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干貨: 五種常見數據復制技術詳解

發布時間:2020-08-10 21:32:30 來源:ITPUB博客 閱讀:293 作者:架構設計頻道 欄目:軟件技術

干貨: 五種常見數據復制技術詳解

根據IDC的相關數據統計,2018年全球的數據復制存儲市場規模就已經超過了500億美金,而其中而作為數據復制技術重要應用場景的數據備份和恢復軟件市場的規模也同樣蔚為可觀。今天,我們就來聊聊5種常見的數據復制技術。

復制(Replication)是將一組數據從一個數據源拷貝到一個或多個數據源的技術。方式主要分為同步復制異步復制

1、同步復制:要求每一個寫入操作在執行下一個操作處理之前,在源端和目標端都能完成。特點是數據丟失少,會影響生產系統性能,除非目標系統物理上離生產系統比較近。

2、異步復制:在處理下一個操作前,不等待數據復制到目標系統中。特點是復制的數據與源數據有時間差,但這種復制對生產系統性能影響較小。

在災備方案的設計中,數據復制技術的選擇關系到最終災備效果,即RTO與RPO值的大小。根據數據復制技術在不同系統層的應用,可以分為如下五種:

1、基于主機的數據復制技術

基于主機的數據復制是通過磁盤卷的鏡像或復制進行的,業務進行在主機的卷管理器層,對硬件設備尤其是存儲設備的限制小,利用生產中心和備份中心的主機系統通過IP網絡建立數據傳輸通道,數據傳輸可靠,效率相對較高;通過主機數據管理軟件實現數據的遠程復制,當主數據中心的數據遭到破壞時,可以隨時從備份中心恢復應用或從備份中心恢復數據。 

基于主機的數據復制不需要兩邊采用同樣的存儲設備,具有較大的靈活性,缺點是復制功能會占用一些主機的CPU資源,對軟件要求較高(很多軟件無法提供基于時間點的快照功能),對主機的性能有一定的影響。

英方獨有的基于操作系統層面的字節級數據捕獲與復制技術在實施過程中,首先會做初始化的數據鏡像,然后通過核心的復制引擎,開始旁路監聽所有文件系統的寫操作,例如Rename、SetAttr等,都能準確的捕獲,并通過數據序列化傳輸技術(Data - Order Transfer,簡稱“DOT”)異步傳輸到災備端,完成整個數據的捕獲和復制過程。

干貨: 五種常見數據復制技術詳解

△字節級復制技術原理圖

首先,字節級復制的核心引擎工作時,并沒有復雜的數學運算,對生產機計算資源占用可以忽略,僅僅是旁路捕獲數據。

其次,所有的數據都是從內存中捕獲,并不涉及生產主機存儲的讀取操作,因此數據復制過程不占用主機的存儲IO資源。

最后,基于字節級的數據復制粒度最小到字節,因此對于帶寬資源的要求極低,是適應于異地遠距離、及面向未來的混合IT環境和云化架構的一種復制方式。

2、基于應用和中間層的數據復制技術 

應用層面的數據復制通過應用程序與主備中心的數據庫進行同步或異步的寫操作,以保證主備中心數據的一致性,災備中心可以和生產中心同時正常運行,既能容災,還可實現部分功能分擔,但是該技術的實現方式復雜,與應用軟件業務邏輯直接關聯,實現和維護難度較高,并且使用應用層面的數據復制會提高系統的風險與數據丟失的風險。

獨立于底層的操作系統、數據庫、存儲,應用可以根據需求實現雙寫或者多寫,從而實現主本和多個數據副本之間的數據復制功能。這種由應用實現的技術,可以在中間件或者應用平臺層面進行封裝和實現,對上面的應用透明,也可以在應用層面實現。

其主要優勢是可根據需求定制、可實現應用和數據庫層面的復制;主要不足是目前市場上沒有成熟、適合傳統IT企業大規模推廣使用的中間件產品。如果完全由應用封裝平臺或者應用來實現,代碼的復雜程度提高,增加了應用的維護成本

3、基于數據庫的數據復制技術 

基于數據庫軟件的復制技術包括物理復制和邏輯復制兩種方式。

邏輯復制是利用數據庫的重做日志、歸檔日志,將主本所在站點的日志傳輸到副本所在站點,通過重做SQL的方式實現數據復制。邏輯復制只提供異步復制,主副本數據的最終一致性,無法保證實時一致性;

物理復制不是基于SQL Apply操作來完成復制,而是通過redo log日志或者歸檔日志在副本站點的同步或者異步持久化寫來實現復制功能,同時副本站點的數據可以提供只讀功能。

開放平臺數據庫復制技術則是一種基于數據庫log(日志)的結構化數據復制技術,它通過解析源數據庫在線log或歸檔log獲得數據的增、刪、改變化,再將這些變化應用到目標數據庫,使源數據庫與目標數據庫同步,以達到多站點間數據庫可雙活甚至多活,實現業務連續可用和容災的目的。

干貨: 五種常見數據復制技術詳解

△數據庫日志分析技術

 

基于數據庫的數據復制是對數據庫記錄級別、表級別容災高可用的基礎技術,英方數據庫容災技術結合了主機復制和數據庫日志分析的優點,提高了系統應用的靈活性,可實現數據庫應用多活,同時也極大減少了數據庫應用的增量數據傳輸。在細粒度數據容災、廣域云化容災領域仍然具有廣闊的應用前景。

數據庫語義級的實時數據同步,在數據庫正常使用時,自動完成源端到備端數據的初始化全量復制,并實時監控及同步復制增量數據,其正常流程的狀態轉換及條件如下:

干貨: 五種常見數據復制技術詳解

英方i2Active便是基于redo log日志分析技術的Oracle數據實時復制工具,具有簡單靈活、高性能、非侵入、低影響、低于秒級延遲,低成本的特點,部署和使用也非常簡便。能夠幫助用戶在復雜的應用環境下完成Oracle容災備份、數據遷移、業務數據分發、構建大型數據倉庫等技術數據整合等工作。

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Active數據庫語義級復制

4、基于存儲系統網關的數據復制技術 

存儲網關位于服務器與存儲之間,是構架在SAN網絡上的專用存儲服務技術。這項技術基于存儲虛擬化技術。

存儲虛擬化的直接定義:在存儲設備中形成的存儲資源透明抽象層,即存儲虛擬化是服務器與存儲間的一個抽象層,它是物理存儲的邏輯表示方法。其主要目的就是要把物理存儲介質抽象為邏輯存儲空間,將分散繁雜的異構存儲管理整合為統一簡單的集中存儲管理,將人們所面對的眾多存儲問題,由繁化簡(其中包括存儲的讀寫方式、連接方式、存儲的規格或結構等),由散化整(存儲管理)的過程就是存儲虛擬化。

存儲網關通過對于進入的IO數據流提供各類數據存儲服務,大幅提升了在服務器或者存儲層面難以達到的靈活性、多樣性、異構化等多種存儲服務能力。利用存儲網關,對于后端的存儲數據可以提供遠程數據復制、異構化存儲融合、存儲設備高可用鏡像、快照服務、數據遷移服務甚至于部分存儲網關可以提供精準的持續數據保護連續數據恢復服務。

由于存儲網關卸載了服務器和陣列的復制工作負載,它可以跨越大量的服務器平臺和存儲陣列運行,因而使它成為高度異構的環境下的容災技術的理想選擇。另外,由于帶寬優化數據恢復精細化等方面獨有的優勢,這項技術也成為比較主流的一種災備技術。

這項技術主要爭論點在于性能保障能力的發展程度。近年來,隨著SAN應用的不斷普及,SAN網絡中由異構存儲設備和爆炸式增長的數據量所帶來的管理復雜性、資源利用率低、存儲設備自身數據服務能力低等問題促進了存儲網關的發展和應用。

5、基于存儲介質的數據復制

通過存儲系統內建的固件或操作系統、IP網絡或光纖通道等傳輸介質連結,將數據以同步或異步的方式復制到遠端,從而實現生產數據的災難保護。

采用基于存儲介質的數據復制技術建設容災方案的特點主要是對網絡連接及硬件的要求較高。基于存儲的復制可以是“一對一”復制方式,也可以是“一對多或多對一”的復制方式,即一個存儲的數據復制到多個遠程存儲或多個存儲的數據復制到同一遠程存儲,而且復制可以是雙向的。

存儲復制技術使基于實現存儲磁盤陣列之間的直接鏡像,通過存儲系統內建的固件(Firmware)操作系統,利用IP網絡或光纖通道等傳輸界面連結,將數據以同步或異步的方式復制到遠端。當然,一般情況下這種模式,必須同等存儲品牌并且同等型號的存儲系統控制器之間才能實現,配備低延遲大帶寬也是必要條件之一。

在基于存儲陣列的復制中,復制軟件運行在一個或多個存儲控制器上,非常適合擁有大量服務器的環境,原因如下:

獨立于操作系統;能夠支持Windows和基于Unix的操作系統以及大型機(高端陣列);許可費一般基于存儲容量而不是連接的服務器數量;不需要連接服務器上的任何管理工作。

由于復制工作被交給存儲控制器來完成,在異步傳輸本地緩存較大的時候可以很好的避免服務器的性能開銷過大的問題,從而使基于存儲陣列的復制非常適合關鍵任務和高端交易應用。

綜述

在實際工作中,并不能說哪類技術就一定優于另一類技術,優勢永遠是一個相對的概念,在實際應用中,企業需要選擇更加適合自身業務場景的技術路線,畢竟只有適合的,才是最好的

來源:英方


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