时间来不及备份如此多的内容，在工作时间备份又会影响系统性能。
这就要求在设计备份时，尽量考虑到提高数据备份的速度，利用多个磁带机并行操作的方法。
（6）维持业务系统的有效性－实时备份对业务系统的性能将会产生一定的影响，有时会很大。
如何采取有效的技术手段避免备份对服务器系统、数据库系统、网络系统的影响，将是非常重要的。
（7）操作简单－数据备份应用于不同领域，进行数据备份的操作人员也处于不同的层次。
这就需要一个直观的、操作简单的图形化用户界面，缩短操作人员的学习时间，减轻操作人员的工作压力，使备份工作得以轻松地设置和完成。
（8）实时性－有些关键性的任务是要24小时不停机运行的，在备份的时候，有一些文件可能仍然处于打开的状态。
那么在进行备份的时候，要采取适当的措施，保证正确地备份系统中的所有文件。
6、备份系统的组成及示意图
（1）备份网络－网络环境是数据备份的传输通道，一个良好通畅的网络能够保证备份数据在其上快速正确的传输。
（2）备份软件－优秀备份软件包括加速备份、自动操作、灾难恢复等特殊功能，对于设备安全有效的数据备份是非常重要的。
（3）备份设备－数据备份的最终目的地，备份设备的质量与性能在整个备份过程中是至关重要的，它是能否进行高速高质量备份的关键所在。
7、备份的基本概念及其关系
（1）备份窗口：
一个工作周期内留给备份系统进行备份的时间长度。
如果备份窗口过小，则应努力提高备份速度
（2）备份时间：
数据从开始备份到完全结束所经历的时间
（3）数据恢复时间：
即在出现灾难的时候，我们能够多快地恢复全部数据，重新开始正常的业务。
（4）关系图
8、备份的类型
从备份数据的内容上区分：
（1）完全备份：
对备份对象进行完全备份；
（2）增量备份：
每次备份的数据只是相对于上一次备份后新增加的和修改过的数据；
（3）差异备份：
每次备份的数据是相对于上一次全备份之后增加的和修改过的数据。
（4）对三种备份类型的理解
全备份：
全备份很好理解，系统中所有的数据都通过备份进程备份。
全备份需要备份的时间最长，这种方法的好处是恢复时间很快。
恢复时间缩短了是因为我们已经有了所有的数据备份，所有要做的就是做一次全恢复。
差异备份：
通常，系统管理员在周末进行一次全备份，在一周的其它时间做差异备份。
这种备份方法的恢复时间较长，我们不但要从全备份中恢复数据，还需要将每天的变化量恢复到系统中。
增量备份：
增量备份是在周末进行全备份，每天增加备份当天的数据变化。
对于备份时间，增量备份需要的备份的时间最短，但是，恢复时间却很长而且很复杂。
在恢复的过程中，我们不但需要恢复第一的全备份，还需要使用每天变化量的备份，一次恢复一天的数据，直到最近的一次所做的增量备份为止。
9、备份的方式
（1）从使用的角度来看：
手工备份－功能最强、成本最高、最易出错
自动备份－使用方便、成功率高、降低成本
（2）从应用的角度来看：
离线备份－业务需要停顿
在线备份－业务不停顿
二、存储容灾技术
（1）什么是容灾？
广义上，我们可以把所有与业务连续性相关的内容都纳入容灾。
容灾是一个系统工程，它包括支持用户业务的方方面面。
而容灾对于IT而言，就是提供一个能防止用户业务系统遭受各种灾难影响破坏的计算机系统。
容灾还表现为一种未雨绸缪的主动性，而不是在灾难发生后的“亡羊补牢”。
从狭义的角度，我们平常所谈论的容灾是指，除了生产站点以外，用户另外建立的冗余站点，当灾难发生，生产站点受到破坏时，冗余站点可以接管用户正常的业务，达到业务不间断的目的。
为了达到更高的可用性，许多用户甚至建立多个冗余站点。
（2）容灾与备份的区别与联系
区别
从定义上看，备份是指用户为应用系统产生的重要数据（或者原有的重要数据信息）制作一份或者多份拷贝，以增强数据的安全性。
因此，备份与容灾所关注的对象有所不同，备份关系数据的安全，容灾关心业务应用的安全，我们可以把备份称作是“数据保护”，而容灾称作“业务应用保护”。
联系
备份与容灾是存储领域两个极其重要的部分，二者有着紧密的联系。
首先，在备份与容灾中都有数据保护工作。
其次，备份是存储领域的一个基础，在一个完整的容灾方案中必然包括备份的部分；同时备份还是容灾方案的有效补充，因为容灾方案中的数据始终在线，因此存储有完全被破坏的可能，而备份提供了额外的一条防线，即使在线数据丢失也可以从备份数据中恢复。
（3）容灾的7个层次
0层：
无异地备份数据（Nooff-siteData）
对于使用0层灾难恢复解决方案的业务，可称其为没有灾难恢复计划，主要表现为：
数据仅在本地进行备份恢复，没有任何数据信息和资料被送往异地，没有处理意外事故的计划。
恢复时间：
在此种情况下，恢复时间不可预测。
1层：
有数据备份，无备用系统（DataBackupwithNoHotSite）
使用1层灾难恢复解决方案的业务，通常将需要的数据备份到磁带上，然后将这些介质运送到其它较为安全的地方。
但在那里缺乏能恢复数据的系统，若数据备份的频率很高，则在恢复时丢失的数据就会少些。
此类业务应能忍受几天乃至几星期的数据丢失。
2层：
有数据备份，有备用系统（DataBackupwithHotSite）
使用2层容灾解决方案的业务会定期将数据备份到磁带上，并将其运到安全的地点。
在备份中心有备用的系统，当灾难发生时，可以使用这些数据备份磁带来恢复系统。
虽然还需要数小时或几天的时间来恢复数据以使业务可用，但不可预测的恢复时间减少了。
3层：
电子链接（ElectronicVaulting）
使用3层容灾解决方案的业务，是在2层解决方案的基础上，又使用了对关键数据的电子链接技术。
电子链接将磁带备份后更改的数据进行记录，并传到备用中心，使用此种方法会比使用传统的磁带备份更快地得到更新的数据。
所以，当灾难发生后，只有少量的数据需要重新恢复，恢复时间会缩短。
由于备用中心要保持持续运行，与生产中心间的通讯线路要保证畅通，增加了运营成本。
但消除了对运输工具的依赖，提高了灾难恢复速度。
4层：
使用快照技术拷贝数据（Point-in-timeCopies）
使用4层灾难恢复方案的业务，对数据的实时性和快速恢复性要求更高些。
1-3层的方案中较常使用磁带备份和传输，在4层方案中开始使用基于磁盘的解决方案。
此时仍然会出现几个小时的数据丢失，但同基于磁带的解决方案相比，通过加快备份频率，使用最近时间点的快照拷贝恢复数据会更快。
系统可在一天内恢复。
5层：
交易的完整性（TransactionIntegrity）
使用5层灾难恢复方案的业务，要求保证生产中心和数据备份中心的数据的一致性。
在此层方案中只允许少量甚至是无数据丢失，但是该功能的实现完全依赖于所运行的应用。
6层-0数据丢失（ZeroDataLoss），自动系统故障切换
使用4层灾难恢复方案的业务可以实现0数据丢失率，被认为是灾难恢复的最高级别，在本地和远程的所有数据被更新的同时，利用了双重在线存储和完全的网络切换能力，当发生灾难时，备份站点不仅有全部的数据，而且可以自动接管，实现零数据丢失的备份
三、备份技术介绍
（1）LTO技术
（2）DLT/SDLT技术
（3）AIT技术
（4）磁带技术比较
（5）备份介质比较
四、备份与恢复原理
（1）影响备份系统的因素：
目标数据、目标数据的容量、备份时间、恢复时间、设备类型、备份计划（全备份,差异备份,增量备份）、备份系统的结构的类型、在线备份（如果需要）
（2）备份与恢复流程
备份流程
在备份服务器中设置备份任务及策略。
备份服务器定时启动备份任务，通过以太网发送控制命令通知备份客户端开始备份。
备份客户端接收备份命令，启动数据库代理软件保证数据库的一致性，并开始发送备份数据通过以太网传输到备份服务器端。
备份服务器接收备份数据，并将备份数据写入备份设备中。
恢复流程
业务系统数据丢失，需要恢复数据的客户端停止业务应用。
在备份服务器端启动恢复任务，管理员手工选择需要恢复的备份数据版本。
备份服务器在自身数据库中寻找需要恢复的数据版本，并在备份设备中定位查找。
备份服务器通过以太网将数据传输给丢失数据的客户端，客户端接收待恢复的备份数据。
数据恢复完毕，客户端启动相关业务应用系统。
（3）使用备份软件进行数据备份的基本步骤：
①配置存储介质；
②制定备份策略；
③对客户端进行必要的配置；
④手工执行备份策略进行测试；
⑤在备份任务管理器中查看备份状态；
⑥将存有备份数据的介质放入磁带库中；
⑦使用客户端恢复管理选择要恢复的备份数据版本；
⑧选择要恢复数据的位置；
⑨设置恢复选项；
⑩开始恢复备份数据，查看备份任务管理器的恢复状态。
结束语：
对于数据中心来说，如何保护好计算机系统里现在存储的数据，保证系统稳定可靠的运行，并为各种数据查询提供快捷可靠的访问，是系统建设中最重要的问题之一。
但是由于本人初出茅庐，水平有限，计算机技术无限，出现错误或语言不到位在所难免，望大家予以谅解。
参考文献：
1.张冬.大话存储—网络存储系统原理.清华大学出版社
2.KennysmithStephanhaisley.备份与恢复培训教程.机械工业出版社
3.LannesL.Morris-Murphy.备份/恢复与网络管理.清华大学出版社
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