南京市國土資源“一張圖”與監(jiān)管平臺建設(shè)工程數(shù)據(jù)庫備份方案研究

徐蘇維，項 輝

（南京市國土資源信息中心，江蘇南京 210005）

0 引言

近年來，國土資源部以國土資源“一張圖”和綜合監(jiān)管平臺建設(shè)為抓手，大力推進(jìn)信息化建設(shè)。根據(jù)國土資源部《關(guān)于加快推進(jìn)國土資源遙感監(jiān)測“一張圖”和綜合監(jiān)管平臺建設(shè)與應(yīng)用的通知》（國土資廳發(fā)〔2012〕42號）及市局《關(guān)于加快全市國土資源“一張圖”及綜合監(jiān)管平臺建設(shè)和應(yīng)用工作的通知》（寧國土資〔2013〕409號）等文件精神，全局系統(tǒng)正在進(jìn)一步加快國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫及綜合監(jiān)管平臺建設(shè)，提升全系統(tǒng)信息化建設(shè)和管理水平，提高用地服務(wù)和保障發(fā)展能力。

隨著“一張圖”與綜合監(jiān)管平臺建設(shè)地快速推進(jìn)，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、土地資源類數(shù)據(jù)、礦產(chǎn)資源類數(shù)據(jù)、地質(zhì)環(huán)境類數(shù)據(jù)等各類型數(shù)據(jù)匯交大集中，數(shù)據(jù)的重要性、安全性愈來愈凸顯，一旦數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)突發(fā)問題而停止服務(wù)，后果將不堪設(shè)想，因此為系統(tǒng)部署、運(yùn)行和數(shù)據(jù)管理所必須的軟硬件支持環(huán)境建設(shè)迫在眉睫，制定并實(shí)施一套優(yōu)良的數(shù)據(jù)備份方案更是當(dāng)務(wù)之急。在全市數(shù)據(jù)集中統(tǒng)管的大趨勢下，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲規(guī)模越來越龐大，管理眾多設(shè)備的維護(hù)成本也隨之增加，因此，數(shù)據(jù)中心必須向集群化和集約化發(fā)展，資源整合，提高運(yùn)行效率，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心資源的利用率。

1 建設(shè)方案

1.1 建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)《南京市國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)管理共享平臺建設(shè)方案》的既定目標(biāo)，本方案的總體目標(biāo)是在現(xiàn)狀梳理和需求分析的基礎(chǔ)上，合理利用現(xiàn)有資源，并充分采用新技術(shù)，建立服務(wù)器資源池、存儲資源池，部署一套成熟、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，保障“一張圖”工程與監(jiān)管平臺建設(shè)成果的部署和運(yùn)行，同時滿足未來南京市國土資源信息化的需求。

1.2 建設(shè)任務(wù)

目前，市局主機(jī)房服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施較為陳舊，已經(jīng)無法滿足“一張圖”工程與監(jiān)管平臺建設(shè)成果的部署和運(yùn)行需要。本方案的主要任務(wù)是：①全面梳理現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀況，準(zhǔn)確掌握設(shè)備性能和利用狀況，為硬件資源整合提供依據(jù)。②采用虛擬化技術(shù)，通過添置和整合硬件資源，實(shí)現(xiàn)市局?jǐn)?shù)據(jù)中心大部分計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源的有效整合、動態(tài)配置和科學(xué)管理。③通過高可用性設(shè)計和安全備份機(jī)制（包括異地備份），為信息系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供支撐，為數(shù)據(jù)和信息安全提供保障。

1.3 建設(shè)原則

針對南京市國土資源局國土資源信息化建設(shè)起步較早、底子較厚，具有一定的網(wǎng)絡(luò)和硬件基礎(chǔ)的特點(diǎn)，“一張圖”工程運(yùn)行環(huán)境建設(shè)應(yīng)遵循以下原則：①創(chuàng)新原則：要充分利用相對成熟的新技術(shù)，包活：超高速網(wǎng)絡(luò)、群集技術(shù)、虛擬化技術(shù)、云計算等，打造具有先進(jìn)水平的市級國土資源數(shù)據(jù)中心。②利舊原則：要運(yùn)用虛擬化技術(shù)，科學(xué)整合現(xiàn)有服務(wù)器、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，充分發(fā)揮其作用，以保護(hù)投資。③實(shí)用原則：要從“一張圖”工程與監(jiān)管平臺、電子政務(wù)管理系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，確定項目的技術(shù)方案，在實(shí)用的前提下適度超前，至少要滿足今后5～10年信息化的需要。④安全原則：項目建設(shè)必須保證系統(tǒng)整體的強(qiáng)健性和較高的信息安全保護(hù)能力，安全性能符合國家有關(guān)規(guī)定。

2 內(nèi)網(wǎng)需求與現(xiàn)狀梳理

2.1 內(nèi)網(wǎng)需求

2.1.1“一張圖”工程與監(jiān)管平臺的部署運(yùn)行需求

“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫集成了各類數(shù)據(jù)集，類型復(fù)雜，數(shù)據(jù)量巨大，同時還需要提供多方面服務(wù)，數(shù)據(jù)訪問較為頻繁，并發(fā)訪問量大，數(shù)據(jù)處理負(fù)載大。

“一張圖”數(shù)據(jù)庫存儲使用FC-SAN架構(gòu)，使用光纖通道連接到存儲服務(wù)器上，用于傳輸大塊的數(shù)據(jù)，保證Oracle數(shù)據(jù)庫塊級數(shù)據(jù)讀寫速度在400MB/S。

2.1.2 電子政務(wù)系統(tǒng)的部署運(yùn)行需求

市局電子政務(wù)系統(tǒng)包括多級一體化政務(wù)管理平臺，以及在此平臺上搭建的各類應(yīng)用系統(tǒng)。其對運(yùn)行環(huán)境的需要：①數(shù)據(jù)庫需求。需要兩臺小型機(jī)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫集群，一個容量不低于6TB的存儲設(shè)備（用于存儲包括政務(wù)平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)索引等數(shù)據(jù)，并預(yù)留未來3～5年的發(fā)展空間）。②應(yīng)用服務(wù)需求。采用富士通刀片服務(wù)器，通過虛擬化技術(shù)劃分出多臺工作流應(yīng)用虛擬服務(wù)器，構(gòu)成服務(wù)器集群，為用戶提供應(yīng)用程序調(diào)用的方法。③文件服務(wù)需求。采用富士通刀片服務(wù)器，通過虛擬化技術(shù)劃分出多臺虛擬服務(wù)器組成集群，存儲容量不低于10TB。

2.1.3 內(nèi)網(wǎng)平臺安全需求

隨著國土資源信息化建設(shè)的不斷加強(qiáng)，局系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)終端計算機(jī)數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用日益復(fù)雜化。日常工作對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越高，保證內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全、正常運(yùn)行十分重要。

內(nèi)網(wǎng)的安全風(fēng)險主要來自以下幾個方面：①病毒木馬。計算機(jī)病毒是目前對網(wǎng)絡(luò)及計算機(jī)安全最大的威脅，目前局內(nèi)部雖然已經(jīng)統(tǒng)一配置安裝了瑞星防病毒軟件，能夠?qū)Σ《具M(jìn)行一定效果的防范，但是仍存在終端升級不及時，管理不規(guī)則等問題。②移動終端。外來移動存儲設(shè)備隨意接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)終端同樣可能會造成單位內(nèi)部的涉密文件被竊取，引入病毒等嚴(yán)重后果，對于具有防火墻、網(wǎng)關(guān)等硬件防范的網(wǎng)絡(luò)，移動存儲介質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部造成病毒感染是病毒在內(nèi)網(wǎng)傳播的主要方式。目前我們采用圓周率數(shù)據(jù)加密軟件，后臺控制臺能封鎖USB接口，防止外來移動存儲介質(zhì)隨意接入網(wǎng)內(nèi)終端，進(jìn)而保護(hù)終端的涉密信息。

2.2 現(xiàn)狀梳理

2.2.1 服務(wù)器

目前4樓主機(jī)房內(nèi)網(wǎng)共有21臺服務(wù)器，其中2臺服務(wù)器部署了VMWare虛擬化軟件，實(shí)現(xiàn)了虛擬化，虛擬化率為10%。下一步是服務(wù)器現(xiàn)狀梳理，如表1所示，這些物理和虛擬的服務(wù)器支撐局電子政務(wù)、中心電子政務(wù)、權(quán)力陽光運(yùn)行、一張圖應(yīng)用、建設(shè)用地跟蹤、征地報批、征地補(bǔ)償安置、地籍、檔案等10多套內(nèi)部應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.2.2 存儲

下一步是內(nèi)網(wǎng)現(xiàn)有存儲設(shè)備3臺，詳情如表2所示。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)

從現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行和管理狀況分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前局內(nèi)網(wǎng)的軟件環(huán)境主要存在以下問題：①整個系統(tǒng)沒有采用高可用性設(shè)計，存在單點(diǎn)故障隱患。②部分服務(wù)器配置過低，不能進(jìn)行虛擬化，存在服務(wù)器資源利用不合理現(xiàn)象。表現(xiàn)為部分服務(wù)器負(fù)載嚴(yán)重不足，而另一部分服務(wù)器不堪重負(fù)。③沒有完善的數(shù)據(jù)備份措施，存在數(shù)據(jù)安全隱患。

3 總體設(shè)計

3.1 主要技術(shù)概念

3.1.1 RAID5

RAID5是一種奇偶校驗(yàn)的磁盤陣列技術(shù)，它的最大特點(diǎn)是容錯性——將多個（3-32）硬盤上的可用空間合并成一個邏輯卷。奇偶校驗(yàn)是與信息塊相關(guān)聯(lián)的冗余信息，它主要用于服務(wù)器的磁盤保護(hù)，防止數(shù)據(jù)丟失。

3.1.2 VMWare（威睿）虛擬機(jī)軟件

VMWare(Virtual Machine ware)是一個“虛擬 PC”軟件公司，它的產(chǎn)品可以在一臺機(jī)器上同時運(yùn)行2個或更多Windows、DOS、LINUX 系統(tǒng)。與“多啟動”系統(tǒng)相比，VMWare采用了完全不同的概念。多啟動系統(tǒng)在一個時刻只能運(yùn)行一個系統(tǒng)，在系統(tǒng)切換時需要重新啟動機(jī)器；VMWare是真正“同時”運(yùn)行，多個操作系統(tǒng)在主系統(tǒng)的平臺上，就象標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用程序那樣切換，而且每個操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實(shí)硬盤的數(shù)據(jù)，甚至可以通過網(wǎng)卡將幾臺虛擬機(jī)用網(wǎng)卡連接為一個局域網(wǎng)，極其方便。

3.1.3 集群技術(shù)

集群（Cluster）技術(shù)是指一組相互獨(dú)立的計算機(jī)，利用高速通信網(wǎng)絡(luò)組成一個計算機(jī)系統(tǒng)，每個群集節(jié)點(diǎn)（即集群中的每臺計算機(jī)）都是運(yùn)行其自己進(jìn)程的一個獨(dú)立服務(wù)器。這些進(jìn)程可以彼此通信，對網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)來說就像是形成了一個單一系統(tǒng)，協(xié)同起來向用戶提供應(yīng)用程序、系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時，它所運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)⒂善渌?jié)點(diǎn)自動接管。

其中，只有兩個節(jié)點(diǎn)的高可用集群又稱為雙機(jī)熱備，下一步是雙機(jī)熱備有兩種實(shí)現(xiàn)模式，一種是基于共享的存儲設(shè)備的方式，另一種是沒有共享的存儲設(shè)備的方式，一般稱為純軟件方式，如圖1和圖2所示。

（1）基于共享的存儲設(shè)備的方式。

基于存儲共享的雙機(jī)熱備是雙機(jī)熱備的最標(biāo)準(zhǔn)方案。對于

這種方式，采用兩臺服務(wù)器，使用共享的存儲設(shè)備磁盤陣列（核心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)都存放在該磁盤陣列中）。兩臺服務(wù)器可以采用互備、主從、并行等不同的方式。在工作過程中，兩臺服務(wù)器將以一個虛擬的IP地址對外提供服務(wù)，依工作方式的不同，將服務(wù)請求發(fā)送給其中一臺服務(wù)器承擔(dān)。同時，服務(wù)器通過心跳線(目前往往采用建立私有網(wǎng)絡(luò)的方式)偵測另一臺服務(wù)器的工作狀況。當(dāng)一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，另一臺服務(wù)器根據(jù)心跳偵測的情況做出判斷，并進(jìn)行切換，接管服務(wù)。對于用戶而言，這一過程是全自動的，在很短時間內(nèi)完成，從而對業(yè)務(wù)不會造成影響。由于使用共享的存儲設(shè)備，因此兩臺服務(wù)器使用的實(shí)際上是一樣的數(shù)據(jù)，由雙機(jī)或集群軟件對其進(jìn)行管理。

表1 服務(wù)器現(xiàn)狀梳理

表2 現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)存儲設(shè)備一覽表

（2）純軟件方式。

純軟件的方式，通過鏡像軟件，將數(shù)據(jù)可以實(shí)時復(fù)制到另一臺服務(wù)器上，這樣同樣的數(shù)據(jù)就在兩臺服務(wù)器上各存在一份，如果一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，可以及時切換到另一臺服務(wù)器。

圖1 基于共享的存儲設(shè)備的方式

圖2 基于共享的存儲設(shè)備的方式

3.1.4 存儲

（1）按照基礎(chǔ)架構(gòu)分類。

①DAS(Direct Attached Storage)直接掛接存儲，存儲設(shè)備（通常為磁盤或磁帶）通過電纜直接與計算機(jī)相連；②SAN（Storage Area Network）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（包括 FC SAN、IP SAN），是一種交換式存儲路徑網(wǎng)絡(luò),是一種基于光纖網(wǎng)的特殊的后臺數(shù)據(jù)存取網(wǎng)絡(luò)，是為連接服務(wù)器、磁盤陣列、帶庫等存儲設(shè)備專門而建立的高性能網(wǎng)絡(luò)；③NAS（Network Attached Storage）網(wǎng)絡(luò)掛接存儲，一種直連到網(wǎng)絡(luò)（LAN or WAN）里的特殊用途的存儲設(shè)備，存儲系統(tǒng)本身具備文件系統(tǒng)以及文件系統(tǒng)管理功能，類似文件共享服務(wù)器。

（2）按照主機(jī)接口傳輸方式。

①SCSI存儲/SAS存儲：主機(jī)接口是SCSI/SAS，采用SCSI/SAS協(xié)議傳輸；SCSI/SAS系列磁盤陣列主要適用于中小型企業(yè)；僅能用于DAS連接方式。②光纖存儲（光纖：Fiber Channel，F(xiàn)C）：磁盤陣列主機(jī)接口是FC（2Gb/s or 4Gb/s），采用FCP協(xié)議傳輸；廣泛應(yīng)用于SAN、NAS連接方式中，包括全光纖、半光纖兩類：半光纖——即內(nèi)部僅使用SATA或者IDE和SCSI硬盤；全光纖——即內(nèi)部使用FC硬盤。③IP存儲（or iSCSI存儲）：磁盤陣列主機(jī)接口是網(wǎng)口（RJ45接口）的存儲陣列，數(shù)據(jù)在陣列與服務(wù)器主機(jī)間傳輸時走的是TCP/IP協(xié)議。

3.1.5 備份概念

備份有兩種類型：物理備份和邏輯備份。

物理備份：①冷備份：在數(shù)據(jù)庫關(guān)閉狀態(tài)拷貝數(shù)據(jù)庫文件到另外位置。②熱備份：在數(shù)據(jù)庫運(yùn)行狀態(tài)拷貝數(shù)據(jù)庫文件到另外位置。

邏輯備份：使用Export實(shí)用程序備份，當(dāng)數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障，可以使用Oracle的Import實(shí)用程序恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。

3.2 備份技術(shù)

（1）全備份：是對數(shù)據(jù)的完全備份。

（2）增量備份：是對上次全備份或者增量備份后被修改了的文件做備份。優(yōu)點(diǎn)是備份數(shù)據(jù)量小，需要的時間短；缺點(diǎn)是恢復(fù)的時候需要多份備份數(shù)據(jù)，出問題的風(fēng)險較大。

（3）差量備份：是備份自上次全備份后被修改過的文件。

4 服務(wù)器整合、部署與實(shí)現(xiàn)

4.1 整合部署

經(jīng)過上述對目前業(yè)務(wù)服務(wù)器及存儲的利用情況，建議整合部署如下。

（1）將2臺小型機(jī)做雙機(jī)熱備加存儲的模式，保障“一張圖”數(shù)據(jù)庫以及OA數(shù)據(jù)庫的安全，即將現(xiàn)有IBM750與閑置小型機(jī)P670組成集群，或采購一臺新的小型機(jī)組成集群，通過HBA卡與FC SAN架構(gòu)的EMC VMAXe存儲連接，通過集群軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫備份。

（2）目前有一臺富士通刀片服務(wù)器，局內(nèi)網(wǎng)與中心內(nèi)網(wǎng)以及新文件服務(wù)器都部署在上面，建議再采購一臺刀片服務(wù)器做集群，通過HBA卡與FC SAN架構(gòu)的EMC VMAXe存儲連接，通過集群軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫備份，同時可以免去刻盤送銀行的工作流程。

（3）地質(zhì)環(huán)境服務(wù)或一張圖網(wǎng)站（192.168.1.6）移植到剩余的1刀片上去，空出一臺4U機(jī)架服務(wù)器；192.168.1.3上的供后跟蹤服務(wù)，建議與耕保系統(tǒng)一樣移植到1.2上，空出該服務(wù)器。

（4）目前2臺IBM3650，采用VMWare技術(shù)做了5臺虛擬機(jī)，還有空余資源可以用來做虛擬機(jī)的備份，共享EMC VMAXe存儲。

（5）目前一張圖核心數(shù)據(jù)庫與所有OA政務(wù)數(shù)據(jù)都存儲在一臺EMC VMAXe，建議采購一臺備份存儲，兩臺存儲間通過SharePlex、HVR等軟件進(jìn)行鏡像備份，實(shí)現(xiàn)單存儲故障自動轉(zhuǎn)移。

下一步是小型機(jī)架構(gòu)和刀片服務(wù)器架構(gòu)，如圖3和圖4所示。

4.2 具體實(shí)現(xiàn)

根據(jù)數(shù)據(jù)安全性的要求，建議采用“物理備份+邏輯備份相結(jié)合的方式。具體實(shí)現(xiàn)為：實(shí)時熱備份，每天自動邏輯備份，同時用oracle實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程容災(zāi)。

對關(guān)鍵性數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程容災(zāi)異地備份（防止主機(jī)房突發(fā)意外事件如漏水、失火等）；本地備份實(shí)現(xiàn)：對于重要的核心數(shù)據(jù)庫采用雙機(jī)熱備加存儲的模式；重要的政務(wù)應(yīng)用服務(wù)器（局電子政務(wù)與中心電子政務(wù)）采用雙機(jī)熱備加存儲的模式；重要的文件服務(wù)器采用純軟件的鏡像備份方式；對于某些專業(yè)類如地質(zhì)環(huán)境等數(shù)據(jù)庫服務(wù)器直接采用RAID5。同時對一張圖核心數(shù)據(jù)庫的存儲必須進(jìn)行存儲鏡像備份方式，保障主存儲失效時，備份存儲可以直接接手，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性和實(shí)時性。

同時，采用當(dāng)前邏輯備份想結(jié)合的方式，具體實(shí)現(xiàn)：每天使用BAT文件調(diào)用oracle的exp功能導(dǎo)出OA數(shù)據(jù)庫在本機(jī)以及存儲器（網(wǎng)牛）上實(shí)現(xiàn)自動全備份（定期刪除老備份節(jié)省空間）；南京地籍庫使用BAT文件調(diào)用FME模板備份核心庫表；重要文件通過文件拷貝程序在存儲器（網(wǎng)牛）上進(jìn)行增量備份，間隔半個月全備份一次。

圖3 小型機(jī)架構(gòu)

圖4 刀片服務(wù)器架構(gòu)

5 結(jié)語

上述方案還未成熟，需后續(xù)結(jié)合新技術(shù)新需求不斷改進(jìn)完善，待形成最終成熟的數(shù)據(jù)備份方案后，全市國土資源數(shù)據(jù)備份工作即將展開，這將為重要數(shù)據(jù)安全提供基本保障。相信未來在良好的數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)、安全機(jī)制下，全市“一張圖”工程和綜合監(jiān)管平臺建設(shè)能夠更加穩(wěn)步、安全推進(jìn)。

［1］鄭州藍(lán)訊網(wǎng)絡(luò)科技有限公司.主流備份軟件與Oracle數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)［EB/OL］.IE百度文庫，2010-12-01.

［2］李立萍.計算機(jī)數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)技術(shù)研究［J］.計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013（24）：164-165.

［3］孫善志.探討ORACLE數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)策略［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（30）：69.