客票系統(tǒng)容災(zāi)的四種數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)方案

李 林 上海鐵路局信息技術(shù)所

1 概述

鐵路客票預(yù)定與發(fā)售信息系統(tǒng)（以下簡稱客票系統(tǒng)）負(fù)載著鐵路所有客運(yùn)營業(yè)站的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)售票任務(wù)，鑒于鐵路在國民經(jīng)濟(jì)客貨運(yùn)輸中的重要地位，它的穩(wěn)定、高效運(yùn)行直接關(guān)系到鐵路客運(yùn)生產(chǎn)收入和社會影響。

目前，客票系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了票庫集中。在某區(qū)域內(nèi)代售點(diǎn)發(fā)售的電子客票均是通過該區(qū)域內(nèi)唯一的后臺中心數(shù)據(jù)庫售出，這就對客票主機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)等提出了更高的要求?？推毕到y(tǒng)在建立之時就通過對主機(jī)、存儲配置冗余熱備模塊來規(guī)避單個器件失效的故障，通過雙機(jī)集群來規(guī)避單臺服務(wù)器失效的故障，通過操作系統(tǒng)LVM 建立雙存儲間鏡像，同時機(jī)房建立冗余UPS 供電、空調(diào)系統(tǒng)，這些措施對客票信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

綜上所述，雖然客票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心具備了一定的數(shù)據(jù)保護(hù)和保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的能力，但是站在更高的層面看，客票系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對于較大范圍的災(zāi)難事件，如中心機(jī)房斷電、火災(zāi)、地震、人為破壞等非預(yù)見性因素缺乏有效的技術(shù)防范措施。隨著各地高速鐵路的開通運(yùn)營，客票系統(tǒng)災(zāi)難的發(fā)生會嚴(yán)重影響鐵路客運(yùn)，并帶來不良的社會影響，因此有必要在安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，建立客票數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)備份，盡可能地保證客票系統(tǒng)的連續(xù)性、可靠性。本文就客票系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容災(zāi)的幾種數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)方案小結(jié)如下。

2 四種技術(shù)方案的研究

容災(zāi)技術(shù)方案的核心技術(shù)是數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)。雖然計算機(jī)業(yè)界有許多廠商提供各種各樣的產(chǎn)品和技術(shù)，但是就其本質(zhì)而言，主流的數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)基本可分為四大類，即智能存儲層數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)庫層數(shù)據(jù)復(fù)制、主機(jī)層邏輯卷軟件容災(zāi)復(fù)制和存儲網(wǎng)絡(luò)層容災(zāi)復(fù)制（存儲虛擬化技術(shù)）。下面就這四種容災(zāi)數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)的方案設(shè)計進(jìn)行討論：

2.1 智能存儲層數(shù)據(jù)復(fù)制

智能存儲系統(tǒng)容災(zāi)是基于存儲系統(tǒng)內(nèi)建的固件（firmware）或操作系統(tǒng)，通過IP 網(wǎng)絡(luò)或DWDM、光纖通道等傳輸介質(zhì)，將數(shù)據(jù)以同步或異步的方式復(fù)制到容災(zāi)端。主要的智能存儲系統(tǒng)容災(zāi)有HP、HDS TrueCopy、IBM PPRC 和EMC SRDF 等。該技術(shù)于上世紀(jì)末誕生于智能存儲技術(shù)中，被較多容災(zāi)系統(tǒng)所采用。

基于智能存儲的數(shù)據(jù)復(fù)制由智能存儲系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程復(fù)制和同步，即智能存儲系統(tǒng)將對本系統(tǒng)中的存儲器I/O 操作Log 復(fù)制到遠(yuǎn)端的存儲系統(tǒng)中并執(zhí)行。該技術(shù)保證了數(shù)據(jù)的一致性，具有高效快速的特點(diǎn)，能較好地保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，數(shù)據(jù)的復(fù)制備份過程不占用主機(jī)資源，操作控制比較簡單。但其開放性較差，要求主機(jī)、存儲必須同構(gòu)。智能存儲系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制的示意如圖1 所示。

圖1 智能存儲系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制的示意

2.2 數(shù)據(jù)庫層數(shù)據(jù)復(fù)制

數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程復(fù)制是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程復(fù)制和同步。在復(fù)制過程中，使用自動沖突檢測和解決的手段保證數(shù)據(jù)一致性不受破壞。復(fù)制方式可分為實(shí)時復(fù)制、定時復(fù)制和存儲轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制。

(1)實(shí)時復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容被修改時，容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容實(shí)時地被修改，此種復(fù)制方式對網(wǎng)絡(luò)可靠性要求高。

(2)定時復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容被修改時，容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容會按照時間間隔，周期性地按照主中心的更新情況進(jìn)行刷新，時間間隔可長(以小時計)可短(以秒計)。

(3)存儲轉(zhuǎn)發(fā)復(fù)制：當(dāng)主中心的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容被修改時，主中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器會先將修改操作Log 存儲于本地，待時機(jī)成熟再轉(zhuǎn)發(fā)給容災(zāi)中心。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫復(fù)制的實(shí)質(zhì)是將主用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫操作Log 實(shí)時或者周期性地復(fù)制到備用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)的一致性。它對主機(jī)的性能有一定影響，會增加對磁盤存儲容量的需求（包括對Log 的存儲），但系統(tǒng)恢復(fù)較簡單，在實(shí)時復(fù)制方式時數(shù)據(jù)一致性較好。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫復(fù)制需配置數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程復(fù)制軟/硬件，對主、備系統(tǒng)的服務(wù)器主機(jī)類型、存儲設(shè)備類型可以異構(gòu)，對數(shù)據(jù)庫的操作訪問基于開放接口時甚至可以實(shí)現(xiàn)異種數(shù)據(jù)庫之間的互為備份復(fù)制。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫復(fù)制邏輯示意如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫復(fù)制邏輯示意

2.3 主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制

該復(fù)制方式采用第三方卷管理軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制。通過在容災(zāi)中心主機(jī)和主中心主機(jī)上安裝卷管理器軟件，將容災(zāi)中心的磁盤空間和主中心磁盤空間上的分區(qū)或卷虛擬為主機(jī)能夠看到的同一分區(qū)或卷，這樣當(dāng)主中心主機(jī)發(fā)生I/O 操作時，系統(tǒng)自動將數(shù)據(jù)分別寫入本地的主磁盤陣列和容災(zāi)中心的鏡像磁盤陣列中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制。這種寫操作對主機(jī)而言的是邏輯上的。當(dāng)主中心發(fā)生災(zāi)難時，容災(zāi)中心可以接管應(yīng)用；當(dāng)主中心系統(tǒng)重建后，數(shù)據(jù)可以從容災(zāi)中心得到恢復(fù)。它的原理和操作系統(tǒng)邏輯卷LVM 鏡像有幾分相似，主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制原理如圖3 所示。

圖3 主機(jī)層邏輯卷軟件數(shù)據(jù)復(fù)制原理

生產(chǎn)系統(tǒng)對“本地數(shù)據(jù)”的任何更新都立刻在“異地數(shù)據(jù)”得到更新。“本地數(shù)據(jù)”和“異地數(shù)據(jù)”的更新方式可以選擇順序方式或者并行方式，但一般使用并行方式以增加整體性能。目前較知名的邏輯卷復(fù)制管理軟件包括IBM 的eXtended RemoteCopy (XRC)和HACMP/XD 和LVM、Veritas Volume Replicator(VVR)、SUN 的Data Replicator，這些基于軟件輔助的數(shù)據(jù)復(fù)制工具都可以通過IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)復(fù)制。

2.4 智能存儲交換機(jī)數(shù)據(jù)復(fù)制

基于智能存儲交換機(jī)(SAN-Based)的容災(zāi)方式是將有特殊功能的存儲交換機(jī)放置在主機(jī)與存儲之間，通過交換機(jī)中的功能模塊將主機(jī)與生產(chǎn)中心存儲與容災(zāi)中心存儲劃分到一起。當(dāng)主機(jī)有I/O寫入時，交換機(jī)自動將次I/O 同時寫入到本地和異地的存儲當(dāng)中去，分配I/O的工作完全由專用存儲交換機(jī)來完成，因此對主機(jī)及存儲的性能影響微小。同時，由于功能使用軟件層面實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)時間的恢復(fù)策略，并且整個SAN 環(huán)境中使用公共、統(tǒng)一的復(fù)制API，可以實(shí)現(xiàn)存儲的異構(gòu)。業(yè)界知名的遠(yuǎn)程容災(zāi)方案有飛康CDP、IBM SVC 等。

四種方案的優(yōu)劣比較如表1 所示。

表1 四種方案的優(yōu)劣比較

3 結(jié)束語

隨著高速鐵路時代的到來，客票系統(tǒng)在客運(yùn)組織中的重要性越來越突顯，保證客票系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高其連續(xù)可用性已成為共識，因而，建立客票系統(tǒng)的災(zāi)難備份勢在必行。但災(zāi)難備份是一項技術(shù)復(fù)雜、投資巨大、工程浩大的項目。通過研究當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合鐵路客票系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文分析了各種可行的技術(shù)方案，希望提出對客票系統(tǒng)安全性具有參考意義的觀點(diǎn)。系統(tǒng)容災(zāi)建設(shè)是一個長期過程，它帶來高可靠性保障的同時也需要高額的資金支持，并且對建設(shè)完成后的系統(tǒng)維護(hù)也將會提出更高的要求。