1. 項目背景

數據是企業(yè)的核心資產，數據備份可以有效應對系統(tǒng)運行過程中的存在的數據損失風險，是業(yè)務連續(xù)性的保障。隨著云計算、大數據等新技術的廣泛應用，傳統(tǒng)基于結構化數據備份的數據備份模式面臨著以下三方面的挑戰(zhàn)：

• 非結構化數據：非結構化數據的數據量越來越大，海量數據帶來了更長的備份時間窗口；

• 數據庫：適配多種類型數據庫備份方案的需求，且數據量與日俱增，需要平衡備份方案的成本與收益；

• 虛擬化和云平臺：適配多種云環(huán)境下VM、容器的備份需求，關注備份恢復的效率。

為應對新的備份恢復場景，數據備份系統(tǒng)也需要與時俱進。本文從保險企業(yè)數據備份系統(tǒng)建設的實際需求出發(fā)，充分利用重復數據刪除等數據備份技術，來優(yōu)化傳統(tǒng)備份架構，從而完成備份系統(tǒng)建設方案的規(guī)劃設計，希望對同行有一定的借鑒和參考價值。

2. 備份系統(tǒng)的規(guī)劃設計

2.1需求分析

完整的備份系統(tǒng)一般包括備份管理系統(tǒng)、備份介質、備份網絡以及備份策略。結合我司的實際情況，備份系統(tǒng)需要滿足以下方面的需求：

• 可靠性：備份系統(tǒng)需要較高的可靠性，才能保障備份作業(yè)定期穩(wěn)定運行；

• 備份管理系統(tǒng)的容災：備份是數據容災的重要手段，數據恢復又依賴于備份系統(tǒng)，所以備份系統(tǒng)本身也需要具備容災能力，才能保證容災方案的施行；

• 備份數據的容災：備份數據應采用兩份拷貝的方式，分別存放在雙數據中心機房，重要數據還需滿足離線保管的需求。

• 擴展性：備份系統(tǒng)需要具備良好的擴展性，滿足新備份節(jié)點、備份域的需求；

• 性能：性能需求體現在兩點，一是備份過程對源系統(tǒng)的性能影響較小 ，二是備份時間窗口要短，避免影響到源系統(tǒng)的非備份時間窗口；

• 數據保護功能：需能覆蓋Oracle、SQL Server、Mysql、PgSQL等數據庫、非結構化數據、虛擬機的備份場景以及Exchange郵箱歸檔場景；

• 管理性：需對接現有監(jiān)控平臺實現備份系統(tǒng)的監(jiān)控告警，并定期生成運行情況報表；

• 性價比：在設計備份系統(tǒng)時，在考慮上述幾項需求的同時，還需要兼顧系統(tǒng)的總體投入和項目收益。

2.2 備份管理系統(tǒng)規(guī)劃

備份管理系統(tǒng)主要包括備份軟件和備份管理服務器這兩類組件。

2.2.1 備份軟件

備份軟件方面的工作包括：備份軟件選型和備份軟件架構規(guī)劃。

• 備份軟件選型

選型可參考的因素包括：場景適應性、技術支持服務能力、成熟度、Gartner企業(yè)級備份與恢復軟件的評測、運維人員技能儲備等等。通過備份軟件POC測試，以確定最終選型，測試項規(guī)劃為下表：

• 備份軟件架構規(guī)劃
  

規(guī)劃生產、災備、郵箱歸檔域等備份域，按照主流備份軟件架構實踐，采用經典的三層架構，主控服務器用于集中管理各備份域，備份服務器用于提供備份介質管理和數據傳輸，客戶端包括備份客戶端及各種備份代理，整體架構示意圖如下：

2.2.2 備份服務器

規(guī)劃一臺主控服務器，三臺備份服務器。

• 主控服務器

主控服務器與備份服務器的功能分離，本質上是一個管理數據庫，負責備份軟件層的調度管理，是備份軟件層最重要的組件，其他組件依賴它去重建或修復配置，需要保證高可用性與容災；主控服務器本身不涉及到備份介質管理與備份數據傳輸，IO壓力并不大。結合主控服務器的特點，可規(guī)劃虛擬機部署方式，通過虛擬化集群來保障主控服務器的高可用；容災方面，主控服務器可以通過虛擬機即時恢復技術恢復到災備集群，也可以通過備份軟件自身的DR備份恢復來實現，整體規(guī)劃架構圖如下：

• 備份服務器

三臺備份服務器受主控服務器管理，分別負責各自備份域的備份存儲介質、客戶端、數據流。生產域、災備域需要對接虛擬帶庫、物理磁帶庫、NAS存儲等備份存儲，承擔所有客戶端的備份數據流，規(guī)劃各部署一臺X86服務器，生產域與災備域的備份服務器可互為備份。這是由于主控服務器承擔了備份系統(tǒng)的大腦功能，備份服務器較容易災難恢復，只需要把備份介質與客戶端指向新的備份服務器即可。

郵件歸檔域的備份服務器主要用于Exchange郵箱的郵件歸檔，對性能要求較低，規(guī)劃部署為虛擬機。

• 數據備份流程

數據備份流程參考下圖：

• 數據恢復流程

數據恢復流程參考下圖：

2.3 備份介質規(guī)劃

傳統(tǒng)的備份介質主要是磁帶、硬盤、光盤等，對應的設備包括物理磁帶庫、虛擬磁帶庫、NAS存儲、光盤庫等，光盤相對小眾，主要用于特定的數據保護場景，暫不考慮。對于主流備份介質的規(guī)劃，可以從容量、性能、重刪壓縮、保存方式等特性來考慮，具體可參考下表：

結合上表中不同備份介質特性的對比，我們做出了如下的備份介質規(guī)劃：

• SSD存儲池

規(guī)劃利用備份服務器本地SSD盤（后續(xù)可通過SAN存儲擴容）構建SSD存儲池，用作數據備份系統(tǒng)的主緩存池，結合備份軟件的重刪壓縮，有效減少落盤的數據量。大部分數據緩存保留3天，數據備份、恢復速度均能得到保障。

• 虛擬帶庫池

規(guī)劃分配較多的虛擬driver以保障充足的備份并發(fā)流，虛擬帶庫池作為數據備份系統(tǒng)的副緩存池，本身硬件層的重刪壓縮性能較好。

• NAS存儲池

NAS存儲池主要是兩個用途：歸檔數據和保存期限相對短的數據。歸檔數據可滿足一定的數據在線能力，方便隨時調?。ㄈ绻麣w檔數據量較大，后續(xù)可以替換為對象存儲池）；數據保存周期短，對容量需求相對較小，數據擦寫重用方便。

• 磁帶池

磁帶的特性適宜用于需要數據離線保存、數據保存周期較長的場景。新的LTO7帶機driver讀寫速度快、單盤磁帶容量大。但磁帶池是通過物理帶庫的帶機driver提供并發(fā)能力，而本方案中磁帶池不直接對接備份客戶端，而是經緩沖池的重刪壓縮后的數據，相比傳統(tǒng)直接對接客戶端備份的方式，可以有效減少帶機driver的使用。

備份介質整體使用思路如下圖：

2.4 備份網絡規(guī)劃

備份網絡主要包括備份SAN、備份LAN網絡兩種，是數據備份時間窗口的重要影響因素之一，也是備份數據穩(wěn)定傳輸的保障。備份網絡規(guī)劃主要從以下幾個方面考慮：

• 容災規(guī)劃

由于數據備份系統(tǒng)的容災功能，需要保障備份數據流能跨數據中心同步，包括LAN網絡、SAN的同步數據流。

• 備份帶寬

備份帶寬很大程度上會影響到備份時間窗口，特別需要關注數據流匯聚處的帶寬。本方案中主要關注的是備份服務器層的帶寬，采用萬兆LAN網絡，備份客戶端則視情況選擇備份網絡。備份SAN主要用于備份服務器連接磁帶庫、存儲設備以及客戶端Lanfree備份，而備份軟件可以在客戶端開啟數據重刪壓縮，重刪壓縮的數據流比較小，備份速度快，可以替代絕大部分Lanfree場景。

• 安全隔離性

備份服務器一般規(guī)劃在獨立網段，在備份數據流較大的情況下可能會影響到正常的業(yè)務網絡訪問，除了注意備份窗口做規(guī)避外，還需要重點考慮數據庫場景、虛擬化場景以及對網絡核心交換層的影響，在條件允許的情況下，組建獨立備份局域網具有一定的必要性。

2.5 備份系統(tǒng)整體架構

綜上，備份系統(tǒng)整體架構圖如下：

2.6 備份策略制定

備份策略的內容包括需要備份的數據對象、備份的方式方法、備份數據落地的存儲介質以及數據保留周期等要素。按照不同的備份數據對象，適當錯開各自的備份時間窗口，并分別制定備份策略。通用的備份策略參考如下表格：

2.6.1 數據庫策略

數據庫一般都需要安裝單獨的備份客戶端，結合不同的數據庫用途，可再規(guī)劃分成三類策略：

• 核心類數據庫

這類策略需要重點保障核心級系統(tǒng)的RPO、RTO、備份窗口這三種指標。RPO對應的措施是數據庫每日全備份，歸檔日志定時備份；RTO對應的是需要保證數據恢復速度；備份窗口則是要提高備份速度，減少備份時間。核心類數據庫通過Lanfree備份方式，數據恢復時間比較能保證；而開啟備份軟件的數據重刪功能，通過LAN網絡就可以迅速完成數據備份。綜合考慮后，選擇LAN網絡和備份軟件客戶端重刪壓縮的方式，管理成本低，數據并發(fā)要求低，容錯性高。備份數據流策略如下圖：

• 報表類數據庫

這類策略可以通過備份軟件重刪壓縮來做全備份，但一般這類數據庫未開啟日志歸檔，DBA選擇了定期導出數據文件來備份，數據保留周期短；如后期選擇定期離線全備份，可以參照核心級的備份方式。其備份數據流策略如下圖：

• 其他數據庫

其他數據庫采用備份軟件重刪壓縮來做每日全備份，無其他定時備份歸檔日志策略，備份數據流策略如下圖：

2.6.2 虛擬化與容器策略

• 虛擬機VM

虛擬機備份不需要安裝其他agent，而是基于VMware虛機備份代理VSA實現備份功能。規(guī)劃選取業(yè)務重要級別高的虛擬機來做備份，每日增量備份，每周做一次合成全備份，數據保留周期比較短。虛擬機中的數據重復率也非常高，重刪壓縮收益較高，采用的備份數據流策略如下圖：

虛擬機恢復策略相對更加多樣。不同的恢復方式對應于不同的恢復場景，可以整機恢復，也可以恢復虛機中的某些文件，也可以通過備份系統(tǒng)直接拉起虛擬機等方式。

• 容器

目前容器場景暫未部署到生產環(huán)境，但數據備份也需要提前規(guī)劃。容器中的數據主要包括容器云集群組件配置信息備份、K8S資源對象信息、容器鏡像、容器PV快照等等，規(guī)劃采用備份腳本等方式定時將數據導出，備份到NAS存儲池。

2.6.3 非結構化數據策略

非結構化數據也規(guī)劃了三種數據備份方式：

• 文件目錄級備份

規(guī)劃一臺專門用于非結構化數據備份的服務器，掛載需要備份的NAS，減少對業(yè)務系統(tǒng)的影響。文件目錄級備份方式在數據恢復時，恢復的顆粒度比較細，能做文件級恢復。其特點是首次全備份時間長，但后續(xù)只需要每日增量備份，定期合成全備份即可。對于數據文件特別多的目錄，文件目錄掃描時間也會很長，不適宜海量文件目錄場景。

• 文件歸檔

文件歸檔主要用于合規(guī)要求，需要對長期保存的文件定期歸檔。文件歸檔適宜于與文件目錄級備份配合使用。

• NDMP方式備份

NDMP方式是NAS存儲特有的數據傳輸協議，主要用于NAS文件系統(tǒng)級的備份，備份速度較快，但恢復顆粒度是整個NAS文件系統(tǒng)，適宜于文件數較多、數據量大的NAS文件系統(tǒng)的備份

非結構化數據備份數據流策略如下：

2.6.4 郵箱歸檔策略

郵箱歸檔設置了單獨的備份域，由一臺虛擬機作為備份服務器去對接郵箱系統(tǒng)。郵箱歸檔主要是需要滿足郵件合規(guī)保存要求，一般要求保存3年以上的郵件，設置好歸檔策略后，只需要每日定時歸檔，其備份數據流策略如下：

2.7 管理功能規(guī)劃

• 監(jiān)控規(guī)劃

備份系統(tǒng)的監(jiān)控應對接現有的zabbix監(jiān)控系統(tǒng)，并重點關注如下四個方面：

1)備份設備硬件狀態(tài)：需要確認存儲設備硬件狀態(tài)正常

2)備份軟件進程和服務：需要確認備份軟件進程和服務端口正常

3)備份作業(yè)執(zhí)行結果：需要確認定時備份作業(yè)以及其他后臺作業(yè)都執(zhí)行正常

4)備份介質可用容量：需要確認備份介質的可用容量，提前做好容量預估

• 報表規(guī)劃

報表規(guī)劃主要需要訂制每日、每周、每月的運行情況定時報表，主要包括特定時間段內的不同備份數據對象的備份作業(yè)統(tǒng)計信息，包括完成作業(yè)數、失敗作業(yè)數、運行中的作業(yè)數、備份存儲消耗情況等等。

• 配置管理

通過自動化手段，定期抓取備份系統(tǒng)的配置信息，包括主控服務器、備份服務器、備份客戶端、備份策略集、存儲策略、定時策略以及存儲庫等的詳細配置信息，關注整體備份窗口長度、重要數據的備份性能等信息，適時做出相關的備份配置策略調整。

3. 總結和反思

• 容量規(guī)劃

容量估算公式：后端容量 = （前端容量 x 備份周期 增量合計）/ 去重比。由于重復數據刪除技術的應用，容量估算難度加大，增量和去重比都是以經驗值計算，所以需要預估相當的容量冗余。運維過程中，更需要重點及時關注各存儲池上的數據備份周期、增量、去重比以及空閑容量的變化數據。

• SSD存儲池

為進一步確認核心類數據庫的備份方式，已完成備份恢復測試。根據測試結果，LAN網絡備份方式下，2.5TB的核心庫的重刪壓縮數據流量約為456GB，備份時間只需要46分鐘，恢復時間與lanfree方式接近。SSD存儲池的使用，可以顯著地提高備份性能，不受SAN網絡、帶機driver數的限制，在運維管理方面，也避免了磁帶機相關故障導致的備份報錯問題。

另外一方面，在服務器本地SSD盤構建SSD存儲池的方案，具有一定的成本優(yōu)勢，但整體規(guī)模受限，可靠性并不高；但采用更復雜的存儲方案，又加重了管理等成本問題，也需要做好權衡。

原標題：某保險企業(yè)數據備份系統(tǒng)的規(guī)劃設計