华为OceanStor 企业统一存储系统远程复制技术白皮书

华为OceanStor 企业统一存储系统远程复制技术白皮书文档版本01 发布日期 2014-03-20华为技术有限公司版权所有© 华为技术有限公司2014。

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华为技术有限公司地址：深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼邮编：518129网址：目录1 概述 (1)2 HyperReplication技术原理 (2)2.1 HyperReplication设计思路 (2)2.2 HyperReplication/S的工作原理 (2)2.3 HyperReplication/S的主要功能 (3)2.4 HyperReplication/S的灾备流程 (6)2.5 HyperReplication/A的工作原理 (6)2.6 HyperReplication/A的主要功能 (7)2.7 HyperReplication/A的灾备流程 (9)3 HyperReplication技术特点 (10)3.1 基于Cache的多时间点技术 (10)3.2 Block IO技术 (10)3.3 灵活的组网方式 (11)3.4 可变的网络连接 (13)3.5 支持动态改变拷贝速率 (13)3.6 大规格 (13)3.7 高扇出复制比 (13)3.8 互为镜像 (14)4 HyperReplication应用场景 (15)4.1 中央容灾备份站点 (15)4.2 Active-Active持续业务站点 (16)5 华为OceanStor企业统一存储系统容灾解决方案技术实施要求 (17)6 HyperReplication配置说明 (19)缩略语表/Acronyms and Abbreviations (24)远程复制技术白皮书修订记录/Change History修订记录/Change History远程复制技术白皮书 1 概述1 概述随着各行业数字化进程的推进，数据逐渐成为企事业单位的运营核心，用户对承载数据的存储系统的稳定性要求也越来越高。

虽然不少存储厂商能够向用户提供稳定性极高的存储设备，但还是无法防止各种自然灾难对生产系统造成不可恢复的毁坏。

为了保证数据存取的持续性、可恢复性和高可用性，远程容灾解决方案应运而生，而远程复制（Remote Replication）技术则是远程容灾方案中的关键技术之一。

OceanStor企业统一存储系统的远程复制软件名称为HyperReplication，可以实现数据迁移、异地容灾和灾难后数据恢复。

HyperReplication至少需要两套OceanStor企业统一存储系统构成，这两套存储阵列通常被称为远程复制的主端与从端。

远程复制主从端可以放在同一个机房、同一个城市或者相距上千公里的两地。

HyperReplication支持两种复制模式：1)同步远程复制：实时地同步数据，最大限度保证数据的一致性，以减少灾难发生时的数据丢失量。

2)异步远程复制：周期性地同步数据，最大限度减少由于数据远程传输的时延而造成的业务性能下降。

对于异步远程复制，业界友商在实现方式上有的采用日志方式，有的采用周期式复制数据集的方式，也有采用周期式复制快照的方式。

日志方式对主LUN IO的影响较小，但不会合并重复地址的数据，对复制带宽和日志量的占用最高；周期式复制快照的方式正好相反；周期式复制数据集的方式相当于两者的折中。

OceanStor企业统一存储系统远程复制基于CACHE多时间点缓存技术，采用周期式复制快照的方式，通过缩短同步周期，降低IO悬挂、COW等对主LUN性能的影响，使异步远程复制性能达到业界最优。

表1-1术语清单2 HyperReplication技术原理2.1 HyperReplication设计思路在设计远程复制时，需要考虑以下几个设计需求：1)尽可能保证主、从LUN之间的紧密同步，从而减少灾难发生时的数据丢失量；2)尽可能减少系统对前台应用程序的写延迟，从而达到减少系统响应时间、提高数据吞吐量和性能的效果；3)在异常或灾难发生时，能够保证主站点和从站点数据可用性。

由于通信链路上存在不可避免的延时，前两个设计需求几乎不可能同时最优化：当前者达到最优时，主站点收到本地I/O写操作后，立即发向从站点，等待写I/O同时写入主LUN和从LUN后才返回主机写完成，这种方式称为同步远程复制；当后者达到最优时，主站点先记录收到的I/O写操作导致的差异，写入主LUN后就立即返回写完成，当差异累积到一定程度时（或经过一段固定的时间）再一次性把所有差异更新到从站点的从LUN，这种方式称为异步远程复制。

无论是同步远程复制还是异步远程复制，都必须满足第三个设计需求：任何情况下的数据可用性。

2.2 HyperReplication/S的工作原理OceanStor企业统一存储系统的同步远程复制利用日志原理实现主、从LUN的数据一致性，其实现原理如下：1)当主站点的主LUN和远端复制站点的从LUN建立同步远程复制关系以后，默认情况下会启动一个初始同步，也就是将主LUN数据全量拷贝到从LUN；2)如果在同步时主LUN收到生产主机写请求，将主机写请求同时写主端和从端，若要写入位置的数据块正在拷贝，需要等待该数据块拷贝完成后分别写入主LUN和从LUN；3)初始同步完成以后，主、从LUN数据完全一致。

同步远程复制按照下面的流程进行I/O处理：①主站点接收生产主机写请求，记录这个I/O对应数据块的差异日志值为“有差异”；②主站点将写请求的数据写入主端CACHE,同时利用配置好的链路将写请求发送到远端从站点，主端CACHE同时将数据刷盘；③从站点收到主端的写IO数据，将数据写入从端CACHE后返回主端结果，同时CACHE将数据刷盘。

主端收到从端结果后判断写主端CAHE和写从端CACHE的执行结果，如果都成功，则将差异日志改为“无差异”，否则保留“有差异”，在下一次启动同步时重新拷贝这一个数据块；④向主机返回写请求完成。

2.3 HyperReplication/S的主要功能零数据丢失OceanStor企业统一存储系统同步远程复制对主、从LUN同时进行数据更新，能够保证RPO为0。

利用同步远程复制建立的容灾系统，能够实现灾难恢复级别较高的数据级容灾（“第6级：数据零丢失和远程集群支持”）。

支持分裂模式OceanStor企业统一存储系统同步远程复制支持分裂模式，在分裂状态下，生产主机的写请求只会写到主LUN，并通过差异日志来记录主、从LUN数据之间的差异。

当用户希望重新保持主、从LUN数据一致时，可以进行一次手动启动同步操作，同步过程就是将差异日志中标为“有差异”的数据块从主LUN增量拷贝到从LUN的过程，其I/O处理原理与初始同步的原理类似。

分裂模式可以灵活地满足用户的一些需求：如暂时性的链路维修、网络带宽扩容、需要从LUN保存某一个时间点的数据等等。

快速响应故障和故障恢复OceanStor企业统一存储系统同步远程复制检测到系统故障（包括链路断开、主LUN或从LUN故障导致的IO错误等等）时能够立即进入断开状态。

在断开状态下，同步远程复制的I/O处理原理与分裂时类似，只将I/O写入主LUN并记录差异（注意：若故障为主LUN故障，那么在故障排除之前主LUN无法接收生产主机的I/O请求）。

当这些故障排除时，同步远程复制可以在极短的时间内根据恢复策略进行相应的操作：如果恢复策略为自动恢复，同步远程复制会自动进入“同步”状态，将有差异的数据增量同步到从LUN；如果恢复策略为手动恢复，同步远程复制会进入“待恢复”状态，等待用户手动启动同步。

由于断开后的同步采用的是增量同步，可以大大地减少同步远程复制的灾难恢复时间。

支持从LUN可写功能从LUN可写是指从LUN可以接收来自主机的数据。

OceanStor企业统一存储系统同步远程复制支持从LUN可写，使备用生产主机能够直接读写从LUN数据，该功能主要有两类应用场景：1)用户需要在不影响主LUN业务的情况下使用从LUN进行数据分析、挖掘；2)当主站点生产阵列故障，从站点的灾备阵列需要接管业务，但无法进行正常的主从切换或无法与生产阵列正常通信。

默认情况下，远程复制从LUN是只读的，如果主LUN出现故障，需要管理员执行“取消远程复制从LUN写保护”操作，手动设置从LUN为可写，以便从站点灾备阵列能够接管主机业务，保证业务持续运行。

同步远程复制设置从LUN可写有以下两个条件：1)远程复制处于分裂或异常断开状态；2)远程复制从LUN数据必须是完整的（当从LUN数据不完整时，从LUN数据此时不可用，不能设置为从LUN可写）。

OceanStor企业统一存储系统支持对从LUN的写记录差异，当主站点生产阵列恢复后，可通过比较主从差异，进行增量同步来使得灾难恢复后业务快速回切。

支持复制的主从切换主从切换是指远程复制对中LUN的主从关系转换的过程。

OceanStor企业统一存储系统同步远程复制支持用户进行主从切换操作。

主从切换取决于从LUN数据状态，从LUN数据状态标识了从LUN当前数据的可用情况，分“完整”和“不完整”两种。

1)完整：从LUN上的数据是主LUN之前一个时间点的副本，此时从LUN的数据是可用的，但不一定与当前的主LUN数据完全一致；2)不完整：从LUN上的数据不是主LUN之前一个时间点的副本，从LUN的数据不可用。

如上图所示，主站点的主LUN在切换后变成了新的从LUN，而从站点的从LUN在切换后变成了新的主LUN。

经过一些在主机侧的简单操作以后（主要是将新主LUN映射给备用生产主机，也可提前映射），从站点的备用生产主机接管业务并对新主LUN下发读写请求。

进行主从切换时，从LUN数据状态必须为“完整”，主从切换完成后进行的同步为增量同步，即只拷贝差异数据。

同步远程复制进行主从切换的条件如下：1)同步远程复制在正常状态下可以进行主从切换；2)分裂状态下，需要设置从LUN可写才能进行主从切换。

一致性组相关功能在大中型数据库应用中，数据、日志、修改信息等存储在磁盘阵列的不同LUN中，缺少其中一个LUN的数据，都将导致其他LUN中的数据失效，无法继续使用。