从CDP解析数据备份和副本管理技术

Hardy 架构师技术联盟

数据资产是企业生存的根本，企业对数据资产保护的诉求推动数据保护技术的一次次变革，从原始的手工数据副本拷贝，例行脚本、系统工具(如RMAN)、备份软件、快照，再到持续数据保护、数据副本管理(CDM)。

备份软件、快照等技术是目前应用最广泛、最成熟的技术，有大量成熟产品。前期我在WeChat上零散的做过全面的技术分享，并细化汇总成<数据备份和副本管理技术全面解析>，领域涉及的小伙伴可点击原文链接查看详情。

个人认为: 持续数据保护(CDP)、CDM技术将真正有能力在云计算海量数据时代承担更多核心数据资产保护任务，本文详细分析下CDP技术(CDM将在后续进行分享)。

持续数据保护(Continuous Data Protection)技术是对传统数据保护技术的一个重大突破。系统管理者无须关注数据的备份过程，而是仅仅当灾难发生后，简单地选择需要恢复到的数据备份时间点即可实现数据的快速恢复。

灾难恢复的对象主要有两个，其一是应用的业务数据，其二是应用的运行状态。通常的灾难恢复技术包括数据的备份、复制、应用的远程集群等。现在，一种新的灾难恢复技术――持续数据保护是灾难恢复的新选择。

SNIA对CDP的定义是: 持续数据保护是一套方法，它可以捕获或跟踪数据的变化，并将其在生产数据之外独立存放，以确保数据可以恢复到过去的任意时间点。持续数据保护系统可以基于块、文件或应用实现，可以为恢复对象提供足够细的恢复粒度，实现几乎无限多的恢复时间点。

传统的数据保护解决方案专注在对数据的周期性备份上，因此一直伴随有备份窗口、数据一致性以及对生产系统的影响等问题。

然而，CDP为用户提供了新的数据保护手段，系统管理者无须关注数据的备份过程(因为CDP系统会不断监测关键数据的变化，从而不断地自动实现数据的保护)，而是仅仅当灾难发生后，简单地选择需要恢复到的数据备份时间点即可实现数据的快速恢复。

持续数据保护和传统的灾难恢复技术相比，持续数据保护具有如下明显的特点。

1、首先可以大大提高数据恢复时间点目标(RPO)。备份技术实现的数据保护间隔一般为24小时(每天备份一次)，因此用户会面临数据丢失多达24小时的风险，采用快照技术，可以将数据的丢失风险降低到几个小时之内，而CDP能够实现的数据丢失量可以降低到几秒(当然，不同的CDP产品和解决方案提供的时间精度也不尽相同)。

实际上，在传统数据保护技术中采用的是对“单时间点(Single Point-In-Time)”的数据拷贝进行管理的模式，而持续数据保护可以实现对“任意时间点(Any Point-In-Time)”的数据保护。

2、虽然复制技术可以通过与生产数据的同步获得数据的最新状态，但其无法规避由人为的逻辑错误或病毒攻击所造成的数据丢失。当生产数据由于以上原因导致数据遭到破坏时(例如数据被误删除)，复制技术会将遭到破坏的数据状态同步到后备数据存储系统，使后备数据也受到破坏。CDP系统可以使数据状态恢复到数据遭到破坏之前的任意一个时间点，也就可以消除前者具有的风险。

3、由于恢复时间和恢复对象的粒度更细，所以持续数据保护的数据恢复也更加灵活。目前的部分产品和解决方案允许最终用户(而不仅仅是系统管理员)直接对数据进行恢复操作，这在很大程度上方便了使用者。

持续数据保护实现的关键技术是对数据变化的记录和保存，以便实现任意时间点的快速恢复。一般来讲，有三种实现方式。

1、基准参考数据模式，建立参考数据拷贝，根据生产数据变化记录数据差异日志，根据日志差异按需恢复数据。基准参考数据模式原理简单，实现起来比较容易，但由于数据恢复时需要从最原始的参考数据开始，逐步进行数据恢复，因此恢复时间比较长，尤其是恢复时间点越靠近当前的时间，恢复所需要的时间就越长。

2、复制参考数据模式，生产数据和参考数据副本事实同步，在同步的同时记录回退日志或事件，基于回退日志差异实现数据按需恢复。复制参考数据模式和基准参考数据模式在实现原理上恰好相反。复制参考数据模式在数据恢复时，恢复的时间点越靠近当前，所需要的恢复时间越短。但在数据的保存过程中，需要同时进行数据和日志记录的同步，需要较多的系统资源。

3、合成参考数据模式，合成参考数据模式是以上两种模式的折衷，较好地实现了以上两种模式的妥协，因此可以得到较好的资源占用和恢复时间效果。但需要复杂的软件管理和数据处理功能，实现起来比较复杂。

持续数据保护技术或解决方案的实现有多种模式。不同的厂商建立了不同的持续数据保护模型，参考SNIA的存储共享模型, 可以将实现持续数据保护的产品或解决方案分为基于应用、基于文件和基于数据块的持续数据保护。

1、基于应用实现持续数据保护

对需要保护的关键应用程序，可以在其中直接嵌入和运行CDP功能。这种实现CDP的方式首先能够和应用进行深度整合，确保应用数据在持续保护中的一致性。CDP功能可以由软件厂商将其直接嵌入在软件产品中，也可以是软件厂商提供API接口，由第三方软件开发商来开发完成。基于应用的CDP最大好处是与应用程序结合紧密，管理也比较灵活，易于用户部署和实施。

目前基于应用程序的CDP解决方案大部分是针对成熟的应用开发的。如支持微软公司的Office、Exchange、IBM的DB2，以及Oracle数据库等。

2、基于文件实现持续数据保护

基于文件的CDP，其功能作用在文件系统上。它可以捕捉文件系统数据或者元数据的变化事件(例如创建、修改、删除等)，并及时将文件的变动进行记录，以便将来实现任意时间点的文件恢复。

IBM公司的VitalFile、Storactive公司的Live Backup for Desktop、TimeSpring公司的TimeData等产品，都能提供基于文件的CDP功能。VSS是微软公司基于Windows操作系统的一项CDP功能实现模块，VSS提供了实现CDP(尽管其备份时间粒度比较大)的API，第三方软件可以在其基础上进行开发，目前基于VSS的产品有微软的DPM和Symantec的Backup Exec 10D等。

3、基于数据块实现持续数据保护

基于块的CDP功能直接运行在物理的存储设备或逻辑的卷管理器上，甚至也可以运行在数据传输层上。当数据块写入生产数据的存储设备时，CDP系统可以捕获数据的拷贝并将其存放在另外一个存储设备中。

基于数据块的数据保护又有基于主机层、基于传输层和基于存储层三类实现方式。一般来讲，基于块的持续数据保护除在主机层实现以外，相关的产品和技术比较复杂，实施成本也相应地比较高，因此适合于有持续数据保护需求的大中型企业。

由于CDP技术、CDM技术在数据保护和灾难恢复中具有的特点和优势，越来越多的用户会将目光投放在这一灾难恢复的新技术上。相信随着时间的推移和技术成熟，除了EMC iCDM、Cohesity和鼎甲InfoSemper等产品外，会有越来越多的CDM解决方案和产品出现，在实现持续数据保护的需求上，用户将会有越来越多的选择。

关于CDP技术的文章分享先告一段落，后续再找时间分析CDM。下面是电子书<数据备份和副本管理技术全面解析>主要内容。

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