存儲技術在省級氣象數據保護中的應用研究

全秋浩，楊鶴，馬云飛

（吉林省氣象信息網絡中心，吉林長春130062）

1 概述

隨著信息技術的發展和氣象信息化的深入發展，省級氣象部門已經搭建了多項數據縱向貫通、橫向集成的多元化氣象信息系統，而且業務系統對信息技術的依賴性也越來越強，同時，支撐業務系統的氣象數據越來越重要，氣象數據的丟失和業務的中斷，往往意味著巨大損失。如何應對不確定環境下的氣象數據丟失的風險，如何在軟件和硬件故障后讓業務系統快速恢復，如何保證氣象數據萬無一失等，這些課題已經擺在氣象部門的運維和管理人員面前。

2 氣象數據保護

2.1 數據保護核心

氣象數據保護就是結合氣象部門自身的氣象實時和歷時資料的數據保護和業務連續性需求，制定適合于氣象信息部門自身的容災方案和恢復策略，在遇到突發的系統故障和氣象數據部分或全部丟失的情況時，以最短的時間恢復業務系統的正常運行。

氣象數據保護的范疇很廣，從技術角度來看，要建立一套有效的氣象數據保護方案和數據丟失時的恢復策略，其需要考慮以下幾個問題：氣象數據的完整性和一致性、氣象數據傳輸的網絡連通性和網絡帶寬、氣象數據傳輸的安全性以及氣象備份數據存儲媒介等；從實現方法來看，有拷貝、備份、復制、快照、鏡像等；從實現位置上來看，可以在主機層、網絡層、存儲層實現。

無論采用哪種數據保護方案，數據保護的核心都是建立一份或多份數據副本，一旦出現數據故障，可以通過備份的氣象數據進行恢復或進入短時間的替代使用。

2.2 數據保護衡量標準

恢復時間目標和恢復點目標是數據保護的兩個通用的衡量指標?；謴蜁r間目標指的是從發生數據丟失時到恢復數據使用所需要的時間，這一指標體現了數據恢復能力；恢復點目標指的是業務系統在發生數據丟失的情況下能接受的最大數據丟失量，這一指標體現了數據的冗余能力。

恢復時間的目標越小，意味著業務系統允許的數據丟失到恢復的時間越短。對于氣象業務部分肯定希望由于數據丟失造成的業務系統無法使用的時間越短越好，但是這意味著需要在數據備份和恢復上投入更多的成本，而對于省級、市級和縣級的氣象部門來說，其恢復時間目標一般是不相同的。在考慮氣象數據保護方案和數據丟失時的恢復策略時，要評估自身對氣象數據丟失到恢復能接受的最大允許時間，在考慮到投入成本的前提下，制定適合的、性價比高的氣象數據保護方案、數據備份方式、數據恢復策略以及數據容災系統。

2.3 數據保護技術實現的層次

目前，數據保護的技術有很多種，按照實現位置的不同，可以分為主機層、網絡層、存儲層。主機層數據保護：通過主機上的通用或特定軟件來實現數據保護，例如，經常使用的拷貝，就是一種數據保護手段。此外，基于主機的復制軟件（如Veritas VVR軟件）或特定應用軟件（如Oracle Data-Guard），也都是基于主機層的容災；網絡層數據保護：主要是通過一些智能網絡交換機或存儲網絡虛擬化引擎的復制、鏡像、快照來實現，例如，IBM SVC等；存儲層數據保護：最主流的就是基于盤陣來實現，主要包括鏡像、復制、快照三大功能，這些是各大存儲廠家都可以提供的相應實現方案。

3 數據保護技術

3.1 拷貝

大家經常使用的拷貝，也是一種數據保護手段?？截惣夹g的數據保護方式僅支持文件格式的數據拷貝，無法拷貝正在使用的文件，且需要手動操作，無法判斷數據增量，每次數據備份時都需要拷貝全部數據，且備份數據僅與當時拷貝的原數據一致，當需要備份的數據量較大時，拷貝和數據恢復都將占用大量的業務服務器資源?？截惣夹g的恢復時間目標和恢復點目標無法預估，一次性投入成本較低，但人力和維護成本相對較高。適用于對業務連續性無要求的業務系統，且備份數據量較小的場景。

3.2 復制

數據的復制技術指的是通過使用復制軟件或硬件把數據從一個存儲區域傳輸到另一個存儲區域，生成一個數據副本。網絡層的復制技術可以精確的判斷增量數據，在實現數據異地備份的同時，所花費的鏈路帶寬很小。使用復制技術可以保證數據格式和原數據的一致性，減少了格式轉換的環節，極大地縮短了業務系統的恢復時間。

服務器將IO寫到存儲中，通過復制引擎（復制軟件），將增量的數據塊發送到異地的災備中心的存儲中，寫入完成后，返回一個確認信息。復制是一種異步的數據保護手段，所以會有少量的數據丟失。網絡層和存儲層復制對數據傳輸帶寬要求相對較低，且數據的提取過程不影響業務服務器的性能，而服務器層的復制對業務服務器性能影響較為明顯。

復制方式數據保護恢復時間目標和恢復點目標可達分鐘級。服務器層的復制成本與服務器數量成正比例相關，且復制過程對服務器性能影響較大，而存儲層復制成本為一次性投入，與服務器數量無關。適用于對業務連續性要求較高的氣象核心業務系統，且傳輸距離較遠或傳輸鏈路條件不高的場景。

3.3 鏡像

鏡像技術是指在存儲系統中通過同樣的讀寫操作，在兩個獨立的存儲空間中存儲相同的數據。鏡像技術適用于近距離傳輸且對網絡帶寬要求較高，具有維護低成本、數據丟失后切換快等特點，基本可以達到數據零丟失。適用于對業務連續性要求高的氣象核心業務系統，且數據的提取不影響業務服務器系統資源的場景。

3.4 快照技術

存儲系統中的數據快照與生活中所說的照片非常相似，不同的是存儲系統中的快照對象是數據，快照相當于一個數據的副本或是復制品?？煺盏闹饕攸c包括：瞬間生成，存儲系統可以在幾秒鐘內生成一個快照，獲取源數據的一致性副本，占用存儲空間少，生成的快照數據并非完整的物理數據拷貝，不會占用大量存儲空間。所以，即使源數據量很大，也只會占用很少的存儲空間。

快照部署的方式：單一集中存儲情況下，快照軟件部署在生產存儲，應對人工誤刪除、病毒等軟故障。在存儲系統中存在備份存儲的情況下，快照軟件部署在備份存儲，這樣部署的好處是不會影響生產存儲性能，部署快照的優點：可恢復任意快照點數據，不需要在主機上安裝軟件，不影響主機性能，能夠快速生成快照 ，且恢復速度快。適用于用戶的業務系統對恢復點目標和恢復時間目標要求一般，數據丟失后進行數據恢復時允許業務短暫停機的場景。

4 數據保護解決方案

4.1 備份軟件保護方案

備份軟件保護方案需要在一臺備份服務器上安裝備份軟件，并且在每一臺有數據保護需求的服務器上安裝備份客戶端，根據策略將數據拷貝至備份存儲，既可以包括操作系統和虛擬機數據，也可以包括數據庫、郵件系統數據等。當生產數據發生故障時，可以從備份存儲中進行恢復。這種方案的優點是比較簡單易用，投資也較少，適用于對恢復點目標、恢復時間目標要求不高，且服務器和應用數量不多的情況。這是因為備份軟件的數據備份對業務連續性有影響，一般都是在夜里進行，而且在數據量比較大的情況下，例如幾十TB，恢復的時間也會比較長，甚至可能達到 2～3天，這對很多氣象部門來講是不能容忍的。而且因為備份軟件是根據服務器數量收費的，所以，在應用和服務器比較多的情況下，投資成本也會線性增長到一個非常高的程度。

4.2 CDP數據保護方案（復制+快照）

了解了備份軟件的保護方式后，基于存儲的CDP本地數據保護方案也是解決方案之一，即復制和快照保護。存儲復制是通過一臺生產存儲和一臺備份存儲實現的，它通過存儲控制器內置的復制軟件將數據按策略從生產存儲拷貝至備份存儲中，當生產存儲出現故障停機或數據丟失時，可以通過備份存儲進行業務接管和數據恢復。

其和備份軟件的一個很大區別是，因為兩臺存儲的數據格式是一樣的，所以，在發生故障時，只需要把備份存儲成功掛載在服務器上，業務就可以恢復，而不需要像備份軟件一樣去花大量的時間做數據回滾，所以，恢復起來比較方便，時間也較快。此外，由于是基于存儲實現的，不需要在主機端安裝軟件，不僅節省了一臺備份服務器，不影響主機的性能和帶寬，而且不管服務器的數量如何增長，其投資成本都是固定的，這也是復制解決方案的優勢之一。最后復制方案也不需要業務停機，所以時間上比較靈活，用戶選擇1～2個小時做一次復制都是可以的。

在快照保護上，其通過保存某個時間點的數據，可以有效預防很多軟故障，包括誤刪除、文件損壞、病毒攻擊等。例如，每半小時做一次快照，在20點10分的時候誤刪了一個文件，在幾分鐘后發現了，那么就可以通過20點鐘時候的快照，將刪除的文件恢復出來。

4.3 鏡像保護方案

前面的所有本地災備方案，都會有不小的數據丟失，而數據鏡像方案真正實現了恢復點目標為零，因為任何一個數據IO的寫入，都會在對端鏡像存儲中寫入完整后，才會接受下一個數據IO的寫入，這樣可以最大程度地避免數據丟失。為了降低應用延遲，兩臺存儲之間需要通過萬兆網絡進行數據鏡像。與復制技術一樣，鏡像保護也是基于存儲層面實現，所以不會占用主機的性能和帶寬資源，而且還具備實時切換能力，相比復制技術的故障恢復時間又提升了一個級別。鏡像方案需要兩臺性能規格相當的存儲，其恢復點目標和恢復時間目標可以達到很高級別，適用于對數據安全性和業務連續性要求較高的氣象用戶。

4.4 本地雙活保護方案

本地雙活保護是數據保護方案中最高安全級別的解決方案，通過兩臺相同配置的存儲搭建雙活系統，每個控制器上配置兩個10GE或40GE接口卡，兩兩交叉互連，作為數據鏡像的專用通道。兩臺存儲的數據卷通過雙活軟件組成一個虛擬卷，統一對外提供存儲服務，服務器看到的是一個數據卷，在任何一臺存儲發生故障時可以自動切換到另一臺存儲，保證數據零丟失、業務不停機，而且服務器感知不到這種切換，是完全透明的。在正常情況下，兩臺存儲可以同時對外提供讀寫服務，既提升了應用性能，也保證了設備利用率。雙活方案不需要增加任何第三方軟硬件，投資成本低，部署管理簡單，而且沒有兼容性風險，此外性能和可靠性也更高，是一種非常領先的雙活解決方案，適用于對業務連續性要求較高、不允許業務停機和數據丟失的環境。

5 結語

通過以上幾種數據保護技術和保護方案的對比分析，省級氣象部門可以根據自身的實際情況選擇適合的數據保護方案。