NAS服务器的远程镜像技术

Microcomputer Applications Vol 20、No．4，2004 技术交流 微型电脑应用 2004年第 2O卷第 4期 N AS服务器的远程镜像技术 马青娇 施 亮 吴智铭 摘 要 本文中首先介绍 了远程镜像的同步复制与异步 复制技 术．分析比较 了两种远程复制技 术的优劣及适 用场合 、 对异步镜像技 术确保 复制站点 问数据的一致性，提 出了一 些 实现方法，最后介绍 了当前实现远程镜像的三种主要。 关键词 同步远程镜像 异步远程镜像 NAS 一 、引言 Internet以及基于web的商业模式 的迅速发展，促成了一 个日益复杂的非集中式信息环境的形成，重要的商业数据往 往分布在多 台 Web服务器 、文件服务器 以及存储 区域 网络 (Storage Area Network，SAN)和附网连接存储 (Netw()rk At— tached Storage．NAS)等多种系统中。与此同时，商业的发展正 面临不断增长的需求：要保持分布式数据的一致性、全球通用 性和7×24小时的不间断操作。这些不断加快 的、有时相互冲 突的发展趋势．突出了复制 、同步 、备份和管理 数据在 企业 发 展中的重要性 。 远程镜像技术可为两地点间的重要信息传输提供丰富的 存储空间，广泛用于灾难恢复和业务持续等战略目标上 以金 融服务业人士为例 ，他们 可以借此技术．在主要数据中心发生 崩溃后，保证电子商务的快速恢 复。目前 ，用NAS和SAN可以 实现跨平台的数据共享，用 NAS和SAN搭建安全的数据中心 是必然的发展趋势．为了确保灾难恢复和业务持续，众多网络 存储供应商基本上都是采用了远程镜像技术 本文中首先介绍 了应用 已久 的本地镜像(即 RAID—J)， 然后对远程镜像 的两种技术即同步复制和异步复制进行 了分 析 和比较，然后指 出了异步复制需要解决的站点 数据一致 性问题，以及用于解决这一问题的一些重要技术．如：延迟写 入、再同步等，最后介绍 了当今应用比较广泛的三种远程镜像 方案 二、本地镜像 在 介绍远程镜像之前 ，首先 了解 一下本地镜 像(RAIl-j— J) 在主机范围内．镜像技术起源于一项称为“对偶复制” 见 图2—1)的宿主功能。运作系统负责向 同的卷中写入相『司内 容。今天．在大多数有逻辑卷管理工具的企业级平台上部可以 得到此机制。 随着输 入／输 出(I／O)控制器越来越智能化，复制的责任 开始转向磁盘子系统。在那里，当从主机CPU和总干线 L卸载 时．复制变 得更快 更便宜 。主板 和子系统 层的 RAI1)一l和 RAID 5保护，可以防止单磁盘错误带来的损失。(见图2) 图 1 基于主机的对偶复制 ／／ ／。／ ＼ 二 二 L—A_一j L -j 图2 基 于子 系统的镜像 NAS服务器的远程镜像不是在总线相连的磁盘之间，而 是在两个位于不同地点 的NAS服务器间进行远程复制。它的 众多优点之一是能在地理位置相隔很远的地方间延伸磁盘镜 像 下面将详细介绍传递这种远程复制的传统机制。 三、远程复制技术 目前主要有两大远程复制技术 ：同步和异步。下面将对这 两种技术分析比较。 1．同步远程镜像 同 步数据复制．指通过将本地产生的数据以完全同步的 方式 复制到异地 ．每一本地输入／输 出事务均需等待远程复制 的完成方予以释放。 面向主机的同步技术作为输人 输 出命令处 理过 程的一 部分写入远程主机。(见图3～1)很典型的．在得到远程证实信 息后 ，才向原主机发出输入／输出已完成的信号 。不同的实施 过程所需的写响应时间不同。写等待时间的增加，与传输握手 过程和物理介质有很大关系。大体上．由于住返传播延时影响 输入／输 出响应 时间 ．所 以同步镜像只限于应用在相对较近的 距离上(数十公里)。然而．也有如web服务器复制允许相对较 慢的远程更新和操作．所以也可采用长距离的同步模式。 如果期 望远程镜像得到下面的结果 ．可 以考 虑应用 同步 复制：远程拷贝总能与本地机要求复制的映像相匹配。在主站 点不起 作用时 ．用 户团体 和直用程序可 以换到一个代替 站点 5 fl『娇 卜海交通大学 rJ动化系CIMS实验窜 坝 f． I 海 200030 施 亮 I 海交通大学 自动化系L’IMS实验窀 J．研究 导帅 I 海 200~)30 父钾铭 I 海交通大学f{动化系【 IMS 验窜 教授 博 f‘l导师 l 海 200030 · l 3 · 维普资讯 http://www.cqvip.com M icrocom puter Applications ol 后．副本(远程 )继续执行操 作 7 图3 同步远程镜像 同步复制实时性 强．灾难 发生时远端数据与本地数据完 全同步 但这种方式受带宽影响较大 ．数据传输距 离较短 2．异步远程复制 异步数据复制则是指将本地产生 的数据 以后台同步的 式 复制到异地 ，每一本地输 入 输 出事务均正常释收 ．无需等 待远程复制的完成。(见图 1) A， 『】I()r 图 l 异步远程复制 使用同步镜像时．若 原站点 和副站点『日]的距离和低带宽 的电信线路 (1 5Mpbs或更少 )引起等待时间过长，j){IJ将 录用 异 步方法 ，异步技术保证在更新远程映像前完成 向原 机的基 奉输入 输 出：异步复制不影响本地事务，传输距离长．但其数 据 比本地数据略有延迟 。当原系统 发生错误．丢失缓冲数据和 传递中数据的可能性就更大丁 在异步复制环境中 ，最 关谜的就是要确保数据 的 一敛 特殊的预防以及应用层 的恢复 序能解决剐站点 上满在 的数据的不完整问题。 有关权威机构 指出 ：完 全相同的 汁算元 素．排 成完 拿独 立、异步运行的一个系统时．能显著提高lT操作的可荇活性 昕以在实际的远程镜像中也主《是采用 步机制 F面将 介 绍异步复制中确保数据一致性 、完整性的 一些方 (1)延迟写入 延迟写入技 术可以在确保本地数锯完奸无损 逆 远 更新 宅机定期进行数据完 整性的俭套．然后再进 行近 停复 制 ：此种方法的另 个实现过程是 时地远 程运送数 ．住 已知的时点复制 ．后台俭验它的宄整性，然后用 丁 盖 ( )依赖次序的写入 异 步策略 中很重要的 ·个想法 是确保按源程j丰的编荆顺 申进仃远程写入。同时期的关系数据庠管 系冼 ．部 “屯 j }占日志协 议”，用以恢 复任何由于I廿侔或其它错误引起磁盘未 能捕蔹的更新的 。 技术交流 微型电脑应用 2004年第20卷第-l期 远程镜 像中．分布于不同磁盘卷上的 日志和表空间使此 技术具有重要意 义。当两1＼独立处理过程(线程 )异步运行 ．想 要在远程磁盘上复制各 自的卷时．不能 保证维持原有的相对 次序。日志设备的远程复制若发_牛错误 ．会导致关系数据库管 理系统的表实体的更新不能理解也不能 回退 因此 ．镜像处理 中依赖次序 的写入有时要求单线程更新 ： (：{)记录和再 同步 有时远程镜像操作被故意打断或 无汁划中止 ，如果在此 期间，主卷 影卷对中任何一方继续被更新．则两个映像就不 再同步 厂。再同步则是远程拷 贝服务恢复后重新建立映像的 过程。 比较普遍的再同步方式有三种：完全同步 ．按记录再 同步 和依据记分板更新再 同步。3．1)完全再 同步 完全再同步实质上是完全的磁盘 磁盘拷 贝(见图5)．当 没有快速再 同步方法或 目标 卷处于未知状态 的情况下使用这 一 方法。“完全再同步”显然是最耗时的方式 。 图5 完全再同步(磁盘 磁盘拷贝) 减少再同步化耗时的方法是中断时变化记在 日志中。记 录(Journa1)和记分板(位向量)是两种公认的实现此功能的方 法．记录抓取每次新写入 日志的内容．同时，记分板跟踪变化 数据的位置。 ：)按记录再 同步 按记录再 同步可以 比喻成对所 积 累的 陈旧映像 的回放 (见图fj) 适当地 ．再 同步可以被记录 ，所 以可以被中断而 不会对 目标的 ·致性产生严重后果 (即．信息会有点过时 ．但 有 条不素 ) Joum ■ 图6 按记录再 同步 记录擅长按到达顺序收集变化数据 但是．记录的空间可 能会 为不适 当地记录第_二镜像和主卷的舒离而耗尽 。 3、依照 记分板更新再同步 记分 阪的指针跟踪中断后发生 变化的磁盘的位置 (见图 7) 采用不同的粒度 ．例如每 】28千字节中取 】比特，可使记 板空『日J减 最小 与记录 同的是． 缩的记舒板一开始就 分 好，所以 会有“溢出”的危险 记分板冉同步是出于提高性能 考虑 的．它。 仅节省 了空 宝 _TL n 一 一 ． 零 圈 维普资讯 http://www.cqvip.com Microcomputer Applications Vol 技术交流 微 型电脑应用 间．而且显著减少 了’磁盘一磁盘复制和记录方法的再刷新时 问 性能的优 化是 由于仅传送最新更新数据到目的地 ．而不是 把以前所有的都 传送 因为先前对I 一块的输 入，输 出已彼戡 盖 ．所以没有必要再传送旧的数据 通过 i己分板 更新再同步必 须完全确保 目标数据 的一致性 ．因 为复制顺序有可能与啄始 记录顺序不一致 。 sc●reb蛳 ● ‘h■ r~ mis ●D酞 s．■—『- 图7 基于记分板的再 同步 莹Ⅱ果中断时间达好几 个小时，并且有大面积的数据更新． 耶 幺记 分板和数据 日志可以提 供的返 回数据就越__米越 少．这 时磁盘一磁盘复制可能更勾高效 四、远程镜像的实现 NAS的远程镜像解决方案大致 可以分为 3种：利用数据 库复制的技术，文件系统 复制技术和将 镜像技 术归：F存储 系 统的卷(或块 )复制技术。每一种方案各有所长 1．数据库复制 关 系数据库管理 系统 (Rr)I MS)能 对本地和远 程的之持 怍出熟悉和灵活的决定。可以应用数据库的成熟技术 ． 戈现 数 据的同步 异步复制 、灾难恢复、事务网退等容错技术．数据 管理 系统还可以用来在多 个数据库甚至不同数据库之间 复 事件 然而 ．每一次数据更薪时需要传递大量信息 。而且为确 保其中的相互联 系和复制的一致性而引起的开销是 十分 可观 的 应用程序的吞吐能力很有可能人大低于其它远程镜像的 吞吐能 力．并且对广域 网(W人N)等待时间的影响也将扩大 在这种情况 ，数据不是处于 一1＼自由的地位 ，因为必颈 用其它远程复制行 为覆盖用户文件和系统 文件 2．文件 系统复制 对于具有多种应用程序 的主 fJ【米说．录用 艾件 系统远 程 镜像比较台遁 尤其适用 于低 置的服务器 文『牛级别的复制 能圆满完成替代位置数据的更新 这类镜像作 为主机上的软 件舒层驱动程序而传送、并且在本地或广域连接中 一般要 守『司珞上的通信，诸如TCP IP 这种方法由于要更改操作 系统或政变需 要保护自 复合 =l二 机平台 ．比较适合于开放原码的 I inux操作系统 3、卷 (或块 )级复制 巷(或块 )级复制可以存 主机或仔储 于系统 现 与数据 库复制 和文件系统复制不 同的是 ．这神抟术可以复制逻辑卷 或 在某些情况下复制物理 卷，卷复制支持昕 何文件系统和 任 何卷管理器配置的任何未加工数据 卷复制也可 以用于连接 数据 唪复制 和文件系统复制 ，以确保I1：化数据 或特定 的 丈 件 系统指定 的数据复制到远 程站点 ，m }j昕 仃十fj关的数据 也 复制到远程站点 (见图b) 利用存睹子 系统统 一远 镜像』 件将有利 于跨 台撩 作 ·的俘碚子 系统可以用柬从服秀 }机的 场 f=‘提 供 2004年第2O卷第4期 远程双重拷 贝，把原主机和复原主机从冗 长的 1 ()开销 中解 脱出来 ，并可以削碱等待时间。大多数执行过程都能利用原位 置和副位置的闲置资源以加速程序的运转 由此产生的远程 镜像吞吐量远远大于数据库复制和文件系统复制 II()Su1) ysten1}一 z———】II()St r1) sten1 (二二 p f I⋯l (二二 l — k』 ．J L— }_I 图8 存储子系统的远程镜像 由于大量数据的远程复制．很容易引起网络拥塞。目前广 泛采用的是 只传送 修改 的部 分 (即修 改的块的信 息)到 目的 NAS服务器，基于 I inux的NAS服务器用_一个内核模块记 录 文件 系统修改的信 息，然后 由另外一个应用程序把这些信息 传送到目的主机。原主机和目的主机之间的逻辑分区不需完 全相吲。 这种块级复制方案 也应用于S人N。另外由于 N人S和SAN 的应用趋向于融合 ，所以在此作为第 三种方案予 以介绍。 五 、总结 远程刷步复制能保证主站点和副站点 间备份数据 的完全 一 致，但受网络带宽的影响，适用于短距离的复制；异步复制 适用 于长距离、对数据要求不是很严格的复制。异步复制关键 是要确保复制的站点之间数据的一致性，本文中探讨了异步 复制时实现数据 一致性的一些方法。最后介绍丁应用 比较广 泛的三种远程镜像实现方案。 在实际应用中 ，常常结合两种技术进行远程复制 。在数据 复制 的同时，还需要管理软件对数据复制状况进行动态监测。 远程动态监测软件在主机／应用发生故障时，会马上监测到， 将故 障情况 向管理 员报警，然后根据策略 自动或手工快速 地 将应用进行切换．确保复制数据的正常进干丁 参考资料 1]MVD sync技术资料．[EB／()I ]．http： ／WWW．Iql'~，(1．corn／ M VD⋯一sync．htm 『2 Navid Alaghband，Richard (Ⅲ 、． 1． p r()M irror for Net— Forc ： Data replication and disaster re(、()、，ery archite(’一 ture．[EI~／OI ．http：／／www．pr()(’Olq1． )Iql／．200 l 3j SUN．Sun St(wEdge Network Data Replicator Software I )osts Data Center Resiii(·nee．[EBA)I J．http：／／www． 1、I1n．“)n1．，White paper．2OO3 (收稿 日期 ：2()(／3年 5月 9日) 维普资讯 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