天有不測風(fēng)云，自然世界，如火災(zāi)、地震等災(zāi)難事件時有發(fā)生。對IT人來說，當(dāng)某處應(yīng)用系統(tǒng)因為災(zāi)難停機，往往需要7*24小時緊急待機處理，期間還得對數(shù)據(jù)安全提心吊膽。
面對風(fēng)險和難題，企業(yè)應(yīng)該做好萬全之策，例如更新容災(zāi)系統(tǒng)，守住最后一道保障關(guān)卡。本文就為你詳解容災(zāi)系統(tǒng)中的重要“招式”——異步遠程復(fù)制。
作為容災(zāi)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制是一種可保持兩地間數(shù)據(jù)一致性和實現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)中心故障時，用戶可利用災(zāi)備中心的數(shù)據(jù)備份恢復(fù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，此外也可以通過災(zāi)備中心直接提供運營支撐環(huán)境快速恢復(fù)業(yè)務(wù)，滿足企業(yè)對RPO和RTO的要求。
數(shù)據(jù)復(fù)制實現(xiàn)原理和問題分析
同步復(fù)制or異步復(fù)制
當(dāng)前，存儲系統(tǒng)的復(fù)制技術(shù)通常分為同步復(fù)制和異步復(fù)制。同步復(fù)制可以做到主/備集群的數(shù)據(jù)同步更新，要求每一個寫入操作在執(zhí)行下一個操作處理之前，在源端和目標端都能完成；而異步復(fù)制因為采用周期性同步的方式，在處理下一個操作前，無需等待數(shù)據(jù)復(fù)制到目標系統(tǒng)中。
同步復(fù)制有著能最大限度地減少數(shù)據(jù)丟失量的優(yōu)勢，擁有更強的數(shù)據(jù)一致性，但也因此會影響生產(chǎn)系統(tǒng)的性能。而異步復(fù)制能在保證主從數(shù)據(jù)的最終一致性的同時，最大限度減少由于數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)臅r延而造成的業(yè)務(wù)性能下降。在建設(shè)容災(zāi)系統(tǒng)時，企業(yè)可以結(jié)合不同的業(yè)務(wù)場景，選擇不同的數(shù)據(jù)復(fù)制方式。因此，如果不是業(yè)務(wù)上對此有非?？量痰囊螅趯I(yè)務(wù)性能要求高，但是RPO要求不高的場景，通常采用異步復(fù)制的方式進行容災(zāi)備份。
異步遠程復(fù)制，快照機制成主流
目前，業(yè)界實現(xiàn)異步復(fù)制技術(shù)主要分為基于日志機制和基于快照機制兩類。
1.基于日志機制
對于基于日志的數(shù)據(jù)復(fù)制，客戶端的數(shù)據(jù)更新請求，首先要寫入日志中，當(dāng)日志寫入成功，然后再把數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的存儲空間。日志中會給每一個數(shù)據(jù)更新操作分配一個唯一遞增的序列號，從而保障數(shù)據(jù)恢復(fù)時能夠按照正確的順序執(zhí)行，保障數(shù)據(jù)一致性和完整性。備份集群從主集群遠程讀取到日志操作后，基于日志序列號在本地進行數(shù)據(jù)回放，從而完成數(shù)據(jù)復(fù)制工作。
該機制由于需要先把數(shù)據(jù)寫入日志，然后再更新本地集群，因此至少有一次以上的寫入數(shù)據(jù)放大，進而導(dǎo)致業(yè)務(wù)寫性能存在一倍以上的性能下降，在異步數(shù)據(jù)復(fù)制場景比較少見。
2.基于快照機制
基于快照的數(shù)據(jù)復(fù)制，就是定時在主集群對數(shù)據(jù)進行一次“照相”，生成一個描述當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)的快照。備份集群通過比較主集群兩個快照差異，來確認快照間隔時間內(nèi)所發(fā)生的數(shù)據(jù)變化，并通過同步快照時間的差異數(shù)據(jù)來完成數(shù)據(jù)復(fù)制工作。
圖1 基于快照機制實現(xiàn)異步遠程復(fù)制-初始全量同步
圖2 基于快照機制實現(xiàn)異步遠程復(fù)制-增量同步
基于快照的數(shù)據(jù)復(fù)制由于數(shù)據(jù)同步效率高，因此使用場景廣泛。但是，由于需要通過頻繁的更新快照來記錄數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且通過比較兩個快照之間的數(shù)據(jù)差異來實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)同步，因此快照的的實現(xiàn)機制以及獲取快照之間差異數(shù)據(jù)的效率決定了基于快照的數(shù)據(jù)復(fù)制機制的效率。
為了方便記錄不同存儲卷的數(shù)據(jù)狀態(tài)，常用的方法是使用一個額外的索引位圖。當(dāng)存在數(shù)據(jù)更新時，先更新對應(yīng)位圖中的狀態(tài)信息，再寫入數(shù)據(jù)。但這種方式引入了兩個問題：
1. 索引位圖的更新需要通過互斥鎖來保證一致性，在常用的塊存儲多路徑場景，不同的存儲網(wǎng)關(guān)更新索引位圖時會存在鎖競爭，導(dǎo)致出現(xiàn)頻繁搶鎖，極大地影響存儲的寫入性能。
2. 由于索引位圖存儲較為集中并且需要頻繁更新，很容易成為寫熱點，進而影響存儲集群的讀寫性能。
針對上述問題，杉巖USP統(tǒng)一存儲平臺通過基于快照機制的異步遠程復(fù)制方案和深度優(yōu)化，實現(xiàn)后臺異步遠程復(fù)制高效增量同步和用戶前臺業(yè)務(wù)高性能平穩(wěn)運行兩不誤。
杉巖USP異步遠程復(fù)制，打造高性能方案
杉巖數(shù)據(jù)采用基于自有專利的ALUA卷級負載均衡、自適應(yīng)索引IO聚合和高性能RoW快照技術(shù)，提供一個高性能、高可靠的數(shù)據(jù)復(fù)制方案。
ALUA機制
杉巖USP在業(yè)內(nèi)率先支持ALUA機制（點擊查看：杉巖USP統(tǒng)一存儲平臺業(yè)內(nèi)率先支持ALUA機制），避免了多路徑場景的鎖競爭問題，提升了不同卷的索引位圖訪問聚合度，大大減少下盤訪問的平均開銷，提升前臺業(yè)務(wù)IO的整體性能；并且利用ALUA的動態(tài)負載均衡功能，可有效降低后臺異步遠程復(fù)制任務(wù)對前臺業(yè)務(wù)IO的影響，而ALUA的秒級故障快速切換功能則可有效保障前臺業(yè)務(wù)IO的平穩(wěn)連續(xù)運行。
細粒度數(shù)據(jù)塊狀態(tài)位圖和IO聚合
杉巖USP異步復(fù)制特性，可將卷或快照的索引位圖拆分為更精細粒度的子塊，并結(jié)合層次的內(nèi)存元數(shù)據(jù)索引，既可加速獲取快照之間的差異數(shù)據(jù)，又可減少對索引數(shù)據(jù)的頻繁訪問；并且索引位圖數(shù)據(jù)打散存放，可避免頻繁訪問索引位圖數(shù)據(jù)所帶來的訪問熱點問題。同時，針對索引位圖的更新還進行了自適應(yīng)的IO聚合處理，進一步降低了更新索引位圖對業(yè)務(wù)IO性能的影響。
RoW機制
杉巖USP異步遠程復(fù)制的快照采用RoW（寫時重定向）機制，可有效避免快照對業(yè)務(wù)寫IO的影響，同時基于獨有專利技術(shù)解決傳統(tǒng)RoW快照造成空間離散影響讀性能的問題，可最大程度降低異步復(fù)制快照對業(yè)務(wù)IO的性能影響。
價值總結(jié)
杉巖USP統(tǒng)一存儲平臺的異步遠程復(fù)制功能既充分保證了高效的后臺增量同步，實現(xiàn)系統(tǒng)容災(zāi)備份，又有效保障了前臺業(yè)務(wù)的高效平穩(wěn)和連續(xù)運行，使用戶擁有了高可靠、高穩(wěn)定、高可用和高性能的極致體驗。主要價值如下：
遠端備份和恢復(fù)：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)失效后，可通過遠端的備份數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，避免主端存儲集群數(shù)據(jù)失效后，由于數(shù)據(jù)丟失造成的損失。
持續(xù)的業(yè)務(wù)支撐：災(zāi)難發(fā)生時可以通過從端存儲集群快速接管主端存儲集群的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以保證業(yè)務(wù)的可靠性，避免主端存儲集群故障后，由于業(yè)務(wù)中斷造成的損失。
容災(zāi)恢復(fù)：災(zāi)難發(fā)生后可以通過從端存儲集群的數(shù)據(jù)實現(xiàn)主端存儲集群數(shù)據(jù)的恢復(fù)，避免災(zāi)難發(fā)生后，由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)丟失或恢復(fù)時間過長造成的損失。
