數據備份系統

數據備份是指為了防止由於操作失誤、系統故障等人為因素或意外原因導致數據丟失，而將整個系統的數據或者一部份關鍵數據通過一定的方法從主計算機系統的存儲設備中複製到其它存儲設備的過程。

基本介紹

• 中文名：數據備份系統
• 外文名：data backup system
• 實質：將數據進行備份的軟體系統
• 套用領域：計算機
• 說明：防止系統故障導致數據丟失
• 主要技術：LAN備份

背景

網路技術的飛速發展和網路的日益普及，建設網路的最根本目的就是更方便地傳遞信息。 如果不能保障信息的安全，那么對網路的大量投資也將失去原來的意義。數據作為信息套用的核心，其重要性不言而喻。 因此，人們在建立網路信息系統時，會對重要的數據進行備份，以便在系統遭到破壞時，能夠儘快恢複數據，保證系統的高可用性。

傳統的備份方法有較大的局限，因為傳統的備份主要是採用磁帶機、光碟和磁碟進行冷備份，備份介質同時也在機房中統一管理，一旦整個機房出現了災難，這些備份介質也隨之銷毀，這樣的備份將起不到任何災難備份功能。 所以先進的數據備份系統就是要避免傳統冷備份的先天不足， 能在災難發生時，全面、及時地通過網路恢覆信息系統。

簡介

概念

數據備份是指為了防止由於操作失誤、系統故障等人為因素或意外原因導致數據丟失，而將整個系統的數據或者一部份關鍵數據通過一定的方法從主計算機系統的存儲設備中複製到其它存儲設備的過程。當主計算機系統的數據由於某種原因丟失或不可用時，可以利用複製的數據進行恢復，從而保持數據的完整與業務的正常進行。因此，可以說，數據備份主要解決的是數據的可用性問題。

策略

備份策略的制定是備份系統的一個重要部分，備份策略的選擇依賴於數據的重要性、允許備份的可用時間以及其它的一些因素。 一般來說，主要有3種備份策略。

1、完全備份（full backup）

執行數據全部備份操作， 每天對自己的系統進行完全備份。 這種備份策略的好處是很直觀，而且當發生數據丟失的災難時， 只要用災難發生前一天的備份就可以恢復丟失的數據。然而它亦有不足之處，首先，由於每天都對整個系統進行完全備份，造成備份的數據大量重複，這些重複的數據占用了大量的磁帶和磁碟空間，這對用戶來說就意味著增加成本。其次，由於需要備份的數據量較大，因此備份所需的時間也就較長。 對於那些業務繁忙、數據量大、備份時間有限的單位來說，選擇這種備份策略是不明智的。

2、增量備份（incremental backup）

增量備份相對全備份而言，只備份上一次備份後數據的改變數。這種備份的優點很明顯，沒有重複的備份數據，節省磁帶或磁碟空間，又縮短了備份時間。 但它的缺點在於當發生災難時，恢複數據比較麻煩。 另外，這種備份的可靠性也很差。 在這種備份方式下，各盤磁帶間的關係環環相連，其中任何一盤磁帶出了問題都會導致整個備份鏈條脫節。

3、差量備份（differential backup）

差量備份是指每次備份的數據是相對於上一次全備份之後新增加的和修改過的數據。管理員先在星期一進行一次系統完全備份：然後在接下來的幾天裡，再將當天所有與星期一不同的數據（增加的或修改的）備份到磁帶上。差量備份策略在避免了以上兩種策略的缺陷的同時， 又具有了它們的所有優點。首先，差量備份無需每天都做系統完全備份，因此備份所需時間短，並節省磁帶空間，它的災難恢復也很方便，系統管理員只需兩盤磁帶，即系統全備份的磁帶與發生災難前一天的備份磁帶，就可以將系統完全恢復。

結構

不同的備份方法，其效果不同，主要表現在性能、自動化程度、對現有系統套用的影響程度、管理、可擴展性等方面。 常見的數據備份系統主要有Host-Based、LAN-Based和基於SAN結構的LAN-Free、Server-Free等多種結構。

主機備份

基於主機（Host-Based） 的備份是傳統的數據備份技術，在這種備份架構中，磁帶讀寫設備直接連線在某台需要備份數據的套用伺服器上，為該伺服器提供數據備份服務。Host-Based備份架構的優點是備份管理簡單，數據傳輸速度快；缺點是不利於備份系統的共享，不適合有多個伺服器需要備份的大型信息系統的數據備份要求。

區域網路備份

基於區域網路（LAN-Based）備份架構中數據的傳輸是以網路為基礎的。 將區域網路中一台伺服器配置為備份伺服器，由備份伺服器負責管理整個系統的備份任務。 磁帶讀寫設備可以連線在某台伺服器（稱為介質伺服器）上，多個需要備份數據的套用伺服器將需要備份的數據通過區域網路傳輸到磁帶庫中實現備份。在區域網路中，備份伺服器、介質伺服器和套用伺服器可以是同一台伺服器，介質伺服器也可以是多台，這種靈活的架構，可以適應大型區域網路數據備份的需要。

LAN-Based備份結構的優點是可以共享磁帶庫以節省投資，同時可以實現集中的備份管理；它的缺點是大量的備份數據需要通過網路傳輸，對網路頻寬和備份視窗的壓力比較大。

LAN-Free備份

所謂LAN-Free Backup， 就是指釋放網路資源的數據備份方 式。 LAN-Free結構的備份系統是建立在數據存儲網（SN，Storage Network）上的一種全新體系結構。

備份伺服器向套用伺服器傳送指令，指揮套用伺服器將數據備份到磁帶庫中。 在這個過程中，龐大的備份數據流沒有流經LAN 網路，而是通過數據存儲網，直接從磁碟存儲系統傳送到磁帶庫內，因此無需占用網路頻寬 （LAN-Free），為網路節約了寶貴的頻寬資源。 因此基於SN 的備份是一種徹底解決傳統備份需要占用LAN 頻寬問題的方案。

LAN-Free的優點是數據備份統一管理、備份速度快、網路傳輸壓力小、能夠實現磁帶庫資源共享。但缺點是實現複雜，需要成本較高。

Server-Less備份

在前面的備份架構中，需要備份的數據需要通過套用伺服器備份到存儲設備中， 大量的數據I/O無疑增加了套用伺服器的工作負荷。

Server-Less Backup技術就是以全面釋放網路和伺服器資源為目的的。 其實現架構如圖所示。Server-Less Backup 技術的核心就是在存儲區域網（SAN，Storage Area Network）的交換層實現數據的傳輸工作。這樣，大量的備份數據不僅無需經過網路，而且也不必經過套用伺服器的匯流排（套用伺服器僅需發布少量數據備份控制命令），就可以完全保證網路和套用伺服器的高效運行。

目前一些廠商已經推出了自己在這方面的相關產品和解決方案。 但Server-Less備份技術總體來說還不太成熟，主要表現在產品的成熟性和開放性還不夠， 對硬體的要求比較嚴格，兼容設備還不是很多。

軟體設計

系統性能分析

一套完整的專業數據備份系統，包括備份硬體和備份管理軟體兩部分。 優秀的備份軟體是完成備份的基礎，在很大程度上影響著備份的效率。 一般而言，專業的數據備份系統通常具備以下特性：①備份作業集中管理；②跨平台備份與恢復；③自動化備份與恢復；④大型資料庫的備份與恢復；⑤系統災難恢復；⑥節省系統資源和網路頻寬；⑦備份設備和介質管理；⑧安全性和可靠性。

軟體系統組成

基於網路的數據備份軟體在設計上採用多層體系結構，功能模組一般包括:系統管理界面、備份伺服器、介質伺服器、備份客戶端，以及各種套用代理。這些功能模組相對獨立，軟體系統結構如圖5所示：軟體系統的各模組功能如下：

1、系統管理界面主要用於顯示、配置備份作業信息，並實時查看備份日記、備份進程等信息。

2、備份伺服器主要負責備份作業的調度與執行，管理存儲介質和存儲設備，生成備份日誌，向管理界面發出警報等。

3、備份客戶端安裝於需要備份的套用伺服器上，執行備份伺服器程式以及對遠程伺服器和工作站進行查詢，使備份伺服器能訪問工作站的目錄和驅動器。具體執行伺服器和工作站的檔案系統備份任務，執行備份數據壓縮和恢複數據解壓縮功能，及與套用代理程式通信並傳遞和恢複數據。

4、套用代理與備份客戶端安裝在同一台套用伺服器上， 主要功能包括：通過數據源的備份接口獲取需要備份的數據，通過數據源的備份接口恢複數據，與備份客戶端通信並接受備份和恢復指令和數據流。

5、介質伺服器主要實現備份介質的讀取和寫入，接受備份數據，並寫入存儲設備，如磁帶、硬碟、光碟等。 數據恢復時從備份介質中讀取數據，傳送給備份客戶端。