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计算机数据存储备份技术分类比较

加入收藏〗 发布时间:2015-09-09

  引 言

  现代科学技术的快速发展使得网络与计算机进入了相对繁荣的时期.

  计算机的大量增加使得数据开始向TB、PB、EB级别进展,无论是存储备份还是灾备都面临着巨大压力与挑战,尤其是云计算、物联网等新潮流的到来,更是进一步加重了对计算机数据存储备份的威胁。为防止计算机数据的破坏与丢失,研究数据存储备份技术显得必要且迫切,其不仅能够为技术的开发、应用提供充足的理论基础,还可为提升技术的可行性、方便未来的推广做出重要贡献,提供极高的参考应用价值。

  1 计算机数据存储系统的分类与对比

  计算机数据存储技术经历了从DAS(基于服务器的存储)、SCSI(基于磁盘阵列的存储)到NAS、SAN(基于网络的存储)的发展历史,无论是数据读/写速度还是存储容量都有了质的飞跃。目前衡量数据存储设备性能的两大主要参数分别是秒传输量与秒输入/输出量。

  1.1数据存储系统分类

  DAS(直接依附)、NAS(网络依附存储系统)与SAN(存储区域网络)三者是目前普遍应用的数据存储技术。

  DAS技术以服务器为中心,其存储设备直接与服务器或者客户器后端相连接,存储备份也依靠服务器与客户机控制完成,其本身只是单纯的存储备份载体,并没有专门操作系统,需要在服务器或者客户机上由第三方软件进行专门操控,在服务器提供其他服务或者用户数量增加时,运行响应速度不可避免会变慢,因此随着千兆以太网的普及应用,制约其发展的瓶颈越来越典型,在应用与推广方面变得困难重重,应用范围不断缩小。DAS拓扑结构示意图如图1所示。【1】

  
  NAS技术以网络为中心面向文件提供存储服务,其存储设备是单独作为文件服务器与网络相连,数据的存储应用部分并不在同一服务器,所以设备数据其实都存储在NAS设备中,通过网络LAN接口与文件系统服务器相连接。这种性质决定了NAS的网络独立性,即使遇到用户数量增加或者运行服务过多等情况也不至于像DAS技术一样导致服务器过载,影响运行响应速度,所以NAS存储备份模式下网络运行性能还是较为可靠的[1].

  SAN简单来说是依靠光纤通道的高传输速度与大容量实现服务器与存储设备之间联系的网络结构。二者通过高带宽FC交换机连接,可随时完成应用工作站到局域网的访问,存储设备之间的存储数据交换也可以直接越过服务器,减少了数据交换与传输带来的网络冲突与堵塞,减少了服务器运行荷载的压力,可显着提升系统整体运行的灵活性与伸缩性,这也是现今SAN技术备受关注的原因所在,其是目前计算机存储备份领域最引人注目的技术之一[2].SAN技术的优势在于不仅可以更加快捷、简便地完成数据资源的存储应用,还可对这些庞大的数据资源实施集中管理,直接提升了应用与管理的便利性,因而具有较好的应用与发展前景。

  SAN技术以光纤为接口决定了其拥有其他技术不可比拟的高传输速度。高性能、高扩展性的光纤网络、光纤交换机与存储阵列可提供更大的服务器扩展空间与吞吐量。

  在存储管理方面,SAN技术直接提供了存储、备份系统与系统相连接的架构,数据在以太网络上流通直接提升了网络运行性能,用户可以获得一个与服务器分开的存储管理理念,文件的存储、备份、恢复与安全管理都将变得更加可靠与简便,依靠网络方式连接的不同存储池在数据交换、共享方面具有更多优势,用户访问数据的安全性与完全性得到了保障[3].SAN技术的另一优势在于简易扩容与高效容错性能,只需要加入新的SAN设备做简单设置即可实现在线扩容配置,即使存储设备有损坏丢失情况也不会影响整体数据的完整性与安全性,通过更换损坏硬盘即可做数据容灾与备份,而无需重启磁盘阵列,在数据灾备方面具有天然优势。
  
  1.2数据存储系统的对比

  与传统的磁盘阵列相比,NAS技术已经突破单纯存储介质的限制,是一台具有自己核心、操作系统与磁盘系统的服务器。传统磁盘阵列需要通过服务器与第三方软件完成控制管理,缺乏自我管理核心,操作算法效率低,尤其是在处理大流量数据时会直接造成服务器运行负荷超载,导致响应速度变慢,与之相对的是,NAS有着自己完整的文件管理系统,磁盘操作算法得到了优化与提高,多个磁头臂的同时读/写大大提升了运行响应速度和处理速度,提升了读/写效率,减少了文件管理失误,有益于提升网络和服务器运行性能。与SAN相比,NAS管理的文件,只是在RAID的基础上增加了存储操作系统和TCP/IP访问协议,但是SAN作为独立的数据管理网络,其通过光纤通道和交换机访问数据,存储设备之间数据交换不需要通过服务器,管理的对象是磁盘空间,追求的是更高的存储性能与处理速度,比起NAS具有更多的应用优势,当然数据存储备份成本也会相应增加。

  2 计算机数据备份系统的分类与对比

  计算机数据备份效果与多种因素有关,比如用户备份需求、资金投入程度等,如果想要效果较好的灾备方案则需要较大投入,因此,灾备方案的选择要根据自身情况选择一些性价比较高的专业方案。目前广泛应用的数据备份方式主要以数据冷备份、暖备份和热备份为主。

  2.1冷备份

  冷备份是一种技术结构简单、成本较低的灾备方式,主要以打孔器、磁带机等进行定期存数备份,处理后的数据被分别备份以实现灾备。从这种描述就可看出冷备份技术含量低、易于实现且应用成本低,但是其也存在着巨大的不足,一是备份数据转移较为麻烦,且一旦被破坏,恢复时间慢,一旦备份介质出现问题很有可能永远无法恢复,因此主要适用于经费或者周期紧张时段的数据备份,适合一些中小企业和个人系统应用。
  
  2.2热备份

  热备份是目前所有备份技术中效果最好、恢复最快的一种备份方式,这种备份技术需要设置专门的灾备设备与技术中心,通过光纤通道与需备份服务器之间实现连接,在专门软件辅助下实时对备份服务器进行监控与自动探测,在灾备系统安装完成后不需要人工操作即可完成灾备工作,在监控服务器出现故障与问题时自动进行备份,完成数据转移操作。但是暖备份技术目前还有较多不足,比如专用灾备设备价格昂贵、安装复杂,需要配备专门的管理设备与软件,且只能实现点对点传输,扩容性、容错性与扩展性交叉,初期安装技术难度和施工难度较高,且对设备厂商依赖程度较高,因此适用范围较窄[4].目前热备份技术主要在一些对数据存储高安全性、高可靠性、实时性要求较多的时候才予以使用,或者超大规模的应用系统与企业计算机数据服务中心才予以采用。

  2.3暖备份

  暖备份是一种成本与技术难度介于冷备份与热备份之间的技术,是二者的折衷方案,也是目前应用最为普遍的一种备份技术方案。它主要是通过设置硬盘远程镜像、数据库复制、灾备中心等以实现对存储数据的完全备份。

  硬盘远程镜像是通过设置与主服务器相对较差的另一服务器和众多磁盘阵列硬盘完成数据存储,通过光纤通道与RAID技术完成数据的传输与备份,作为一种成本与技术难度相对较低的方案,虽然实现难度不大,但是光纤铺设需耗费不少的费用,且有一定距离限制,尤其是它采用的不是同步复制技术,所以数据的同步存储方面不免存在问题,但是在较大范围内并不会严重干扰使用。数据库复制技术的实现与硬盘镜像技术较为类似,二者的主要差别在于具体存储方式,但是数据库复制技术可很好地解决存储不同步问题,可利用数据库软件的强大恢复功能实现备份,比RAID技术更加科学、可靠[5].所以,数据库复制技术的优势在于数据同步存储问题得到了解决,尽管因数据库差异只能进行同厂商之间的数据传输,无法与其他厂商数据库做跨库操作,兼容性较差,但是不失为解决灾备问题的一种有效方式。暖备份的灾备中心的概念与热备份中所提到的灾备中心有一定差别。暖备份的灾备中心主要是在企业公司或者机关所在地设置一个较大的数据备份中心,以该中心为核心完成对整体结构内全部数据的存储和灾备管理。比如跨国跨区域的企业数据备份,数据暖备份应用如图4所示。这种灾备方式相对来说对距离限制较小,可实现对远程分支结构数据存储和备份的管理,并且可适用于各种网络架构,如FDDI,PSTN,DDN等,投资相对热备份较低,且扩容性、容错性都较好,技术难度相对较低,系统扩展只需要增加接驳分支机构的接口即可。这种备份技术方案的缺点在于实现需要较为详细的计划作为指导,比如数据备份间隔设置、备份数据包格式等,需要谨慎仔细的计划才能够确保其顺利完成灾备。

  3 结 语

  综上所述,计算机数据存储备份技术的研究对于应对当前庞大的数据管理压力有积极意义,明确各种技术的优缺点与适用范围可更好地推进技术升级应用,从而有效防范数据的破坏与丢失,在随后的存储灾备技术研究中,可有助于提升技术安全性与可靠性,方便技术大范围的推广与应用。

  参 考 文 献
  
  [1]于洋.计算机数据存储备份探讨[J].制造业自动化,2011(16):134-136.
  [2]李伟.基于SAN架构的数据存储和备份系统[J].电脑知识与技术,2010,6(20):5406-5407.
  [3]吕广平.计算机磁盘阵列及异地容灾备份系统分析[J].科技传播,2012(7):161-162.
  [4]王帆飞.国土资源空间数据存储备份系统的设计与实现[J].计算机与现代化,2012(3):190-193.
  [5]吕小婷,施艳,张振芳.存储局域网(SAN)在地质调查数据存储中的应用[J].地质通报,2012(9):1531-1536.
  [6]申新鹏,曾雷杰,赵晓.磁盘阵列上虚拟磁盘的管理[J].现代电子技术,2010,33(20):144-146.

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