電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)容災(zāi)技術(shù)分析

 　　一、電力企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著電力業(yè)務(wù)的發(fā)展，應(yīng)用業(yè)務(wù)集成、一體化平臺及統(tǒng)一門戶已經(jīng)成為趨勢，其中數(shù)據(jù)的集中存儲大大降低了企業(yè)的存儲管理成本、提高了存儲空間利用率以及企業(yè)的投資回報率。然而隨著企業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)越來越多，也越來越重要，企業(yè)的存儲管理也面臨著新的挑戰(zhàn)。

　　對于電力企業(yè)賴以運行的數(shù)據(jù)來說，災(zāi)難涵蓋了所有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)遭到破壞的計劃外事件都屬于災(zāi)難的范疇，其中包括自然災(zāi)害(地震、臺風(fēng)、火災(zāi)、水災(zāi)等)，企業(yè)運行所依賴的服務(wù)的中斷(電力中斷、網(wǎng)絡(luò)中斷等)，IT系統(tǒng)故障(IT設(shè)備硬件、軟件故障)，人員錯誤操作，惡意攻擊(黑客、病毒)，以及恐怖襲擊等。

　　隨著數(shù)據(jù)的可用性成為區(qū)別電力企業(yè)信息化水平的重要指標(biāo)，企業(yè)正在將越來越多的資源用于確保業(yè)務(wù)的連續(xù)運營。而數(shù)據(jù)的丟失必然會導(dǎo)致企業(yè)正常的業(yè)務(wù)運作中斷，帶來巨大的經(jīng)濟損失、聲譽損失、以及客戶忠誠度下降等各種損失。

　　據(jù)IDC的統(tǒng)計數(shù)字表明，美國在2000年以前的10年間發(fā)生過災(zāi)難的公司中，有55%當(dāng)時倒閉，剩下的45%中，因為數(shù)據(jù)丟失，有29%也在兩年之內(nèi)倒閉，生存下來的僅占16%。Gartner Group的數(shù)據(jù)也表明，在經(jīng)歷大型災(zāi)難而導(dǎo)致系統(tǒng)停運的公司中有2/5再也沒有恢復(fù)運營，剩下的公司中也有1/3在兩年內(nèi)破產(chǎn)。

　　或許以上案例頗有危言聳聽之嫌，畢竟山崩地裂大火熊熊的場面不常出現(xiàn)。但造成損失的不止是這些恐怖性的災(zāi)害，失手按錯鍵、錯點鼠標(biāo)、或者失手打翻一杯水潑到筆記本電腦上，都可能給帶來巨大的麻煩。因此，對容災(zāi)來說，“亡羊補牢，猶未晚也”的觀點顯然已經(jīng)過時，“防患于未然”才能做到未雨綢繆。

　　二、容災(zāi)的實質(zhì)

　　國務(wù)院信息化工作辦公室發(fā)布的《重要信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)指南》中，這樣定義了容災(zāi)——“由于人為或自然的原因，造成信息系統(tǒng)運行嚴(yán)重故障或癱瘓，使信息系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)功能停頓或服務(wù)水平不可接受、達(dá)到特性的時間的突發(fā)性事件，通產(chǎn)導(dǎo)致信息系統(tǒng)需要切換到備用場地運行”。

　　因此，任何必須恢復(fù)的數(shù)據(jù)訪問中斷都是災(zāi)難。進(jìn)一步分析各種可能導(dǎo)致災(zāi)難的發(fā)生的原因，災(zāi)難可以分為以下幾種：

　　i. 自然災(zāi)難：包括火災(zāi)、臺風(fēng)、水災(zāi)、地震等突發(fā)自然災(zāi)害造成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的災(zāi)難，而不同地區(qū)的自然災(zāi)害的發(fā)生有一定的統(tǒng)計概率，而且自然災(zāi)害的影響范圍是有一定區(qū)域的。

　　ii. 社會災(zāi)難：包括企業(yè)運行所依賴的服務(wù)的中斷(電力中斷、租用網(wǎng)絡(luò)中斷等)、恐怖分子制造的爆炸、戰(zhàn)爭引起定點破壞等災(zāi)難，國內(nèi)外社會不安定因素的存在，必須引起足夠的憂患意識。美國“911”事件就是一個很好的例子，一些沒有采取任何容災(zāi)措施的企業(yè)由于核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的破壞而較終破產(chǎn)，而一些采用了容災(zāi)措施的企業(yè)得以生存，有的建立了備用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的企業(yè)的業(yè)務(wù)能夠很快恢復(fù)。

　　iii. IT系統(tǒng)災(zāi)難：包括IT設(shè)備硬件、軟件故障等。

　　iv. 人為災(zāi)難：包括IT系統(tǒng)管理人員的誤操作、來自網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊、計算機病毒發(fā)作造成的數(shù)據(jù)災(zāi)難。近幾年，人為災(zāi)難更為突出，特別是計算機病毒造成的數(shù)據(jù)損失觸目驚心。采用后發(fā)制人策略的防計算機病毒系統(tǒng)難以保證數(shù)據(jù)的安全，有必要建立數(shù)據(jù)的備份機制。

　　顯然，影響電力信息系統(tǒng)安全的因素是多方面的，需要采用不同的技術(shù)手段來解決。所謂容災(zāi)，就是為了防范由于自然災(zāi)害、社會動亂、IT系統(tǒng)故障和人為破壞造成的電力企業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)損失的一項系統(tǒng)工程。

　　通常，把正常情況下支持日常業(yè)務(wù)運作的信息系統(tǒng)稱為生產(chǎn)系統(tǒng)，而其地理位置則稱為生產(chǎn)中心。當(dāng)生產(chǎn)中心因災(zāi)難性事件(如火災(zāi)、地震等)遭到破壞時，為了迅速恢復(fù)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、環(huán)境，以及應(yīng)用系統(tǒng)的運行，保證系統(tǒng)的可用性，這就需要異地容災(zāi)系統(tǒng)(其地理位置稱為災(zāi)備中心)。

　　建立異地災(zāi)備中心的優(yōu)勢在于：

　　i. 強大的一級災(zāi)難抗御能力。

　　ii. 有效防止物理設(shè)備損傷產(chǎn)生的災(zāi)難后果。

　　iii. 提供99.9999%的安全機制。

　　iv. 實時數(shù)據(jù)復(fù)制提供強大的數(shù)據(jù)交換能力。

　　顯然，建立災(zāi)備中心可以應(yīng)對絕大部分的災(zāi)難(包括火災(zāi)、自然災(zāi)害、人為破壞等意外事件)。除了從容面對上述突發(fā)式災(zāi)難的威脅，一個完備的容災(zāi)系統(tǒng)還應(yīng)該能夠處理各種漸變式災(zāi)難，能夠從病毒損害、黑客入侵、或者系統(tǒng)軟件自身的錯誤等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失的狀況 下，快速重建生產(chǎn)中心。

　　三、容災(zāi)的實現(xiàn)方式

　　3.1、 概述

　　通常，應(yīng)用服務(wù)器通過SAN訪問存儲資源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。

　　圖3.1：SAN存儲結(jié)構(gòu)

　　SNIA(Storage Networking Industry Association，存儲網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會)針對SAN共享存儲模型進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)化，把SAN存儲分為：

　　i. 應(yīng)用層

　　ii. 文件/記錄層

　　iii. 塊管理

　　iv. 物理存儲設(shè)備

　　如圖3.2所示。

　　圖3.2：SNIA共享存儲模型

　　因此，可以從文件/記錄層、塊管理層來實現(xiàn)容災(zāi)，如圖3.3所示。根據(jù)容災(zāi)的發(fā)起端來進(jìn)行劃分，容災(zāi)可分為：

　　i. 數(shù)據(jù)庫級容災(zāi)

　　ii. 卷管理級容災(zāi)

　　iii. 網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)

　　iv. 存儲設(shè)備級容災(zāi)

　　圖3.3：容災(zāi)的實現(xiàn)方式

　　3.2、 數(shù)據(jù)庫級容災(zāi)

　　以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫為例，數(shù)據(jù)庫級容災(zāi)方式的主要由第三方的軟件或者Oracle自帶的Data Guard 中的Logical Standby來實現(xiàn)，其傳輸?shù)氖荢QL指令或者重做日志文件。下面以第一種方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　這類第三方軟件的原理基本相同，其工作過程可以分為以下幾個流程：

　　第1步：使用Oracle以外的獨立進(jìn)程，捕捉重做日志文件(Redo Log File)的信息，將其翻譯成SQL語句

　　第2步：把SQL語句通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綖?zāi)備中心的數(shù)據(jù)庫，在災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行同樣的SQL。

　　顯然，數(shù)據(jù)庫級容災(zāi)方式具有如下技術(shù)特點和優(yōu)勢：

　　i. 在容災(zāi)過程中，業(yè)務(wù)中心和備份中心的數(shù)據(jù)庫都處于打開狀態(tài)，所以，數(shù)據(jù)庫容災(zāi)技術(shù)屬于熱容災(zāi)方式;

　　ii. 可以保證兩端數(shù)據(jù)庫的事務(wù)一致性;

　　iii. 僅僅傳輸SQL語句或事務(wù)，可以完全支持異構(gòu)環(huán)境的復(fù)制，對業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器的硬件和操作系統(tǒng)種類、以及存儲系統(tǒng)等都沒有要求;

　　iv. 由于傳輸?shù)膬?nèi)容只是重做日志或者歸檔日志中的一部分，所以對網(wǎng)絡(luò)資源的占用很小，可以實現(xiàn)不同城市之間的遠(yuǎn)程復(fù)制。

　　其實現(xiàn)方式也決定了數(shù)據(jù)庫級容災(zāi)具有以下缺點：

　　i. 對數(shù)據(jù)庫的版本有特定要求;

　　ii. 數(shù)據(jù)庫的吞吐量太大時，其傳輸會有較大的延遲，當(dāng)數(shù)據(jù)庫每天的日量達(dá)到60G或更大時，這種方案的可行性交差;

　　iii. 實施的過程可能會有一些停機時間，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步和配置的激活;

　　iv. 復(fù)制環(huán)境建立起來以后，對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)上的一些修改需要按照規(guī)定的操作流程進(jìn)行，有一定的維護成本。

　　v. 數(shù)據(jù)庫容災(zāi)技術(shù)只能作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的容災(zāi)解決方案，如果需要其他非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的容災(zāi)，還需要其他容災(zāi)技術(shù)作為補充

　　3.3、 卷管理級容災(zāi)

　　卷管理級容災(zāi)有多種實現(xiàn)方式，而基于主機邏輯卷的同步數(shù)據(jù)復(fù)制方式以VERITAS Volume Replicator(VVR)為代表。VVR是集成于VERITAS Volume Manager(邏輯卷管理)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制軟件，它可以運行于同步模式和異步模式。在同步模式下，其實現(xiàn)原理如圖3.4所示。

　　圖3.4：應(yīng)用服務(wù)器實現(xiàn)同步遠(yuǎn)程復(fù)制

　　當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)起一個I/O 請求之后，必然通過邏輯卷層，邏輯卷層在向本地硬盤發(fā)出I/O請求的同時，將向異地系統(tǒng)發(fā)出I/O 請求。其實現(xiàn)過程如下：

　　第1步：應(yīng)用程序發(fā)出第一個I/O 請求;

　　第2步：本地邏輯卷層對本地磁盤系統(tǒng)發(fā)出I/O 請求;

　　第3步：本地磁盤系統(tǒng)完成I/O 操作，并通知本地邏輯卷“I/O 完成”;

　　第4步：在往本地磁盤系統(tǒng)I/O 的同時，本地主機系統(tǒng)邏輯卷向異地系統(tǒng)發(fā)出I/O 請求;

　　第5步：異地系統(tǒng)完成I/O 操作，并通知本地主機系統(tǒng)“I/O 完成”;

　　第6步：本地主機系統(tǒng)得到“I/O 完成”的確認(rèn)，然后，發(fā)出第二個I/O 請求。

　　因此，必須在生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的應(yīng)用服務(wù)器上安裝專用的數(shù)據(jù)復(fù)制軟件以實現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)制功能，并且兩個中心之間必須有網(wǎng)絡(luò)連接作為數(shù)據(jù)通道。

　　使用這種方式，對存儲系統(tǒng)沒有限制，同時可以在服務(wù)器層增加應(yīng)用遠(yuǎn)程切換功能軟件從而構(gòu)成完整的應(yīng)用級容災(zāi)方案。

　　但是，這種數(shù)據(jù)復(fù)制方式也存在一些明顯的不足：

　　i. 對軟件要求很高，生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的每一臺應(yīng)用服務(wù)器上都需要安裝專門的軟件，隨著服務(wù)器數(shù)目的增加，成本也線性增加。因此需要考慮軟件的采購成本，以及對應(yīng)用服務(wù)器平臺的支持。

　　ii. 每一個應(yīng)用服務(wù)器對應(yīng)一個節(jié)點，需要考慮實施、管理和維護的復(fù)雜性。

　　iii. 需要在服務(wù)器上運行軟件，不可避免的對服務(wù)器性能會有影響，占用服務(wù)器寶貴的CPU、內(nèi)存等資源。

　　iv. 不管是同步、還是異步方式，必須要考慮網(wǎng)絡(luò)性能。由于這些復(fù)制軟件是基于應(yīng)用級別的(在設(shè)備級別以上)，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)情況不佳的情況下，主機操作系統(tǒng)或者某個硬件的故障，會造成整個復(fù)制數(shù)據(jù)的不一致或完全損壞。而且，這類軟件也無法提供基于時間點的快照功能。

　　v. 存儲目標(biāo)數(shù)據(jù)的邏輯卷不能被業(yè)務(wù)系統(tǒng)所使用，屬于冷容災(zāi)方式。

　　3.4、 網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)

　　網(wǎng)絡(luò)級容災(zāi)主要是指基于虛擬存儲技術(shù)的容災(zāi)。使用虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品實現(xiàn)的遠(yuǎn)程復(fù)制原理如圖3.5所示。

　　圖3.5、虛擬化存儲產(chǎn)品實現(xiàn)遠(yuǎn)程復(fù)制

　　當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)起一個I/O 請求之后，向本地硬盤發(fā)出I/O請求必然經(jīng)過虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品，虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品向本地硬盤寫入數(shù)據(jù)，同時把數(shù)據(jù)的變化量保存到特定區(qū)域，通過不同的方式靈活的把數(shù)據(jù)同步到災(zāi)備中心。其實現(xiàn)過程如下所示：

　　第1步：應(yīng)用程序發(fā)出第一個I/O 請求，本地邏輯卷層把I/O 請求發(fā)送給虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品;

　　第2步：虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品向本地磁盤系統(tǒng)發(fā)出I/O請求，同時把數(shù)據(jù)的變化量保存到特定區(qū)域;

　　第3步：本地磁盤系統(tǒng)完成I/O 操作，并通知虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品“I/O 完成”;

　　第4步：虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品通知本地邏輯卷層“I/O 完成”，本地主機系統(tǒng)得到“I/O 完成”的確認(rèn)，然后，發(fā)出第二個I/O請求;

　　第5步：同時，虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品根據(jù)預(yù)設(shè)的策略把數(shù)據(jù)變化量同步到災(zāi)備中心;

　　第6步：異地系統(tǒng)完成同步，并通知本地系統(tǒng)“I/O 完成”。

　　可以看出，數(shù)據(jù)的寫入必須由虛擬化數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，存儲路徑變長，因此會對性能有些影響。

　　但是從容災(zāi)的實現(xiàn)角度來說，存儲虛擬化容災(zāi)基于存儲虛擬化技術(shù)，因此具有應(yīng)用層容災(zāi)和存儲設(shè)備容災(zāi)無法比擬的優(yōu)勢：

　　i. 整合各種應(yīng)用服務(wù)器(包括不同的硬件、不同的操作系統(tǒng)等)，并且無需在應(yīng)用服務(wù)器上安裝任何軟件，遠(yuǎn)程復(fù)制的過程不會對應(yīng)用服務(wù)器產(chǎn)生影響。

　　ii. 整合各種存儲設(shè)備(包括不同的廠商、不同的設(shè)備接口等)，因此存儲設(shè)備可以完全異構(gòu)，不同廠商不同系列的陣列可以混合使用，大大節(jié)約客戶方案復(fù)雜程度和實施難度。

　　iii. 方案的實施可以完全不在乎客戶現(xiàn)有的存儲設(shè)備是否支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)，大大保護客戶投資，增加了投資回報率。

　　iv. 生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的多個存儲設(shè)備可以作為一個統(tǒng)一的存儲池進(jìn)行管理，存儲空間利用率和存儲效率大大提高。

　　v. 針對不同的應(yīng)用服務(wù)器通過統(tǒng)一的平臺實現(xiàn)容災(zāi)，管理維護大大簡化。

　　vi. 通常存儲虛擬化產(chǎn)品能夠支持復(fù)制、鏡像等主流的容災(zāi)技術(shù)，用戶可以為不同應(yīng)用靈活選擇，制定“較適合”的容災(zāi)方案。

　　3.5、 存儲設(shè)備級容災(zāi)

　　通過存儲控制器實現(xiàn)的設(shè)備級數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程鏡像或復(fù)制是傳統(tǒng)容災(zāi)方式中較高效較可靠的方式?；诖疟P系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)復(fù)制功能實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)容災(zāi)，其實現(xiàn)原理如圖3.6所示。

　　圖3.6存儲設(shè)備實現(xiàn)同步遠(yuǎn)程復(fù)制

　　當(dāng)應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出一個I/O 請求之后，I/O 進(jìn)入本地磁盤控制器。該控制器一方面在本地磁盤系統(tǒng)處理I/O，同時通過專用通道、FC光纖通道(IP over FC)或者租用線路，將數(shù)據(jù)從本地磁盤系統(tǒng)同步復(fù)制到異地磁盤系統(tǒng)。其實現(xiàn)過程如下：

　　第1步：應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出第一個I/O 請求;

　　第2步：本地磁盤系統(tǒng)在處理I/O請求的同時，會向異地磁盤系統(tǒng)發(fā)出I/O 請求;

　　第3步：異地磁盤系統(tǒng)完成I/O 操作，并通知本地磁盤系統(tǒng)“I/O 完成”;

　　第4步：本地磁盤系統(tǒng)向應(yīng)用服務(wù)器確認(rèn)“I/O 完成”，然后，主機系統(tǒng)發(fā)出第二個I/O 請求。

　　因此，遠(yuǎn)程復(fù)制由生產(chǎn)中心和災(zāi)備中心的存儲系統(tǒng)完成，對應(yīng)用服務(wù)器完全透明。其缺點主要在于：

　　i. 不能跨越品牌，只能在相同的產(chǎn)品甚至是相同的型號之間實現(xiàn)容災(zāi)。

　　ii. 無法提供足夠的靈活性，且成本很高，并不能保護用戶之前在存儲上的投資。

　　iii. 兩個中心之間必須有專用的網(wǎng)絡(luò)連接作為數(shù)據(jù)通道，使得該容災(zāi)系統(tǒng)對通信線路的要求較高，初期成本也非常昂貴。

　　iv. 由于這些設(shè)備往往采用的是一些專用的設(shè)備和通信方式，安裝維護都比較復(fù)雜，往往由于設(shè)置的不周全或者通信距離或線路的限制，造成容災(zāi)系統(tǒng)實施的失敗。

　　3.6、 容災(zāi)方式比較

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