高校容災(zāi)備份方案 2.0

本文敘述了高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)容災(zāi)備份方案 2.0 的應(yīng)用探索和實踐，介紹了數(shù)據(jù)庫雙活、應(yīng)用秒級容災(zāi)和數(shù)據(jù)級實時備份、虛擬化平臺備份等綜合性創(chuàng)新應(yīng)用，滿足當(dāng)前教育信息化 2.0 行動計劃的信息安全需求，助力高校在等保、容災(zāi)、數(shù)據(jù)同步等方面的發(fā)展。

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)庫雙活 容災(zāi) CDP 虛擬化備份

一、行業(yè)背景

新一代信息技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能的飛速發(fā)展，給教育信息化的騰飛插上了翅膀，大部分的教育機(jī)構(gòu)也在“教育信息化 2.0 行動計劃”的發(fā)展綱要下，實現(xiàn)教育方式的信息化、智能化。但是在信息安全的容災(zāi)備份領(lǐng)域，大部分的學(xué)校還處于傳統(tǒng)的容災(zāi)備份階段，我們稱之為 1.0 時代，它的主要特征如下：

設(shè)備日趨老化，計算、存儲的擴(kuò)容等待時間長，如果不盡快解決數(shù)據(jù)海量增長帶來的信息安全風(fēng)險問題，當(dāng)風(fēng)險發(fā)生時，數(shù)據(jù)丟失不可避免；

既有的備份系統(tǒng)不完備，多采用定時備份、本地備份的模式，備份時間窗口大、周期長，數(shù)據(jù)存在無法恢復(fù)或丟失的風(fēng)險較高；

相當(dāng)多的信息系統(tǒng)未考慮應(yīng)用容災(zāi)和業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求，異地容災(zāi)沒有規(guī)劃建設(shè)；

系統(tǒng)未按等級劃分，不滿足等級保護(hù)和分級保護(hù)的監(jiān)管要求。

△備份

容災(zāi)備份方案 1.0 適應(yīng)了與之對應(yīng)的信息化應(yīng)用：系統(tǒng)彼此獨立、數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)量小等，但隨著教育信息化的不斷拓展，云計算、大數(shù)據(jù)及虛擬化的不斷發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)開始慢慢地集成和融合，應(yīng)用數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，而教育方式的互聯(lián)網(wǎng)化，打破了教學(xué)模式對時間和地點的限制。在這種背景下，高校等教育機(jī)構(gòu)對教學(xué)系統(tǒng)的容災(zāi)備份系統(tǒng)的 RPO、RTO 提出了更高的要求。

二、容災(zāi)備份方案 2.0 建設(shè)分析

1.建設(shè)必要性

技術(shù)架構(gòu)在快速迭代，數(shù)據(jù)在不斷增加，應(yīng)用場景也在持續(xù)更新，容災(zāi)備份系統(tǒng)如果還停留在傳統(tǒng)的方式，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障、網(wǎng)絡(luò)攻擊、邏輯錯誤等導(dǎo)致停機(jī)或數(shù)據(jù)丟失，都會影響正常的教學(xué)工作，如：

數(shù)據(jù)庫邏輯錯誤：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)出現(xiàn)邏輯錯誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫無法啟動，系統(tǒng)無法正常工作，只能通過每日定時備份數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)或恢復(fù)，恢復(fù)時間約為5小時，且恢復(fù)的數(shù)據(jù)也是最近的定時備份時間點數(shù)據(jù)，非最新的數(shù)據(jù)，會造成數(shù)據(jù)丟失。

硬件單點故障：采用了單機(jī)模式或共享存儲模式的環(huán)境，底層硬件磁盤或存儲出現(xiàn)問題，那么單機(jī)環(huán)境或傳統(tǒng)集群都無法進(jìn)行正常業(yè)務(wù)，只有當(dāng)硬件或存儲修復(fù)完成，才可以進(jìn)行正常的生產(chǎn)業(yè)務(wù)。

虛擬化平臺故障：隨著高校信息快速發(fā)展，對虛擬化平臺建設(shè)越來越重視，通過虛擬化平臺實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用和性能資源統(tǒng)一運維管理，如果虛擬化平臺出現(xiàn)故障會直接影響相關(guān)應(yīng)用業(yè)務(wù)，通常是采用重新搭建虛擬服務(wù)器環(huán)境和業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)境以及恢復(fù)數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)才能正常運行。

2.建設(shè)目標(biāo)

充分考慮當(dāng)前信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并借鑒目前網(wǎng)絡(luò)安全法、等保 2.0 等政策法規(guī)對高校信息系統(tǒng)安全的要求，建設(shè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)容災(zāi)備份保護(hù)需要達(dá)到以下目標(biāo)：

規(guī)劃好系統(tǒng)的等級保護(hù)和分級保護(hù)；

數(shù)據(jù)損壞、丟失能以最小顆粒度恢復(fù)；

實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)容災(zāi)，故障快速接管恢復(fù)；

無需更改架構(gòu)，對系統(tǒng)性能的開銷影響小。

綜上，信息系統(tǒng)的容災(zāi)備份，已成為災(zāi)難發(fā)生時確保業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)可用性的重要手段。容災(zāi)備份方案 2.0 需要建設(shè)一套實時性更強(qiáng)的容災(zāi)備份系統(tǒng)，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時備份保護(hù)及應(yīng)用級業(yè)務(wù)接管，以符合下圖的數(shù)據(jù)級向應(yīng)用級容災(zāi)備份的趨勢。

△容災(zāi)級別與能力

三、容災(zāi)備份方案 2.0 的創(chuàng)新應(yīng)用

容災(zāi)備份方案 1.0，有基于硬件存儲層架構(gòu)，也有基于應(yīng)用層架構(gòu)。基于硬件存儲層方案，建設(shè)和運維成本比較高。基于應(yīng)用層方案，只對幾種應(yīng)用系統(tǒng)有比較好的兼容性；同時，對整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有一定的要求，比如要有專門的心跳網(wǎng)絡(luò)以及需要共享存儲。

1.0 方案共同點是避免不了硬件故障導(dǎo)致的應(yīng)用服務(wù)停止，同時需要一定的采購建設(shè)成本，無法真正的保證應(yīng)用業(yè)務(wù)的可持續(xù)性。英方軟件基于超低時延的數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)，針對云和大數(shù)據(jù)環(huán)境下行業(yè)對容災(zāi)備份的新要求，提出了容災(zāi)備份方案 2.0。

△容災(zāi)備份方案 2.0

2.0 方案覆蓋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)故障、應(yīng)用系統(tǒng)故障、單機(jī)單點故障、邏輯錯誤&病毒攻擊、自然災(zāi)害等場景，滿足高校在數(shù)據(jù)庫雙活、云災(zāi)備、容災(zāi)秒級接管、數(shù)據(jù)持續(xù)保護(hù)等容災(zāi)備份需求，具備了多層次、多策略、全域的特征優(yōu)勢，其重要功能應(yīng)用如下：

1.Oracle RAC 數(shù)據(jù)庫集群容災(zāi)備份

通過數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)化同步軟件 i2Active，對 Oracle RAC 數(shù)據(jù)庫集群環(huán)境的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行一對一的雙活保護(hù)，即災(zāi)備到對應(yīng)單機(jī) Oracle 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)。i2Active 通過實時解析 Oracle 數(shù)據(jù)庫在線事務(wù)日志，實時傳輸?shù)絺涠耍趥涠藞?zhí)行解析到的事務(wù)日志中的指令，進(jìn)行裝載，保證主備兩端的數(shù)據(jù)一致。

△i2Active 架構(gòu)圖

i2Active 能夠?qū)崿F(xiàn) Oracle 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的異構(gòu)實時同步，并且備端始終處于在線狀態(tài)，可以為主端提供查詢服務(wù)。當(dāng)生產(chǎn)中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，備端業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以快速接管生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。當(dāng)生產(chǎn)中心業(yè)務(wù)系統(tǒng)恢復(fù)正常后，可快速進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)持續(xù)性及數(shù)據(jù)完整性。該應(yīng)用亮點如下：

DDL/DML 一體化實時同步；

全圖形化操作，豐富的功能和配置；

支持多種映射方式；

備庫動態(tài)裝載，分擔(dān)生產(chǎn)壓力；

故障切換快捷簡單，容錯處理機(jī)制；

自主研發(fā)，滿足國產(chǎn)化趨勢。

2.單機(jī)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實時容災(zāi)備份

通過應(yīng)用高可用軟件 i2Availability，對單機(jī)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行一對一應(yīng)用級高可用保護(hù)（業(yè)務(wù)接管），即災(zāi)備到對應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可持續(xù)性。

△i2Availability 架構(gòu)圖

i2Availability 應(yīng)用高可用在數(shù)據(jù)層，通過對主備兩端數(shù)據(jù)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)同步，保證兩端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)始終保持一致；在應(yīng)用層，i2Availability 對主備兩端的網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用及服務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)主端業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)宕機(jī)時，備端業(yè)務(wù)系統(tǒng)將實時接收到宕機(jī)信息，并啟動業(yè)務(wù)接管機(jī)制（手動或自動），保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)持續(xù)性以及可用性。該應(yīng)用亮點如下：

應(yīng)用按需自動/手工切換，IP自動漂移；

綜合統(tǒng)一管理，圖形化監(jiān)控和管理；

高效的傳輸算法，數(shù)據(jù)的嚴(yán)格一致性保證；

靈活的管理策略，多種報警機(jī)制；

獨立于硬件和平臺，多種應(yīng)用支持；

支持仲裁機(jī)制防止腦裂。

3.核心數(shù)據(jù)實時備份

通過持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)軟件 i2CDP，對業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份保護(hù)，即集中備份至災(zāi)備服務(wù)器內(nèi)。i2CDP 對業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時捕獲增量數(shù)據(jù)后傳輸?shù)絺浞荻耍冀K保證主、備兩端數(shù)據(jù)的一致性，并且對數(shù)據(jù)持續(xù)的、不間斷的 I/O 操作進(jìn)行記錄。

△i2CDP 數(shù)據(jù)恢復(fù)過程

i2CDP 實時備份分為兩種模式：第一種針對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份，可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)恢復(fù)到之前的任意時間點，防止核心數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的邏輯錯誤、誤刪除等問題，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的可追溯性。第二種針對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實時備份，始終保持主、備兩端數(shù)據(jù)一致，備份數(shù)據(jù)為原格式備份，備端數(shù)據(jù)可直接使用，無需恢復(fù)。通過實時備份保護(hù)，可以保證 RPO≈0，避免數(shù)據(jù)丟失。該應(yīng)用亮點如下：

字節(jié)級增量數(shù)據(jù)捕獲，實時數(shù)據(jù)保護(hù)；

持續(xù)的數(shù)據(jù)保護(hù)，數(shù)據(jù)可恢復(fù)到任意時間點；

數(shù)據(jù)原格式備份、數(shù)據(jù)一致性；

綜合統(tǒng)一管理，圖形化監(jiān)控和管理；

豐富的日志展現(xiàn)，異機(jī)恢復(fù)，跨平臺支持；

靈活的帶寬管理，多樣的數(shù)據(jù)壓縮加密。

4.虛擬化平臺整機(jī)備份保護(hù)

通過全服務(wù)器備份軟件 i2FFO 或虛擬化備份軟件 i2VP，實現(xiàn)對高校虛擬化平臺的保護(hù)。i2FFO 可以對生產(chǎn)服務(wù)器執(zhí)行操作系統(tǒng)級備份，以普通文件或虛擬磁盤格式保存在備份服務(wù)器上。當(dāng)生產(chǎn)服務(wù)器故障時，可將備份系統(tǒng)還原到任意平臺上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)恢復(fù)或回滾。i2VP 提供虛擬化平臺的虛擬機(jī)備份、恢復(fù)，以及虛擬化平臺之間的虛機(jī)遷移和復(fù)制，作為無代理的虛擬化備份方案，i2VP 無需在虛擬機(jī)操作系統(tǒng)安裝任何代理程序，備份過程中不影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行。以最簡單的方式，幫助企業(yè)完成操作系統(tǒng)、文件、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用等所有數(shù)據(jù)的整體保護(hù)和驗證，部署和操作也更加簡單。該應(yīng)用亮點如下：

全服務(wù)器備份和恢復(fù)；

i2FFO 支持虛擬磁盤格式；

i2VP 為虛擬化整機(jī)保護(hù)而設(shè)計，不需要 Agent；

虛擬化備份中心可自動驗證系統(tǒng)可用性；

自主研發(fā)，滿足國產(chǎn)化趨勢。

四、方案的綜合優(yōu)勢

從方案 2.0 的綜合優(yōu)勢看，它匯聚了英方多個技術(shù)產(chǎn)品的優(yōu)勢，按需滿足用戶的個性化需求，僅從技術(shù)優(yōu)勢看，有如下幾點：

1.應(yīng)用無縫切換、操作簡單

i2Active 數(shù)據(jù)庫雙活容災(zāi)系統(tǒng)的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫始終處于 Open 狀態(tài)，源端的變化數(shù)據(jù)被實時同步到目標(biāo)端，因此目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行實時查詢，實現(xiàn)讀寫分離。目標(biāo)端數(shù)據(jù)庫也可以隨時接管生產(chǎn)承擔(dān)業(yè)務(wù)，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法繼續(xù)進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)時，只要修改應(yīng)用的 IP 地址指向容災(zāi)數(shù)據(jù)庫就可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)，恢復(fù)時間≈0。

i2Availability 應(yīng)用級容災(zāi)通過對多種應(yīng)用/服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò)、CPU、內(nèi)存、服務(wù)及進(jìn)程）等資源的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)應(yīng)用突然異常停止（如應(yīng)用異常退出、服務(wù)器斷電、硬件故障燈）或達(dá)到需要切換的條件時（如生產(chǎn)服務(wù)器資源即將耗盡、軟硬件升級等），自動或手動將業(yè)務(wù)切換到災(zāi)備服務(wù)器上運行，由災(zāi)備機(jī)無縫接管生產(chǎn)服務(wù)器工作。

2.高可靠數(shù)據(jù)同步技術(shù)

i2Active 是一個數(shù)據(jù)庫級的軟件解決方案，其復(fù)制的基本單位就是一個事務(wù)(Transaction)，i2Active 在從 Oracle log 中讀取到交易數(shù)據(jù)后，根據(jù)交易的關(guān)系，將屬于一個事務(wù)的操作組合在一起，以一個基本單位發(fā)送給目標(biāo)端，目標(biāo)端在執(zhí)行時也嚴(yán)格按照交易進(jìn)行，因此保證了交易的完整性。對于事務(wù)與事務(wù)之間的順序，i2Active 嚴(yán)格按照 Oracle 的 SCN 標(biāo)記進(jìn)行排序。確保事務(wù)之間的先后秩序。

i2Availability 應(yīng)用高可用產(chǎn)品優(yōu)化的傳輸方式在窄帶、遠(yuǎn)距離、大數(shù)據(jù)量等各種復(fù)雜環(huán)境下均有優(yōu)異的表現(xiàn)，其效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，并且可自由設(shè)置傳輸帶寬高低及使用時段，從而在優(yōu)先保證帶寬用于生產(chǎn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的同時，合理地分配和使用整個系統(tǒng)的各類資源。

3.提供備份庫數(shù)據(jù)庫回滾功能

i2Active 在數(shù)據(jù)同步過程中備份數(shù)據(jù)庫始終處于 Open 狀態(tài)，當(dāng)開啟了 Active DRS(Data Rollback Service) 數(shù)據(jù)庫回滾功能，還能夠在備份服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)回滾，重新某一時間點的數(shù)據(jù)。開啟 DRS 數(shù)據(jù)庫回滾功能后，Active Target Agent 客戶端會過濾生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的 Truncate、Drop、Delete 操作，將遇到這些操作時，Active Target Agent 不會真正的刪除數(shù)據(jù)，而是將該表 Rename(該變表的名稱)，使其變成數(shù)據(jù)庫中的一張隱藏表，類似 Oracle 數(shù)據(jù)庫的 Flash Back 功能，不過 i2Active 是在備份數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫回滾的，完全不影響生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。

4.可進(jìn)行反向數(shù)據(jù)恢復(fù)

提供反向數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，反向數(shù)據(jù)恢復(fù)必須經(jīng)過人為配置、啟動、發(fā)起數(shù)據(jù)同步命令，才能進(jìn)行反向數(shù)據(jù)同步，不會自動執(zhí)行。在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難的情況下，此時可使用災(zāi)備數(shù)據(jù)庫首先接管業(yè)務(wù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的反向復(fù)制恢復(fù)。

5.任意時間點回退

△CDP 數(shù)據(jù)恢復(fù)過程

持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)在將變化的數(shù)據(jù)實時復(fù)制到災(zāi)備中心的同時，也將數(shù)據(jù)的任何變化以日志方式記錄下來，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)變化的可回溯性；可在任何情況下依據(jù)數(shù)據(jù)變化日志，快速定位需要恢復(fù)的時間點，并將數(shù)據(jù)一鍵式恢復(fù)到異常點之前。

6.數(shù)據(jù)一致性，原格式備份

i2CDP 監(jiān)控變化數(shù)據(jù)，將變化部分實時同步至災(zāi)備端，保證主備兩端數(shù)據(jù)一致性，基于原格式數(shù)據(jù)備份，災(zāi)備端數(shù)據(jù)始終與生產(chǎn)端數(shù)據(jù)格式完全一致。對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，災(zāi)備端數(shù)據(jù)可直接調(diào)取、使用，無需恢復(fù)過程。

7.靈活部署，無需改造系統(tǒng)架構(gòu)

容災(zāi)備份系統(tǒng)基于 B/S 架構(gòu)，采用全中文的管理控制界面，直觀的監(jiān)控服務(wù)器的健康狀況、相關(guān)狀態(tài)、性能、異常報警等信息。可動態(tài)監(jiān)控備份情況，查看相關(guān)備份延遲，以便預(yù)估現(xiàn)有數(shù)據(jù)備份的 RPO 值。對客戶生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)無需任何改造；通過控制臺統(tǒng)一管理和集中監(jiān)控災(zāi)備復(fù)制任務(wù)。

五、總結(jié)和展望

高校容災(zāi)備份方案 2.0，適應(yīng)了云和大數(shù)據(jù)環(huán)境下，系統(tǒng)快速接管與數(shù)據(jù)零丟失的要求，對于有多個校區(qū)的高校，或自建教育云的主管機(jī)構(gòu)，都可以在分級保護(hù)、等級保護(hù)完成之后，實現(xiàn)關(guān)鍵系統(tǒng)的異地容災(zāi)和互為災(zāi)備的建設(shè)需求，極大地降低災(zāi)備建設(shè)和運維成本。

除了高校，在公檢法、能源、醫(yī)療、電信、制造及互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，該方案都有很強(qiáng)的適用性，能夠滿足用戶異構(gòu)平臺、遠(yuǎn)距離窄帶寬環(huán)境下的容災(zāi)備份需求，保障用戶的數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)連續(xù)性。此外，英方數(shù)據(jù)流復(fù)制軟件 i2Stream、數(shù)據(jù)脫敏軟件 i2Masking 等大數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品，能夠幫助用戶在不同地區(qū)、不同平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的低延時匯聚和匿名化應(yīng)用，讓數(shù)據(jù)賦能用戶的業(yè)務(wù)增長。

云容災(zāi) 數(shù)據(jù)庫

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