Современные технологии сетевого резервного копирования

Самое ценное в любой информационной системе, во имя чего она, собственно, и существует, — это хранящиеся в ней данные. Но как бы ни были надежны аппаратные средства, как бы хорошо ни было протестировано программное обеспечение, всегда существует вероятность потери информации. Опыт компании «Интерпроком ЛАН» показывает, что информация в вычислительных сетях может быть утрачена по следующим причинам (в процентном соотношении):

• аварии аппаратуры и программного обеспечения — 12%,
• ошибки персонала — 75%,
• вирусы — 10%,
• прочие причины (например, злой умысел) — 3%.

В ряде случаев можно предпринять меры, снижающие вероятность потери данных, например воспользоваться передовыми техническими средствами, позволяющими достаточно надежно защитить информационную систему от аварий аппаратуры. Но даже это не исключает риска потери данных. Кроме того, от ошибок персонала защититься вообще невозможно, ибо они обусловлены самой человеческой природой.

Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что важной частью мер, направленных на обеспечение надежного функционирования информационных систем, является разработка технологии наиболее быстрого восстановления данных в случае их потери, что позволит свести урон от простоя к минимуму. Решением этой задачи служит создание развитой системы резервного копирования и восстановления данных.

Требования к системе резервного копирования

Поскольку любая современная информационная система строится на основе сети, система резервного копирования должна быть также сетевой, т. е. обеспечивать сохранение данных со всех узлов сети. В целом к сетевой системе резервного копирования выдвигаются следующие функциональные требования.

Построение системы по принципу клиент—сервер. В применении к резервному копированию терминология клиент—сервер означает следующее: компонент системы резервного копирования, обеспечивающий управление всеми процессами и устройствами называется сервером, а компонент, отвечающий за сохранение или восстановление конкретных данных, — клиентом. В частности, такая система должна обеспечивать:

• управление резервным копированием во всей сети с выделенных компьютеров;
• удаленное резервное копирование данных, содержащихся на серверах и рабочих станциях;
• централизованное использование устройств резервного копирования.

Многоплатформенность. Современная информационная сеть является гетерогенной. Соответственно и система резервного копирования должна полноценно функционировать в такой сети, т. е. предполагается, что ее серверная часть будет работать в различных операционных средах и поддерживать клиенты на самых разных аппаратно-программных платформах.

Автоматизация типовых операций. Процесс резервного копирования неизбежно содержит много циклов различных операций. Например, копирование может осуществляться каждый день в определенное время.

Другой пример цикла — это процесс перезаписи информации на носителях резервных копий. Если ежедневная резервная копия должна храниться неделю, то по истечении этого срока соответствующий носитель можно использовать заново. Такой процесс последовательной замены носителей резервных копий называется ротацией.

К циклическим работам относится и профилактическое обслуживание устройств резервного копирования, например чистка узлов лентопротяжного механизма стримера по истечении определенного срока работы при помощи специальной кассеты.

Таким образом, система резервного копирования должна выполнять циклические работы в автоматическом режиме и минимизировать число ручных операций. В частности, она должна поддерживать:

• выполнение резервного копирования по расписанию,
• ротацию носителей,
• обслуживание устройств резервного копирования по расписанию.

Следует отметить, что автоматизация работ является одним из ключевых факторов снижения затрат на сопровождение системы резервного копирования.

Поддержка различных режимов резервного копирования. Предположим, что каждый день необходимо создавать резервную копию некоторого набора файлов, например содержащихся в одном каталоге. Как правило, в течение рабочего дня изменения вносятся лишь в отдельные файлы и ежедневное копирование информации, оставшейся неизмененной с момента создания предыдущей резервной копии, является излишним. Исходя из этого, система должна обеспечивать различные режимы резервного копирования, т. е. поддерживать возможность сохранения только той информации, которая была изменена с момента создания предыдущей копии.

Быстрое восстановление серверов сети после аварии. Сервер сети может выйти из строя по различным причинам, например из-за аварии системного жесткого диска или вследствие ошибок программного обеспечения, приведших к разрушению системной информации. В этом случае его восстановление требует переустановки ОС, конфигурирования устройств, инсталляции приложений, восстановления файловой системы и учетных записей пользователей. Все эти операции очень трудоемки, и на любом из этапов данного процесса возможно возникновение ошибок.

Таким образом, для восстановления сервера необходимо иметь резервную копию всей хранящейся на нем информации, включая системные данные, чтобы как можно быстрее привести его в рабочее состояние.

Резервное копирование данных в интерактивном (on-line) режиме. Зачастую информационная система включает в себя различные приложения клиент—сервер, которые должны функционировать круглосуточно. Примером тому являются почтовые системы, системы коллективной работы (например, Lotus Notes) и SQL-серверы.

Осуществить резервное копирование баз данных таких систем обычными средствами невозможно, поскольку они все время открыты. Поэтому в них часто встроены собственные средства резервного копирования, но их использование, как правило, не вписывается в общую технологию, принятую в организации. Исходя из этого, система резервного копирования должна обеспечивать сохранение баз данных приложений клиент—сервер в интерактивном режиме.

Развитые средства мониторинга и управления. Для управления процессами резервного копирования и отслеживания их состояния система резервного копирования должна иметь графические средства мониторинга и управления и широкий набор средств оповещения о событиях.

Реализация системы резервного копирования

Определив требования, предъявляемые к системе резервного копирования, рассмотрим способ ее реализации. Система сетевого резервного копирования состоит из аппаратных и программных компонентов. Аппаратные компоненты предназначены для записи и хранения резервных копий с целью возможного восстановления данных с них.

Вся логика сетевого резервного копирования сосредоточена в программных компонентах и реализуется ими. Они управляют устройствами, процессом резервного копирования и восстановления данных, поддерживают расписание работ и реализуют дополнительные сервисные функции.

Аппаратные компоненты системы резервного копирования

Чтобы правильно выбрать аппаратные средства, нужно найти носитель информации, оптимальным образом соответствующий требованиям, предъявляемым к системе, а также устройства управления данным носителем.

В качестве носителя наиболее часто используются накопители на жестких дисках, магнитооптических дисках и магнитных лентах. Ниже приведены сравнительные характеристики этих носителей, где также указана удельная стоимость хранения 1 Гбайт данных — см. таблицу. В ней содержатся усредненные данные, поэтому для конкретных моделей цифры могут отличаться от приведенных, но соотношения останутся теми же.

Как видно из таблицы, наиболее «быстрые» носители информации являются в то же время самыми дорогими и наименее емкими. Для разового сохранения данных небольшого объема вполне подойдет жесткий диск или магнитооптический накопитель. Препятствие к использованию жестких дисков — их высокая стоимость. Если же речь идет о выборе аппаратного средства для проведения полного резервного копирования, да еще и в автоматическом режиме, то следует остановиться на ленточных накопителях: по скорости восстановления они не уступают магнитооптическим моделям, а по скорости записи даже превосходят их. Согласно данным таблицы, стоимость хранения информации на магнитной ленте самая низкая по сравнению с таковой у других носителей. Таким образом, для наиболее эффективного хранения больших объемов данных целесообразнее использовать накопители на магнитных лентах.

Для работы с магнитными лентами в системах резервного копирования используются так называемые накопители с магазином автоматической подачи кассет (autochanger), или ленточные библиотеки. Ленточная библиотека состоит из двух функциональных устройств:

• устройства чтения/записи, или стримера, предназначенного для записи информации на кассету и чтения с нее. В каждый момент времени стример способен работать только с одной кассетой;
• устройства автоматической подачи кассет, или робота (robot), состоящего из магазина кассет и механизма, который выполняет подачу требуемой кассеты в стример и ее последующее извлечение.

Производители ленточных библиотек зачастую разрабатывают только роботы, интегрируя в них стримеры, изготовленные различными фирмами, и продают полученные устройства под своей маркой. Во всех производимых в настоящий момент стримерах реализованы технологии чтения/записи, обеспечивающие высокую плотность записи информации и, следовательно, высокую надежность ее хранения и большой объем.

Довольно распространены стримеры, построенные по технологии DLT, которая в последнее время развивается особенно быстро. Ее отличительные черты — высокая плотность записи, быстрота передачи данных и надежность. В настоящий момент все производители ленточных библиотек в своих новых моделях в основном используют DLT-стримеры. Другими достаточно распространенными стандартами магнитной записи стали DDS-2 и DDS-3.

Одним из наиболее известных производителей ленточных библиотек является американская компания ADIC (Advanced Digital Information Corporation). На протяжении своей десятилетней истории она выпустила пять поколений роботов, сконструированных по принципу минимального числа перемещений по осям координат и отличающихся простотой и надежностью.

В настоящий момент фирма ADIC выпускает широкий спектр ленточных библиотек, самые популярные из которых — модели на основе DLT-стримера. Простейшая модель, использующая стример DLT4000, имеет магазин на 7 кассет по 40 Гбайт каждая и обеспечивает скорость чтения/ записи до 180 Мбайт/мин. Самые мощные ленточные библиотеки ADIC на базе DLT-стримера представлены семейством SCALAR, модели которого содержат до 58 кассет по 40 Гбайт. В них может быть установлено до четырех параллельно работающих DLT-стримеров. Таким образом, суммарная производительность устройства достигает 4x180 = 720 Мбайт/мин.

Помимо DLT-стримеров, в устройствах фирмы ADIC используются также ленточные накопители на основе стандартов DDS-2 и DDS-3. Такие библиотеки имеют магазин на 12 кассет по 8 Гбайт каждая и обеспечивают скорость чтения/записи 90 Мбайт/мин.

Использование библиотек на магнитных лентах отвечает ряду требований, предъявляемых к системе сетевого резервного копирования, перечисленных выше. Так, в них автоматически выполняется ротация носителей. Например, при помощи ленточных библиотек ADIC можно автоматизировать процесс резервного копирования без замены кассет на протяжении целого года и более (время определяется регламентом резервного копирования, объемом обрабатываемых данных, емкостью кассет и магазина автоподачи). Ленточные библиотеки также способны выполнять регулярное обслуживание устройства резервного копирования. С этой целью в одно или несколько гнезд магазина вставляются чистящие кассеты, которые выполняют чистку узлов стримера по заданному расписанию.

Следует отметить, что библиотеки производства ADIC позволяют загрузить кассету вручную (не из магазина), благодаря чему их можно использовать для переноса информации большого объема. Кроме ленточных библиотек, компания ADIC выпускает и одиночные устройства (без магазина), которые прекрасно зарекомендовали себя при резервном копирования данных небольшого объема.

Программные компоненты системы резервного копирования

Среди программ резервного копирования большой популярностью пользуется система ARCserve компании Cheyenne (подразделение Computer Associates). Рассмотрение функциональных возможностей системы ARCserve сведем к анализу того, как она отвечает требованиям, предъявляемым к системе резервного копирования, которые изложены выше.

Построение системы по принципу клиент—сервер. Программный пакет ARCserve выполнен в архитектуре клиент—сервер. На выделенном узле сети устанавливается серверная часть системы ARCserve, отвечающая за управление накопителями, подключенными к данному серверу, организацию всего процесса резервного копирования и управление служебными операциями.

Резервное копирование и восстановление информации клиентов осуществляется по запросу от серверной части, клиенты только передают информацию серверу, который осуществляет ее сохранение на внешний носитель. Клиентами системы ARCserve являются как настольные компьютеры, так и серверы сети.

ARCserve совместим со всеми моделями ленточных библиотек и автономными устройствами компании ADIC, а также со внешними запоминающими устройствами других производителей, включая популярные магнитооптические накопители фирмы Hewlett-Packard.

Многоплатформенность. Система ARCserve разработана как многоплатформенная система сетевого резервного копирования. Ее серверная часть функционирует под управлением Microsoft Windows NT, Novell NetWare и различных клонов Unix. Клиентами системы могут быть рабочие станции под управлением MS DOS, Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, NetWare, UNIX, OS/2 и MacOS, а также другие серверы сети. Например, установив ее на сервер NetWare, можно производить резервное копирование данных с серверов под управлением Windows NT или Unix на устройство, подключенное к серверу NetWare.

Автоматизация типовых операций. ARCserve обеспечивает автоматизацию всех процессов, связанных с резервным копированием. Прежде всего он выполняет резервное копирование по расписанию, т. е. когда администратор системы ARCserve задает регламент выполнения работ. Для каждого фрагмента информации (группа каталогов, база данных) регламентом определяются время начала копирования, внешнее устройство и тип копии (например полная копия или копия изменений).

Система ARCserve поддерживает развитые схемы ротации носителей резервных копий. Самая популярная схема из тех, что уже заложены в программном пакете, — GFS (Grandfather—Father—Son). Она обеспечивает создание и хранение резервных копий данных каждый рабочий день в течение недели, раз в неделю в течение месяца и раз в месяц в течение года. Администратор системы ARCserve по своему усмотрению может модифицировать данную схему, использовать другую из числа предопределенных или же задать свою собственную.

Следует отметить, что при реализации любой схемы ротации носителей ARCserve предварительно проверяет записанную на носитель информацию для предотвращения случайной порчи недавно сделанной копии. Например, в случае схемы GFS пакет ARCserve не допустит, чтобы была перезаписана вчерашняя кассета с ежедневной копией. Задание схем ротации особенно важно при использовании ленточных библиотек, обеспечивающих автоматическое управление носителями без вмешательства оператора в течение года и более.

При использовании ленточных библиотек система ARCserve осуществляет чистку лентопротяжного механизма по заданному расписанию. С этой целью в одно из гнезд магазина автоподачи вставляется чистящая кассета. Режимом чистки при этом также управляет ARCserve.

Таким образом, система ARCserve позволяет автоматизировать большинство типовых операций, необходимых для обеспечения резервного копирования.

Поддержка различных режимов резервного копирования. Система сетевого резервного копирования ARCserve поддерживает различные механизмы создания резервных копий данных. В ARCserve существуют три вида резервных копий:

• Полная копия (Full Backup), представляет собой точный образ сохраняемых данных.
• Дифференциальная копия (Differential Backup), содержит только файлы, измененные со времени создания последней полной копии.
• Инкрементальная копия (Incremental Backup), содержит только файлы, измененные со времени создания последней полной, дифференциальной или инкрементальной копии.

К достоинствам такого подхода относятся уменьшение времени резервного копирования и экономия памяти на внешнем носителе.

Быстрое восстановление серверов сети после аварии. Для эффективного восстановления серверов под управлением Windows NT и NetWare после аварии система ARCserve предлагает опцию аварийного восстановления (Disaster Recovery Option). Остановимся на ней более подробно.

Использование опции аварийного восстановления сводится к следующему. В случае изменения параметров сервера, например после установки пакетов исправления ошибок (Service Packs и Patches), для него создается комплект дискет аварийной копии. Для восстановления сервера после аварии необходимо подключить к серверу устройство резервного копирования с последней копией данных и произвести загрузку с первой дискеты из комплекта аварийной копии.

При выполнении этих шагов на сервере будут восстановлены файловая система, приложения и все остальные ресурсы, в том числе и учетные записи пользователей. После перезагрузки сервер полностью готов к работе, причем он окажется в той же конфигурации, в какой был на момент создания последней резервной копии.

Таким образом, опция аварийного восстановления многократно сокращает время, требуемое для приведения серверов Windows NT и NetWare в рабочее состояние после аварии.

Резервное копирование данных в интерактивном режиме. Для сохранения баз данных прикладных систем в интерактивном режиме система ARCserve содержит ряд специальных программ-агентов. Каждая из них служит для сохранения баз данных конкретной системы и функционирует как клиент системы ARCserve.

В настоящий момент система ARCserve предлагает агенты интерактивного резервного копирования для следующих популярных баз данных и прикладных систем клиент—сервер: Lotus Notes, Microsoft Exchange Server, Microsoft SQL Server, Oracle Server, SAP R/3, Btrieve, Centura (Gupta) SQLBase, Sybase SQL Server.

Кроме интерактивного резервного копирования баз данных, эти агенты обеспечивают и фрагментарное восстановление информации с резервных копий. В частности, агент для системы Microsoft Exchange Server предоставляет возможность восстановления отдельных папок и сообщений.

Помимо агентов для сохранения открытых баз данных, система ARCserve имеет агент для сохранения открытых файлов. Используя его, ARCserve может сохранять как сетевые файлы, открытые приложениями, например файлы приложений семейства Microsoft Office, так и базы данных прикладных систем, для которых не разработаны специализированные программы-агенты.

Развитые средства мониторинга и управления. Управление системой ARCserve и всеми работами резервного копирования осуществляется из интерактивной графической программы-менеджера, функционирующей под управлением MS Windows 3.x, Windows 95 или Windows NT. Она предоставляет администратору и операторам системы резервного копирования следующие возможности:

• задание регламента резервного копирования, схемы ротаций лент, типов резервных копий, режима чистки устройств;
• управление устройствами резервного копирования;
• просмотр содержимого архивов и поиск требуемой информации в них;
• контроль за процессом резервного копирования;
• сбор служебной информации и статистики.

Для оперативного оповещения о событиях, возникающих в процессе копирования, система ARCserve позволяет автоматически передавать сообщения через сеть, электронную почту, пейджинговую или факсимильную связь или же выводить протокол всех событий на принтер.

Программный продукт ARCserve интегрирован с системой Unicenter TNG 2.0 компании Computer Associates, что позволяет включить средства резервного копирования в единую систему управления информационной средой предприятия.

К ПО резервного копирования данных в современных информационных системах предъявляются особые требования. Оно призвано обеспечить автоматизацию работ резервного копирования и средства быстрого восстановления узлов сети после аварии. Одним из решений построения полнофункциональной системы резервного копирования для предприятий является использование накопителей на магнитных лентах компании ADIC совместно с программным пакетом ARCserve компании Cheyenne.

Читать еще по этой теме:

Организация страхового копирования