2023年7月30日发(作者：)

数据备份系统的研究

摘要：人为误操作、硬件损毁、电脑病毒侵袭、断电或其它意外原因造成网络系统瘫痪、数据丢失，给企业、单位和管理人员带来难以弥补的损失。避免这种损失的最佳途径就是建立可靠的数据备份系统。

一、引言

随着以计算机为基础的电子信息技术在社会各方面越来越广泛的深入应用，各种工作逐步走上了办公自动化网络管理的发展道路，大量的管理信息系统和专用办公软件被开发并投入使用，这对规范管理、提高工作效率起到了良好的促进作用。在实际工作中，信息系统和管理软件从开始投入使用起，就将随着工作的开展和时间的推移，持续记录并积累大量的数据。工作中的许多重要的决策就是以这些日常积累的数据为基础的。但信息系统在提供方便和高效的同时，在运行中却常常会出现一些意料之外的问题，如人为误操作、硬件损毁、电脑病毒侵袭、断电或其它意外原因造成网络系统瘫痪、数据丢失，给企业、单位和管理人员带来难以弥补的损失。避免这种损失的最佳途径就是建立可靠的数据备份恢复系统，但是大部分应用人员只是在受到损失后才意识到了数据备份的重要性。

二、数据失效的种类

数据失效可分为两种。一种是失效后的数据彻底无法使用，称物理损坏；另一种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，这种失效称逻辑失效。

电源故障、存储设备故障、网络设备故障、自然灾害、操作系统故障、数据丢失，这些都是物理损坏，造成的后果比较明显，也容易发现，相对来说容易排除。但如不及时排除，也会造成极大的损失。

数据不完整、数据不一致、数据错误等是逻辑损坏，这类损坏比较隐蔽，往往带有巨大的破坏性，是造成损失的主要原因。据统计，恢复10MB（约2500页纸）的数据最少也要花费近20天的时间，成本在万元以上。

（一）数据失效的原因

造成数据失效的原因有自然灾害、硬件故障、软件故障、人为原因四类。见下表：

结果 原因

破坏性

影响范围

发生可能性

失效种类

平均破坏性*

*平均破坏性=破坏性×发生可能性

从表中可以看出，软件故障和人为原因是数据失效的主要原因。

自然灾害

很大

整个网络

很小

物理损坏

中等

硬件故障

中等

单台计算机

小

物理损坏

中等

软件故障

无法估计

无法估计

中等

逻辑损坏

较大

人为原因

无法估计

无法估计

较大

逻辑损坏

大 （二）现有备份手段的分析

备份就是通过技术和管理的途径，确保在故障发生后，企业的关键数据、数据处理系统和业务在短时间内能够恢复的过程。

1.备份的分类

备份可以分为3个层次：硬件级备份、软件级备份和人工级备份。

2.硬件级备份

硬件级备份是用冗余的硬件来保证系统的连续运行。如：磁盘镜像、磁盘阵列、双机容错。如果主硬件损坏，后备硬件可以马上能够接替其工作，这种方式可以有效防止硬件故障，但无法防止逻辑损坏。

磁盘镜像：可以防止单个硬盘的物理损坏，但无法防止逻辑损坏。

磁盘阵列：磁盘阵列一般采用RAID5技术，可以防止多个硬盘的物理损坏，但无法防止逻辑损坏。

双机容错：可以防止单台计算机损坏，但无法防止逻辑损坏 。

3.软件级备份

软件级备份是将系统数据保存到其它介质上，出现错误时可以将系统恢复到备份时的状态。用这种方法备份和恢复都要花费一定时间。但可以完全防止逻辑损坏，因备份介质和计算机系统是分开的，错误不会复写到介质上。只要保存足够长时间的历史数据，就能够恢复正确的数据。软件备份可以防止任何物理故障，在有严格的备份方案和计划的前提下，能够在一定程度上防止逻辑故障。

4.人工级备份

这种备份最为原始，也最简单有效。但是如果要用手工方式从头恢复所有数据，耗费的时间是令人难以接受的。

5.理想的备份系统

理想的备份系统是全方位、多层次的。要使用硬件备份来防止硬件故障；如果由于软件故障或人为误操作造成数据逻辑损坏，可使用软件方式和手工方式构成对系统的多级防护。这种结合方式不仅能有效防止物理损坏，还能够彻底防止逻辑损坏。

但是理想备份系统成本太高，不易实现。在设计备份方案时，往往只选用简单的硬件备份措施，而将重点放在软件备份措施上，用高性能的备份软件防止逻辑损坏和物理损坏。

三、备份的内容

存储在硬盘里的内容有3种：操作系统、应用程序和数据。

备份时可以完全备份整个硬盘，这种方式是最简单的方法；也可以仅备份数据，但在放生故障时，必须重装系统和所有应用程序。

根据消防系统数据的重要性和时效性要求，建立一套完整的备份策略，是做好备份的先决条件。数据备份策略主要包括以下内容：

（一）备份周期

根据数据的重要程度和需要，可以选择每时、每日、每周或每月进行备份。重要的数据需要每时或每日进行备份，不那么重要和要求不高的数据可进行每周甚至每月进行备份。

（二）备份介质

就是将系统数据进行存储或备份的载体，常用的备份介质有磁带、硬盘等。

（三）备份方法 备份方法决定了是否能将系统数据进行有效地存储或备份，备份方法的选择是系统数据备份策略中最关键的一步。目前常用的方法有双机热备份、磁带备份、异机备份等方法。

（四）自动备份和手动备份

自动备份无需人为操作，计算机可按预先设定好的程序和时间自动启动备份作业；手动备份必须人为操作，由程序员不定时地进行人工启动备份作业。

（五）检查备份数据的完整性

数据库在使用过程中有时会由于某种原因而造成索引损坏或数据丢失。由于不能对实时库进行检查，所以在系统数据备份后通常要对备份数据库进行完整性检验。

四、常用备份方法

（一）双机热备份

双机热备份亦称服务器镜像备份。首先必须准备两台在软件和硬件配置上都要完全一样的服务器，分为一主一备，并且主备服务器间彼此镜像。当主服务器发生故障时，由主服务器迅速装载处理日志到备份服务器。备份服务器将接管事务处理日志并继续完成主服务器的操作。当主服务器修复可用时，再把数据库恢复到主服务器上工作。这种方法优点是快捷、可靠、排除故障的方法简单、自动化程度高，也是目前比较流行的备份方法。但该方法的缺点是无法防止逻辑上的错误，这种备份作用实际上是保证系统在出现故障时能够连续运行。费用比较昂贵。

（二）异机备份

方法是选择一台与主服务器配置相近的备用服务器，建立一个与主服务器数据库同名的数据库。利用系统本身提供的异地传送工具，通过设置定时（可以定每时、每日、每周或每月）由计算机自动地把主服务器数据库中的数据传送到备份的服务器上。一旦主服务器崩溃（操作系统或数据库），只要重新在主服务器上安装操作系统或重装数据库，就可以利用异机传送工具把备用服务器上的数据传回主服务器，以确保数据的安全恢复。这种方法近似于手工备份和恢复工作。优点是简单，可根据服务器的崩溃情况控制数据的恢复程度，缺点是耗费时间可能很长。

（三）磁带备份

磁带备份就是将数据库中的数据备份到磁带上。磁带备份一直是首选的数据存储备份技术。磁带介质不仅能提供高容量、高可靠性、可管理性、容易携带和保存，并且价格便宜。常用的硬件设备包括磁带机和磁带库。磁带库是一种框式的封闭机构，由数台磁带机、机械手、数十盘磁带构成。它能够提供基本自动备份和数据恢复功能，可以实现连续备份、自动搜索磁带。在备份软件方面，通常使用操作系统本身提供的备份功能。此备份方法的不足之处是介质本身的原因，如磁带受损、磁带质量等常常影响存储和备份效果。

（四）双机容错备份

随着信息技术的飞速发展，一些公司制作了专业的备份软件，双机容错备份是其中比较优秀的一种。它分为纯软件的解决方案和软件与硬件结合的解决方案。纯软件的解决方案是Windows NT平台下Life keeper解决方案。Life Keeper For Window NT软件是NCR公司推出的全球第一套基于NT的操作系统，并支持16台服务器的容错软件。它不需要任何自定义的容错硬件。在出现故障的情况下，Life Keeper会将保护资源自动转换到一个根据优先权设定的系统。用户在实际进行切换时，会经历一个比较短暂的休眠。当系统完成切换操作后，Life Keeper会在所选择的系统上自动地恢复操作。Life Keeper For Windows NT支持共享磁盘阵列柜和非共享磁盘阵列柜两种实现方式，从而给不同选择、不同需求的用户提供了多种选择。

五、数据备份系统系统的建立

(一)建设备份系统的目的

建设备份系统的目的是保证数据中心业务的高度持续性，所以建设数据中心是实施灾难备份中心的前提。对于已建立数据中心但没有灾难备份中心的企业，规划启动灾难备份系统已经迫在眉睫；对于有规划但还没有完成数据集中的企业，要提早考虑灾难备份系统。

（二）建立备份系统完善的管理机制

建立备份系统同时，还要考虑建立完善的管理机制，最大限度地发挥好备份系统的作用。保障系统的长期稳定运营在于完善的管理机制，需要尽早建立预防制度和演习制度。因此，对于实施备份系统的企业来说，要想真正发挥其作用，管理机制不可或缺。

（三）备份系统的核心技术

备份系统的核心技术是数据复制。目前数据复制的主要方式有同步数据复制和异步数据复制两种。

同步数据复制是指对业务数据进行实时复制，数据中心和备份中心之间保持数据互为镜像，保持完全一致。这种方式实时性强，灾难发生时远端数据与本地数据完全相同，可以达到数据的零丢失，保证高度的完整性和一致性。

异步数据复制是将本地生产数据通过后台同步的方式复制到异地。这种方式可能有分钟级的短时数据丢失，很难达到零数据丢失。异步复制的原理是对本地主卷写完成后，不必等待远程二级卷的写完成，主机立即可处理下一个I/O。因此，对本地主机性能影响很小。从传输距离上说，异步数据复制可以使用信道扩展器或其他技术，使传输距离延长，能够达到几千公里。

（四）备份系统的建设方案的构建

企业需要结合自己的容灾目标和实际情况来考虑。如果系统性能是最优先的考虑对象，能够接受备份中心数据更新的较小延迟，就可以考虑采用异步数据复制方式。如果避免数据丢失是最优先的考虑，生产主机的工作负载能够承受同步拷贝带来的性能损失，运行中心和备份中心的距离不超过100公里，那就可以考虑采用同步数据复制方式。当然，对于数据宝贵、安全性要求高、依赖信息技术强和有保证高度业务持续性要求的大型企业，应该考虑两种方式的相互结合，这样才能确保关键数据的万无一失。

在以上两种数据复制方式的基础之上，可以建立两种相对应的备份解决方案：同城灾备方案和异地灾备方案。同城备份方案是指生产中心和备份中心同在一个城市或相近区域内的备份方案。这种方案会使数据中心和灾难备份中心之间的距离比较近，可以比较容易地实现数据的同步镜像，可以保证高度的数据完整性和数据零丢失。异地备份一般是跨省域的，生产中心和灾难备份中心距离比较远，从技术角度看，通过异步数据复制更容易实现。同城备份可以防范火灾、建筑物破坏等可能遭遇的风险隐患，但对于战争、地震、水灾等潜在的风险隐患就显得力不从心了，防范这些情况还需要考虑异地备份方案。针对同城灾备和异地灾备各有所长的特点，为达到最理想的防灾效果，也可以考虑异地＋同城的备份方案，在异地备份的基础上，再建立同城备份站点。这种方案防灾效果完美，但资金投入会比较多。

六、结束语

综上所述，构建一个备份系统需要从企业的资金、技术、成本等多个方面综合考虑，只有这样才能充分发挥数据的作用，为企业的高速、稳定发展提供稳定的数字平台。