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1、一种异地容灾系统的设计与实现0引言 现代信息社会，数据丢失和损坏将造成难以估量的损失。备份是保证数据安全的有效方法。在“9?11”灾难中，某些大型机构之所以能够在两天内恢复营业，主要原因是他们不仅像一般公司那样在内部进行数据备份，而且在数公里外的数据备份中心也保留着数据备份。采取了这种措施后，一旦工作现场发生意外，企业就可以立即使用另一套数据。对企业数据异地备份的要求刺激着异地容灾技术的发展。 异地容灾技术的基本思路是：资源冗余异地分布故障管理，即在异地建立和维护一个备份系统，利用资源冗余性和地理分散性来保证网络系统对灾难事件的抵御能力。本文提出的容灾系统具有高集成度，除实现了数据的实时异地复
2、制和应用系统的实时远程切换外，也实现本地数据的快速恢复。其具有如下特点：支持多种操作系统和数据库，具有跨平台特性；本地高速镜像和远程数据写操作复制；发生灾难时自动切换服务；恢复迅速；基于Web的配置管理和监控显示；具有良好的成本优势。 1系统设计 11体系结构 本文提出的一种容灾系统主要分为两大部分，即本地容灾系统和远程容灾系统。这两者的结构相似，分别由应用服务系统和容灾控制中心构成。结构如图1所示。 12总体设计 容灾控制中心完成各种具体的容灾功能，包括数据的异地备份、失效检测和应用系统数据同步，以及在发生灾难以后的数据恢复。容灾控制中心是整个容灾系统的核心。本容灾系统的各种功能由容灾控制中
3、心的不同模块负责。各模块的主要关系结构如图2所示。 1）用户配置模块创建备份和恢复任务，为本地服务系统备份和恢复提供操作对象。此配置模块与本地应用服务器镜像模块、异地容灾系统远程协作来完成配置。 2）状态显示模块收集系统的状态信息，报告给管理员。 3）镜像模块位于本地应用系统的镜像模块为本地控制中心写操作远程复制模块提供操作对象；位于异地应用服务系统上的镜像模块为异地控制中心写操作重放模块提供操作对象。 4)写操作远程复制模块捕获映射设备写操作，将写操作存放在本地缓冲队列中。当网络通畅时，写操作发送到远程容灾系统上去。 5)写操作重放模块接收写操作远程复制模块发来的写请求，在异地容灾中心上重放
4、写操作实现数据的异地备份。6)失效检测模块采用push和pull相结合的技术，当灾难发生时，确定故障点和有效数据源，并通知服务切换模块和日志模块。 7)服务监控模块位于本地和远程服务系统上监控应用服务系统状态。 8)服务切换模块当接到失效检测模块发出的失效通知后，改变系统服务的提供者，实现切换对客户端的透明化。9)恢复模块按照失效检测提供的有效数据源和失效点选择恢复策略。 10)日志模块记录系统操作、失效检测和服务切换操作的详细信息，并对日志的合法性进行水印验证。 2系统实现 21容灾配置功能 容灾配置主要包括本地镜像配置、远程备份配置、恢复配置和远程镜像配置。本系统的配置模块是基于Web的，
5、提供简便的配置流程，方便管理员进行配置和管理。 异地备份配置用来配置实现备份的任务组。一个备份任务组包含一组备份相关设备，设备之间有着一定的逻辑关系。备份任务用以下关系定义： 22数据远程备份功能 本容灾系统提供了对数据的本地镜像和远程异地备份。其功能主要由三个模块来实现：本地镜像模块、写操作远程复制模块和写操作重放模块、异地镜像模块。数据异地备份的过程(图3)具体如下：a)本地应用服务系统发送I/O写请求；b)本地镜像系统将本地磁盘的写请求发送到本地容灾控制中心；c)本地容灾控制中心按照镜像配置所分配的缓存大小分配缓存；d)当缓存空间足够大时，将本地写操作写入缓存中，并返回确认写操作成功；e
6、)本地镜像模块完成本地磁盘的写操作；f)当LGCQ缓存空间不足时阻塞该I/O写请求；g)当缓存中存放有I/O写请求时，本地容灾控制中心的发送线程将I/O写请求发送给远程容灾系统；h)远程容灾系统上的写操作重放模块接收请求，将写操作放入到缓冲RGCQ中，重放写操作，完成异地的数据备份；i)如果远程RGCQ的队列已满，阻塞接受写操作线程。 23服务切换功能 服务切换功能由服务器监控模块、失效检测模块和服务切换模块协作完成。 失效检测是服务切换、可靠性通信等功能的基础, 失效检测算法又是失效检测的关键部分。容灾控制中心拥有失效检测器模块FD。其定义如下： 当失效检测模块报告服务失效后就通知服务器切换
7、模块进行服务切换。服务切换模块根据失效的服务器和配置信息将服务切换到有效数据源。切换的整个过程由控制中心实现，对用户操作透明。而当应用服务器恢复正常后，控制中心取消服务重定向，再次进行服务切换，继续由本地提供服务。 24恢复功能 确定灾难发生的原因、故障点、有效数据源，然后将有效数据重新迁移到故障点是灾难恢复的基本思想。在本容灾系统中恢复的具体策略如下： c）当本地容灾系统的控制中心和本地主服务系统同时发生灾难时，通过远程差异复制技术将远程容灾控制中心的RSDP数据发送到LGDP中去。对于镜像M1，使数据流从LGDP到LSP，使其开始重建数据；完成后，LSP上的数据即为恢复之后的有效数据。 2
8、5状态监控功能 状态监控功能由日志模块和状态显示模块负责。此模块负责收集不同模块的不同状态信息，并借助日志模块获取不同的日志信息显示给管理员。本容灾系统的状态监控采用基于Web的表示，为用户提供了友好的可视化图形界面。 3系统的性能测试和分析 在100 Mbps网速的网络环境中，对异地容灾系统的远程复制、服务切换、系统恢复性能进行测试。测试环境如表1所示。 从图4可看出，容灾系统比原系统的数据存储时间增多不到15%，且随着存储数据量的增大，时间增长率保持稳定。可见，本容灾系统的异地备份对原系统的性能影响小。 模拟系统发生灾难，测试服务切换时间和系统恢复时间。当容灾系统的灾备容量增大时，系统恢复时间仅略微大于正常环境下存储数据时间。系统恢复后进行数据一致性验证，确认丢失的数据量为0，因此可得出本系统具有极好的恢复时间指标和恢复点指标。从图4还可看出，服务切换时间不受灾备容量影响。故障发生后，立即改变服务提供者，保证了业务的不间断性，显示出本系统失效检测器的良好响应时间。 4结束语 本文设计并实现了一种异地容灾系统，具有数据异地备份、服务自动切换和系统快速恢复功能，保证了系统服务的稳定性和不间断性；同时支持多种操作系统平台，不需额外硬件设施，降低了总体成本；并且提供易用的图形化配置管理工具，对通用容灾技术的研究和应用作出了有意义的探索。