容灾精讲-基于存储设备的数据复制技术

在构建容灾系统所涉及的诸多要素中，数据复制技术是基础，只有保证了数据的安全可用，应用或是业务的恢复才有可能。正常情况下系统的各种应用在数据中心运行，数据存放在数据中心和灾难备份中心两地保存。当灾难发生时，使用备份数据对工作系统进行恢复或将应用切换到备份中心。

数据复制技术的选择决定灾备系统的RPO指标，灾难备份系统中数据备份技术的选择应符合数据恢复时间或系统切换时间满足业务连续性的要求。

数据复制（Replication）是指利用复制软件把数据从一个磁盘复制到另一个磁盘，生成一个数据副本。这个数据副本是数据处理系统直接可以访问的，不需要进行任何的数据恢复操作，这一点是复制与D2D备份的最大区别。

根据不同容灾方案所采用数据复制技术位于企业IT架构不同层面，数据复制可分为基于存储层的复制、基于主机层复制和基于应用的复制。

具体到一个I/O从磁盘到应用的流程上，可能经由磁盘阵列、存储网络、卷管理软件、文件系统、数据库系统和应用系统全部流程或是其中的几个流程，那么数据复制就可以在这些流程的任一层次上实现，如下图所示：

基于存储层的复制可以是由存储设备的控制器执行，也可以是由网络层的虚拟化存储管理平台来执行，基于存储层的复制基于主机和应用的无关性，兼容性要求最低，实施难度最小，但是由于是卷级别的数据拷贝，对网络带宽要求最高；基于主机的复制可以由安装在主机上的卷管理软件或是文件系统来实现，在实际的应用场景中，以基于卷管理软件的数据复制技术居多，这种方式通常要求主机平台相关，实施难度升高，但是带宽要求降低；基于数据层的复制通过数据库的容灾功能模块来实现，对网络带宽要求最低，但是只能实现数据库数据的容灾；基于应用层的数据复制需要对应用程序进行定制开发，现实场景中很难见到。

下面就重点介绍一下几种常见的数据复制技术。

（1）基于存储设备的数据复制

基于存储设备的数据复制技术的核心是利用存储阵列自身的盘阵对盘阵的数据块复制技术实现对生产数据的远程拷贝，从而实现生产数据的灾难保护。在主数据中心发生灾难时，可以直接利用灾备中心的数据建立运营支撑环境，为业务继续运营提供IT支持。同时，也可以利用灾备中心的数据恢复主数据中心的业务系统，从而能够让企业的业务运营快速回复到灾难发生前的正常运营状态。

基于存储设备的复制可以是如上示意图的“一对一”复制方式，也可以是“一对多或多对一”的复制方式，即一个存储的数据复制到多个远程存储或多个存储的数据复制到同一远程存储；而且复制可以是双向的。

基于存储的数据复制技术有两种方式：同步方式和异步方式。

同步方式：可以做到主/备数据中心磁盘阵列同步地进行数据更新，应用系统的I/O写入主磁盘阵列后(写入Cache中)，主磁盘阵列将利用自身的机制同时将写I/O写入后备磁盘阵列，后备磁盘阵列确认后，主中心磁盘阵列才返回应用的写操作完成信息。

异步方式：是在应用系统的I/O写入主磁盘阵列后(写入Cache中)，主磁盘阵列立即返回给主机应用系统“写完成”信息，主机应用可以继续进行写I/O操作。同时，主中心磁盘阵列将利用自身的机制将写I/O写入后备磁盘阵列，实现数据保护。

采用同步方式，使得后备磁盘阵列中的数据总是与生产系统数据同步，因此当生产数据中心发生灾难事件时，不会造成数据丢失，可以实现RPO为零。为避免对生产系统性能的影响，同步方式通常在近距离范围内（FC连接通常是200KM范围内，实际用户部署多在35KM之内）。

而采用异步方式应用程序不必等待远程更新的完成，因此远程备份存储设备的性能的影响通常较小，并且生产中心的距离和灾备中心的距离理论上没有限制（通常基于IP连接来实现数据的异步复制）。

采用基于存储设备数据复制技术构建容灾方案的必要前提是：

Ø 通常必须采用同一厂家统一系列的且同时具有数据复制技术的高端存储平台，给用户的存储平台选择带来一定的限制。

Ø 采用同步方式可能对生产系统性能产生影响，而且对通信链路要求较高，有距离限制，通常在近距离范围内实现（同城容灾或园区容灾方案）

Ø 采用异步方式与其他种类的异步容灾方案一样，存在数据丢失的风险,通常在远距离通信链路带宽有限的情况下实施。

尽管有以上限制，基于存储设备的数据复制技术仍然是当前选择较多的容灾技术平台，这主要是由于基于存储的复制技术方案有如下优点：

Ø 采用基于存储的数据复制独立于主机平台和应用，对各种应用都适用，而且完全不消耗主机的处理资源；

Ø 基于存储得数据复制技术，由于在最底层，实施起来受应用、主机环境等相关技术的影响最小，非常适合于主机和业务系统很多、很复杂的环境，采用此种方式可以有效降低实施和管理难度；

Ø 采用同步方式可以完全不丢失数据，在同城容灾或园区内容灾方案中，只要通信链路带宽许可，完全可以采用同步方案，而不会对主数据中心的生产系统性能产生显著影响；

Ø 采用异步方式虽然存在一定的数据丢失的风险，但没有距离限制，可以实现远距离保护；

Ø 灾备中心的数据可以得到一定程度上的有效利用（用作测试或报表等）。

构建成本：

存储层容灾产品报价，都是采用磁盘阵列的高级功能许可授权方式进行报价。并按照磁盘阵列的具体数量进行报价。越是高端盘阵，高级功能模块授权价格成阶梯式增长。

除了这些高级功能授权的许可外，其还有MA（维护）费用以及实施费用，MA费用整体磁盘阵列报价（含高级功能模块）的25%左右。

实施费用一般按人天费用方式进行计算，总体成本很高。

另外，其对带宽要求很高，容灾网络建设费用更高。

适用场景：

存储设备复制技术利用磁盘阵列自身卷复制功能实现，首先要求必须是同构高端存储系统，其次对带宽要求较高，实现的是底层数据块级别的复制，属于数据层容灾范畴。

这类容灾产品由于其自身的功能特性，作为高端盘阵衍生出来的附加高级功能来实现容灾，其投资巨大，从盘阵本身到链路的要求都极高，需要专门的链路确保数据的一致性。当灾难发生时，需要通过人工调整的方式，将镜像卷提供给远端生产业务系统，实现业务系统的容灾，RTO在数小时以上。

经过以上分析可以看出，基于存储层的灾备方案对存储平台要求非常严格，适合用于为底层存储平台单一、服务器平台构成复杂、上层应用繁多的IT系统构建数据级的容灾方案，不适合于复杂、异构存储平台的容灾场景需求。