宏杉数据复制技术白皮书-20170401

MacroSAN 数据复制技术白皮书

杭州宏杉科技股份有限公司

1. 概述

企业级存储架构能够提供24小时×7天全年无休的数据可用性。除了按照计划的停机维护和升级，是不允许出现服务中断的。然而，有时因为文件系统/数据的误操作，或者更简单的像电缆意外断开，数据损失仍可能发生，迅速恢复关键数据是相当重要的。

对于企业赖以运行的数据来说，灾难涵盖了所有可能导致数据遭到破坏的计划外事件都属于灾难的范畴，其中包括自然灾害（地震、台风、火灾、水灾等），企业运行所依赖的服务的中断（电力中断、租用网络中断等），IT系统故障（IT设备硬件、软件故障），人员错误操作，恶意攻击（黑客、病毒），以及恐怖袭击等。

大部分企业用户早已充分认识到了数据的重要性，并都采取了必要的保护措施，这些措施在一定程度上提高了数据的安全性和可用性，但它们都还存在比较大的缺陷。常见的数据保护方式有本地备份和本地RAID保护两种。对于备份，受备份时间间隔的影响，一般会有较大的数据丢失量，而且数据恢复时间相对较长。对于本地RAID保护，它无法抵御火灾、停电、关键设备故障这类发生概率相对较高的灾难。

数据的丢失会导致企业正常的业务运作中断，带来巨大的经济损失、声誉损失、以及客户忠诚度下降等各种损失。而事实上，这样的事故是屡有发生，其后果也是非常惨痛的。IDC统计数字表明，美国在911发生灾难受影响的公司中，有55％当时倒闭。剩下的45％中，因为数据丢失，有29％也在两年之内倒闭，生存下来的仅占16％。如何保证大集中数据在各种灾难面前的安全性，以支撑业务的连续性运行就成为了一个现实的问题。

2. 技术介绍

采用MacroSAN基于存储的复制技术能够实现本地或远程数据保护，并在发生意外灾难时通过副本资源对数据进行快速恢复，确保用户业务的连续性。其中策略性复制可以保证数据一致性，使RTO很小，自适应复制可以使RPO很短。

存储系统提供的数据复制是一个基于复制策略的服务，将数据从生产存储按一定的复制策略复制到备份存储中，是将源盘拷贝到远程的一个过程，按照事先设定的策略，对源盘做一次

快照并将这一时刻视图的所有数据同步到远程站点中，在下一次的复制过程中是将两次快照的差量复制到远程，提高数据复制的效率及有限带宽的使用率。

宏杉科技的数据复制使管理员可以自定义不同的策略来控制复制的过程，利用源存储系统内建的快照引擎和目的存储系统的“接收”机制，确保复制进程能够在瞬间内真正完成，从而获得最高级别的数据完整性。

复制技术通过在两台存储设备所管理的资源（SAN资源、NAS资源或者组）之间进行数据同步，这两台存储设备分别成为源服务器和目标服务器，当条件满足预设策略时，源服务器启动数据复制，把源磁盘的数据复制到副本磁盘中，为源磁盘生成数据副本。当源磁盘发生故障时，可以通过复制的反转和提升功能进行数据恢复，达到本地备份的目的。

存储设备提供两种复制策略：策略性复制和自适应复制。

?策略性复制：策略性复制分阈值触发和周期触发两种，初始同步时，将同步源磁盘的全部数据到副本磁盘中，之后的同步仅进行增量同步。比如在1:00时启用复制（复制策略为周期复制，复制周期为1小时），源磁盘与目标磁盘开始初始同步，此时可将源磁盘内全部数据同步到目标磁盘中。在2:00时，复制策略到达，触发同步，此时仅同步增量数据，即1:00到2:00时间段内改变的数据量。

?自适应复制：即实时复制，生产存储的数据一旦被改变就自动同步到备份存储中，这时候写入主资源的每一个I/O被实时复制到备份存储上，最大限度的降低灾难发生时的数据丢失量；自适应复制在初始状态下，当应用服务器写入数据时，源服务器同时把数据写入源磁盘和不间断复制资源。数据进入不间断复制资源后，就会被自动持续写入副本磁盘，实现对源磁盘持续的数据保护。如果不间断复制资源被占满，系统将自动切换为策略性复制，当策略性复制触发的复制或执行手动同步复制完成时，系统会自动切换回自适应复制。自适应复制时，需要一个独立、专用的不间断复制资源。

MacroSAN存储设备均同时提供策略性复制和实时自适用复制功能，可根据应用需求进行灵活的设置。数据复制功能是基于磁盘卷进行操作的，按照上述几种策略的一种或多种触发复制进程，在本地应用服务器对于写的动作，只写到本地的磁盘卷中，当达到事先设定的触发条件时触发数据的复制，每次复制的数据都通过快照功能保护起来，因此数据在整个复制过程不

影响应用系统的正常业务处理。

例如，当复制的条件一触发，存储系统会在此时为源磁盘卷执行一次快照对此时的数据进行保护，确保这一时刻的数据的完整性，快照会生成这一时刻的磁盘视图，当有更新的数据写入时，存储系统的快照机制会把快照时刻的数据临时搬迁到快照区中，保证快照那一时刻的数据不会被改变，然后将这一时刻的数据拷贝到远程的存储卷中，等拷贝结束后，存储系统会清掉快照区中的数据，等待下一次被触发时的快照操作。

存储阵列的内部系统会智能地将指定卷虚拟划分为最小以512字节为单位的数据块，在应用系统不断修改数据时，会智能地识别出那些被更改的数据块，只将这些数据块复制出去，而不是整个文件、整个表或者整个目录。这样就保证了复制在最短时间内高效实现。

复制功能在实现数据传输功能的同时，还可以大幅降低传输带宽需求，降低远程灾备的链路成本。灾备系统可以和现有的局域/广域IP网络无缝对接，用户无须重新部署线路，或者额外增加协议转换器，就能实现远程灾备。此外，由于采用了IP网络，数据复制可以不受距离的限制，实现了“只要IP可达，灾备即可达”。

宏杉科技数据复制技术的另一大特色是传输优化。IP远程复制功能是基于数据块增量的复制，可在业务进行的同时，只将变化的数据块复制到目的端，而不必传送整个文件，从而降低链路带宽要求。

此外，宏杉科技复制技术还保证了复制的一致性。数据的一致性包括数据块（生产中心的

数据被正确的传送到灾备中心）、业务逻辑（灾备中心数据具备业务逻辑一致性）两个层面。除了采用数据比对、数据校验、数据重传等常规方法来保证数据块级别的数据正确性之外，宏杉科技数据复制技术还采用了数据快照与复制联动、一致性组等技术，从应用逻辑层面保证数据的一致性。

?数据快照与复制联动：如果采用周期性或者变化量复制策略，在复制触发时，主存储会自动产生一个快照，将当前时间点的数据状态保存下来，并且会将这个快照点的状态传送到灾备存储，以保证复制完成的时候，该时间点的状态是完整可用的。

?一致性组：同一应用的多个数据卷之间（比如数据库的数据卷和日志卷）、相互关联的多个应用的数据卷之间往往有内在的逻辑关系。如果这些数据卷的状态不一致，应用的逻辑就会出错，就会导致系统无法正常启动。MacroSAN 灾备解决方案采用一致性组技术，将有逻辑关联的数据卷组成一个“组”，复制、快照等策略以组为单位进行，从而保证这些数据卷的内在逻辑一致性，确保灾备数据可用。

宏杉科技的数据复制技术除了支持本地数据保护和远程一对一灾备外，还支持两地三中心部署方式和多对一共享灾备。

两地三中心灾备解决方案结合了“同城＋异地”的方式，在异地备份中心具有完整的灾难接管能力的情况下，建立同城备份站点，可使同城灾备中心具有应用接管能力，同城灾备中心也可以只是一个同步数据镜像站点，这种建设模式提高了业务连续性，是当前灾备系统的最佳实践。宏杉科技的两地三中心灾备除了支持传统的A→B→C的连跳模式之外，还支持A→B、A→C的1：2复制模式，用户可以根据需要灵活选择，不需第三方软、硬件即可以实现实现二地三中心保护。

多对一灾备的建设模式，主要存在于具有多个分支结构的大型企业或单位的垂直集中灾备建设。宏杉科技的多对一灾备解决方案中，一台存储阵列可以同时接收来自多个分支节点的存储复制流，这就打破了传统的一对一灾备的限制，使统一灾备成为可能，最大支持64个分支节点对一个中心节点的灾备能力。不同的存储设备虽然共享同一个灾备中心，但是各个分支站点的应用系统相互独立、互不干扰。在灾备策略的选择上，各分支结构也可以按需定制，根据自己的业务特点灵活选择，并可以通过IDSM实现统一灾备管理，比如设备故障管理、软件升级、日常维护等。在分支节点的数据抽取环节，可以采用卷镜像、备份等多种策略，在不对分支节点的现有环境做大的改动的前提下，实现数据的抽取。

3. 用户价值

?实现了连续数据保护

使用传统的磁带库备份一般一天只能做1次备份，而采用数据复制技术每天都可以按照用户设定的策略对数据进行时间点备份，并且备份过程对应用基本没有影响。

使用磁带库备份经常遇到磁带失效和恢复失效等问题，而采用连续数据保护则不会出现类似的问题，并且用户可以实现可视化的恢复，用户可用选择将数据恢复到前面备份过的任何一个时间点的状态。

?对主机性能无影响

该方案的数据保护是在磁盘阵列层实现的，具有与主机“无关”的特性，在整个数据灾备的过程中不影响应用系统的运行。

?块增量扫描技术

由于采用了先进的块增量扫描技术，远程容灾过程中传输的数据变量不是基于文件级的变量，而是更小单位的基于磁盘块的变量，（一个文件可能很大，但是其中更改的部分可能很小，如果基于文件级，就要将整个文件复制过去，而块增量扫描技术可以将文件切分成很多磁盘块，只把变化的磁盘块传输到容灾站点）。这样可以保障数据增量最小，对网络带宽?确保应用数据完整性

宏杉科技的数据复制功能支持丰富的主机快照代理，可以确保对在线数据库等应用进行远程灾备过程中的数据完整性，一旦出现灾难，远程灾备系统中的数据完全可用，不需要人工恢复数据完整性。