(朱立谷)基于备份_复制和镜像的数据库高可用技术的研究

基于备份、复制和镜像的数据库高可用技术的研究朱立谷(湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭411105)摘　要:分析和研究了在相同用户环境下采用备份、复制和镜像技术时所能获得的不同效果,通过实例阐明了这三种技术如何配合使用来达到企业数据库高可用的目的,同时指出了新技术对它们的影响。

关键词:高可用;备份;复制;镜像;数据库;SAN中图法分类号:TP302.7 文献标识码:A 文章编号:1001-3695(2002)04-0041-03Evaluation of Backup,Replication and Mirroring Technologyfor High Availability DatabasesZHU Li-gu(Institute of Infor mation,Xiangtan Unive rsit y,Xiangtan Hunan411105,C hina)A bstract:In this paper,we describe the efficiency of backup,replication and mirroring technology for high availabilit y databases. Through an example,we make it clear how to realize databases high availability by usin g th ose techniques together.We also describe the influence of S AN upon th ose techniq ues.Key words:High Availability;Backup;Replication;Mirroring;Database;S AN 随着计算机应用的迅速发展,中小型企业都有了各种不同的事务处理和数据库管理系统,如何保证这些系统的数据库可用性是管理员主要任务之一。

然而,很多管理员在讨论数据库高可用技术方案时,会对备份、复制与镜像以及高可用集群、容灾中心等技术混淆,显得无所适从,如果采用的方案不好,会浪费企业资源,还会给管理带来麻烦。

尤其是备份、复制与镜像,虽然这三种技术都是传统的技术,在数据库高可用的方案中应用极其广泛,并且它们都是把磁盘上的数据另做一份拷贝,并存储在另外一个地方,但其应用范围和效果有很多不同之处。

研究表明[1],仅复制技术如采用不同的设计,所获得的效果是不同的。

本文将分析和研究在相同应用环境下三种技术应用时所能获得的不同效果,以及如何正确应用这些技术以达到数据库高可用的目的。

1　备份、复制与镜像介绍1.1　备份备份通常指将数据的拷贝放在价格比较便宜的介质(如磁带、MO)上。

它是一种防止意外数据丢失的方案。

一般有本地备份和网络备份两种方式,如图1和图2所示。

图1　本地备份 图2　网络备份对数据库的备份一般应采用备份软件来完成。

备份软件中的数据库代理可以在数据库工作时进行备份,同时,备份软件能大大地提高备份系统的传输率和性能。

1.2　复制复制通常指通过标准网络协议(连接)把数据从一个系统拷贝到另一个系统(见图3)。

复制的基本原理是:定期地扫描数据,寻找新的或被更新的数据,并把它们拷贝到另一个系统。

具体做法是:复制系统维护自己需要的数据状态的信息,并使用这些状态信息与磁盘上的信息相比较,从而获得更改信息。

在服务器上运行一个守护进程,可以定期地扫描数据,获得数据的更改情况。

1.3　镜像镜像是磁盘镜像的简称。

数据库一旦建立镜像,产生的每个I/O操作都在两个磁盘上执行,而两个磁盘看起来就像一个磁盘一样。

镜像磁盘(见图4)在配置时确定磁盘的主次,一般数据首先被发送到主磁盘,然后被发送到从磁盘。

　图3　通过TCP/IP网络的复制 图4　磁盘镜像镜像有三种实现方式:软件镜像、主机I/O控制器镜像和外部磁盘阵列子系统。

外部磁盘子系统不但可以在一个子系统内实现镜像,还可以实现远程磁盘镜像,EMC,I BM,HP,SUN,CO MPAQ都有这种磁盘阵列解决方案;主机I/O控制器镜像可以是独立的R AID卡,也可以集成在主机板上,IBM,HP,COMPAQ等厂家的PC Serv-er都集成了R AID功能;大多数服务器操作系统和文件系统提供了基本的磁盘镜像功能,卷管理软件也提供了·41·第4期朱立谷:基于备份、复制和镜像的数据库高可用技术的研究 收稿日期:2001-09-16镜像功能。

通过软件实现磁盘镜像,尤其是卷管理软件,实现磁盘镜像的方式也是非常灵活的。

由于软件技术的发展,目前的镜像并不限于两个磁盘,而可能是两个磁盘上的相同大小的分区,或者是两个磁盘子系统上或两个磁盘子系统上的分区。

2　备份、复制与镜像的比较2.1　灵活性和适用场合上述三种技术均能产生数据的拷贝,因此无论是管理系统破坏还是发生灾难情况,它们均可对数据在一定程度上进行保护。

在没有任何出错的情况下,这些数据拷贝还可以用于数据分析、数据挖掘等用途。

通常,备份的目标是防止用户错误或恶意地对数据进行修改和删除,以及病毒对文件和系统的破坏,或意外的灾难导致数据和系统的破坏;因此,备份是一个非常有效的防止意外数据丢失的方案。

一般认为,如果不是每天做数据备份,那就不是一个负责任的系统管理员。

通过采用适当数量的磁带建立一个基于策略的磁带循环的备份方案,可以适合于不同企业的需求。

例如,按照企业的业务周期,可以按季度、月或周对备份的数据进行归档,作为历史记录和核算。

复制系统有非常灵活的配置:一对一,一个数据源复制到一个目标系统上;多对一,多个数据源集中复制到一个目标系统上;也可以一对多,一个数据源复制到多个目标系统上。

一对多的情况最适合的应用是文件分发,如一个有多台机器的Web服务器的机群,只要选定其中一台主机作为数据源服务器,其它作为目标服务器,当主页需更新时,只需更新作为数据源的服务器,其它服务器会通过复制技术自动更新。

多对一,显然是非常经济合算的解决方案。

复制系统中,可以检测到的数据对象的更改精度是关键的。

复制的最小单元是文件,但复制系统能够跟踪文件内的变化,因此,复制系统只需拷贝改变部分的数据。

在源服务器失败的情况下,利用这些复制的数据可以在目标服务器上迅速启动数据库和应用系统,从而实现数据库系统的高可用性。

同时,在源服务器正常的情况下,这些复制的数据可以用于数据挖掘、分析等用途,这样可以保证生产机不受任何影响地高效运行。

实现磁盘镜像的根本原因在于,当一个磁盘驱动器失败时,不会有任何数据丢失,而且系统可以依旧访问数据。

因此镜像是一个最安全的全数据保护技术。

功能较多的卷管理软件可以随意打断镜像关系,利用这种功能可以实现数据备份。

在SAN的环境下也可以利用这种功能,其它系统通过导入已经打断镜像的磁盘,利用该磁盘上的数据进行数据挖掘和分析等。

2.2　数据库的灾难恢复灾难恢复可以分两种情况:⑴用户错误或程序错误导致数据丢失;⑵磁盘失败和主机失败,数据部分或者全部丢失。

对于第一种情况,备份软件可以轻易从备份磁带中恢复丢失的数据;对于第二种情况,数据能恢复到最后一次备份时的状态。

由于备份总是过时的,必须根据系统情况,通过制定合理的备份策略来减少数据丢失,如增加备份次数。

复制可以设置为连续和不连续两种。

连续复制时复制数据与数据源差别较少,因此,复制无法恢复第一种情况丢失的数据;对第二种情况的数据恢复很好,只有极少的数据丢失。

这取决于当时数据量、网络带宽设置及系统配置等。

一般情况下这种损失是可以容忍的。

显然,如前所述,镜像能够安全地度过单个磁盘失败的灾难;但对其它情况的灾难,没有恢复能力。

2.3　数据库失败的恢复数据库失败指的是由于用户或应用程序错误造成数据库逻辑结构破坏导致数据库无法启动的情况。

针对数据库失败,利用备份软件可以将数据库恢复到最后一次备份时的完好状态,然后利用数据库的日志文件可将数据全部恢复。

复制设置为不连续时,如每天同步一次,只要数据库不是正在进行复制时失败,这样复制数据库是完好的,此时,只需将复制的数据拷贝回数据库服务器,再利用数据库的日志恢复其它数据。

可见,复制对数据的恢复速度更快,更方便。

对这种情况镜像无法进行数据恢复。

2.4　数据库一致性数据库一致性指的是数据库的正确性和相容性。

如前所述,数据库备份通常是通过备份软件的数据库代理程序来完成的,这些代理程序能够与数据库系统无缝集成。

因此,即使是在数据库非常忙碌时,通过代理程序进行数据库备份也能保证数据库的一致性;有的备份软件代理程序还可以对备份的数据库进行一致性检查。

复制技术数据库一致性的保证取决于它扫描源文件时的精度。

目前的复制软件一般能跟踪文件内部变化,精确到块级,所以,对数据库一致性有较好的保证。

两个镜像磁盘I/O操作基本同步,因此镜像磁盘上数据库的一致性最好。

在主盘失败的情况下,从盘升为主盘,对数据库的读写操作不会产生影响,因此不会破坏数据库的一致性。

2.5　数据库的可用性数据库的可用性指的是数据库服务器所提供服务的时间与一年的时间比例,它指的是数据库的存取能力。

由于磁盘失败和灾难或者系统升级均会造成数据库服务器宕机,对此最好的对策是采用高可用集群软件来保证数据库服务器的高可用。

显然,单独使用本文所述的三种技术时,数据库可用性在不同情况下是不同的。

如果发生磁盘破坏,镜像不会造成停机;复制可以迅速将复制的数据拷贝回源系统,从而快速恢复数据库;但从磁带恢复数据库时,速度就不会很快,需要一定的时间。

如果发生数据库逻辑破坏,显然,镜像根本无法恢复数据;复制也有可能无法恢复数据;备份却能保证正确地恢复数据库,并且能以最快的速度恢复数据库,从而保证了数据库的可用性。

由此可见,这三种技术不是独立使用的,而应该是互相配合的。

2.6　对数据库性能的影响传统的备份对数据库的影响非常大。

本地备份时,·42· 计算机应用研究2002年备份软件会产生大量的进程(服务),会消耗大量CPU 、内存资源;采用网络备份时,大量的备份数据从网络进行传输,占用了大部分网络带宽,当数据量巨大时,甚至会造成L AN 崩溃。

同时,这两种情况下都会产生大量的磁盘I /O 。

新技术的不断出现,尤其是SAN 的出现,基于SAN 的备份可以基本解决上述问题。

复制对数据库的影响不大。

在数据库服务器复制引擎仅是基于文件系统或卷级扫描时程,复制过程产生的I /O 数据很少,复制占用的网络带宽可以进行设置,因此,可以保证在系统和L AN 忙碌时复制不影响数据库的运行。

磁盘镜像会产生两次数据存储,这样浪费了处理器周期。

但写操作只占整个磁盘操作一小部分,大部分磁盘操作是读操作。