本文叙述了高校业务系统及数据容灾备份方案 2.0 的应用探索和实践，介绍了数据库双活、应用秒级容灾和数据级实时备份、虚拟化平台备份等综合性创新应用，满足当前教育信息化 2.0 行动计划的信息安全需求，助力高校在等保、容灾、数据同步等方面的发展。
关键字：数据库双活 容灾 CDP 虚拟化备份
一、行业背景
新一代信息技术、通信技术、人工智能的飞速发展，给教育信息化的腾飞插上了翅膀，大部分的教育机构也在“教育信息化 2.0 行动计划”的发展纲要下，实现教育方式的信息化、智能化。但是在信息安全的容灾备份领域，大部分的学校还处于传统的容灾备份阶段，我们称之为 1.0 时代，它的主要特征如下：
- 设备日趋老化，计算、存储的扩容等待时间长，如果不尽快解决数据海量增长带来的信息安全风险问题，当风险发生时，数据丢失不可避免；
- 既有的备份系统不完备，多采用定时备份、本地备份的模式，备份时间窗口大、周期长，数据存在无法恢复或丢失的风险较高；
- 相当多的信息系统未考虑应用容灾和业务连续性的需求，异地容灾没有规划建设；
- 系统未按等级划分，不满足等级保护和分级保护的监管要求。
△备份
容灾备份方案 1.0 适应了与之对应的信息化应用：系统彼此独立、数据孤岛、数据量小等，但随着教育信息化的不断拓展，云计算、大数据及虚拟化的不断发展，应用系统开始慢慢地集成和融合，应用数据也呈现爆发式的增长，而教育方式的互联网化，打破了教学模式对时间和地点的限制。在这种背景下，高校等教育机构对教学系统的容灾备份系统的 RPO、RTO 提出了更高的要求。
二、容灾备份方案 2.0 建设分析
1.建设必要性
技术架构在快速迭代，数据在不断增加，应用场景也在持续更新，容灾备份系统如果还停留在传统的方式，当生产系统出现硬件故障、网络攻击、逻辑错误等导致停机或数据丢失，都会影响正常的教学工作，如：
数据库逻辑错误：数据库系统出现逻辑错误，导致数据库无法启动，系统无法正常工作，只能通过每日定时备份数据进行修复或恢复，恢复时间约为5小时，且恢复的数据也是最近的定时备份时间点数据，非最新的数据，会造成数据丢失。
硬件单点故障：采用了单机模式或共享存储模式的环境，底层硬件磁盘或存储出现问题，那么单机环境或传统集群都无法进行正常业务，只有当硬件或存储修复完成，才可以进行正常的生产业务。
虚拟化平台故障：随着高校信息快速发展，对虚拟化平台建设越来越重视，通过虚拟化平台实现业务应用和性能资源统一运维管理，如果虚拟化平台出现故障会直接影响相关应用业务，通常是采用重新搭建虚拟服务器环境和业务应用环境以及恢复数据，业务系统才能正常运行。
2.建设目标
充分考虑当前信息系统的现状，并借鉴目前网络安全法、等保 2.0 等政策法规对高校信息系统安全的要求，建设业务系统容灾备份保护需要达到以下目标：
- 规划好系统的等级保护和分级保护；
- 数据损坏、丢失能以最小颗粒度恢复；
- 实现应用系统容灾，故障快速接管恢复；
- 无需更改架构，对系统性能的开销影响小。
综上，信息系统的容灾备份，已成为灾难发生时确保业务连续性和数据可用性的重要手段。容灾备份方案 2.0 需要建设一套实时性更强的容灾备份系统，以实现业务系统数据实时备份保护及应用级业务接管，以符合下图的数据级向应用级容灾备份的趋势。
△容灾级别与能力
三、容灾备份方案 2.0 的创新应用
容灾备份方案 1.0，有基于硬件存储层架构，也有基于应用层架构。基于硬件存储层方案，建设和运维成本比较高。基于应用层方案，只对几种应用系统有比较好的兼容性；同时，对整体网络环境有一定的要求，比如要有专门的心跳网络以及需要共享存储。
1.0 方案共同点是避免不了硬件故障导致的应用服务停止，同时需要一定的采购建设成本，无法真正的保证应用业务的可持续性。英方软件基于超低时延的数据复制技术，针对云和大数据环境下行业对容灾备份的新要求，提出了容灾备份方案 2.0。
△容灾备份方案 2.0
2.0 方案覆盖数据库系统故障、应用系统故障、单机单点故障、逻辑错误&病毒攻击、自然灾害等场景，满足高校在数据库双活、云灾备、容灾秒级接管、数据持续保护等容灾备份需求，具备了多层次、多策略、全域的特征优势，其重要功能应用如下：
1.Oracle RAC 数据库集群容灾备份
通过数据库结构化同步软件 i2Active，对 Oracle RAC 数据库集群环境的业务系统，进行一对一的双活保护，即灾备到对应单机 Oracle 数据库系统内。i2Active 通过实时解析 Oracle 数据库在线事务日志，实时传输到备端，在备端执行解析到的事务日志中的指令，进行装载，保证主备两端的数据一致。
△i2Active 架构图
i2Active 能够实现 Oracle 数据库数据的异构实时同步，并且备端始终处于在线状态，可以为主端提供查询服务。当生产中心业务系统出现问题，备端业务系统可以快速接管生产业务系统。当生产中心业务系统恢复正常后，可快速进行数据恢复，保证业务系统的业务持续性及数据完整性。该应用亮点如下：
- DDL/DML 一体化实时同步；
- 全图形化操作，丰富的功能和配置；
- 支持多种映射方式；
- 备库动态装载，分担生产压力；
- 故障切换快捷简单，容错处理机制；
- 自主研发，满足国产化趋势。
2.单机业务系统实时容灾备份
通过应用高可用软件 i2Availability，对单机业务系统进行一对一应用级高可用保护（业务接管），即灾备到对应的业务系统内，保证业务系统的可持续性。
△i2Availability 架构图
i2Availability 应用高可用在数据层，通过对主备两端数据进行实时数据同步，保证两端业务数据始终保持一致；在应用层，i2Availability 对主备两端的网络、应用及服务进行监控，当主端业务系统出现故障导致业务系统宕机时，备端业务系统将实时接收到宕机信息，并启动业务接管机制（手动或自动），保障业务系统持续性以及可用性。该应用亮点如下：
- 应用按需自动/手工切换，IP自动漂移；
- 综合统一管理，图形化监控和管理；
- 高效的传输算法，数据的严格一致性保证；
- 灵活的管理策略，多种报警机制；
- 独立于硬件和平台，多种应用支持；
- 支持仲裁机制防止脑裂。
3.核心数据实时备份
通过持续数据保护软件 i2CDP，对业务系统核心数据进行实时备份保护，即集中备份至灾备服务器内。i2CDP 对业务系统数据进行实时捕获增量数据后传输到备份端，始终保证主、备两端数据的一致性，并且对数据持续的、不间断的 I/O 操作进行记录。
△i2CDP 数据恢复过程
i2CDP 实时备份分为两种模式：第一种针对结构化数据进行实时备份，可以根据需要将数据恢复到之前的任意时间点，防止核心数据或数据库数据的逻辑错误、误删除等问题，实现对数据的可追溯性。第二种针对非结构化数据进行实时备份，始终保持主、备两端数据一致，备份数据为原格式备份，备端数据可直接使用，无需恢复。通过实时备份保护，可以保证 RPO≈0，避免数据丢失。该应用亮点如下：
- 字节级增量数据捕获，实时数据保护；
- 持续的数据保护，数据可恢复到任意时间点；
- 数据原格式备份、数据一致性；
- 综合统一管理，图形化监控和管理；
- 丰富的日志展现，异机恢复，跨平台支持；
- 灵活的带宽管理，多样的数据压缩加密。
4.虚拟化平台整机备份保护
通过全服务器备份软件 i2FFO 或虚拟化备份软件 i2VP，实现对高校虚拟化平台的保护。i2FFO 可以对生产服务器执行操作系统级备份，以普通文件或虚拟磁盘格式保存在备份服务器上。当生产服务器故障时，可将备份系统还原到任意平台上，实现业务恢复或回滚。i2VP 提供虚拟化平台的虚拟机备份、恢复，以及虚拟化平台之间的虚机迁移和复制，作为无代理的虚拟化备份方案，i2VP 无需在虚拟机操作系统安装任何代理程序，备份过程中不影响生产系统的正常运行。以最简单的方式，帮助企业完成操作系统、文件、数据库和应用等所有数据的整体保护和验证，部署和操作也更加简单。该应用亮点如下：
- 全服务器备份和恢复；
- i2FFO 支持虚拟磁盘格式；
- i2VP 为虚拟化整机保护而设计，不需要 Agent；
- 虚拟化备份中心可自动验证系统可用性；
- 自主研发，满足国产化趋势。
四、方案的综合优势
从方案 2.0 的综合优势看，它汇聚了英方多个技术产品的优势，按需满足用户的个性化需求，仅从技术优势看，有如下几点：
1.应用无缝切换、操作简单
i2Active 数据库双活容灾系统的目标数据库始终处于 Open 状态，源端的变化数据被实时同步到目标端，因此目标端数据库可以进行实时查询，实现读写分离。目标端数据库也可以随时接管生产承担业务，当生产系统出现故障无法继续进行正常的业务时，只要修改应用的 IP 地址指向容灾数据库就可以继续运转，恢复时间≈0。
i2Availability 应用级容灾通过对多种应用/服务器（网络、CPU、内存、服务及进程）等资源的状态进行实时监控，在发现应用突然异常停止（如应用异常退出、服务器断电、硬件故障灯）或达到需要切换的条件时（如生产服务器资源即将耗尽、软硬件升级等），自动或手动将业务切换到灾备服务器上运行，由灾备机无缝接管生产服务器工作。
2.高可靠数据同步技术
i2Active 是一个数据库级的软件解决方案，其复制的基本单位就是一个事务(Transaction)，i2Active 在从 Oracle log 中读取到交易数据后，根据交易的关系，将属于一个事务的操作组合在一起，以一个基本单位发送给目标端，目标端在执行时也严格按照交易进行，因此保证了交易的完整性。对于事务与事务之间的顺序，i2Active 严格按照 Oracle 的 SCN 标记进行排序。确保事务之间的先后秩序。
i2Availability 应用高可用产品优化的传输方式在窄带、远距离、大数据量等各种复杂环境下均有优异的表现，其效率远高于传统的数据传输方式，并且可自由设置传输带宽高低及使用时段，从而在优先保证带宽用于生产系统业务应用的同时，合理地分配和使用整个系统的各类资源。
3.提供备份库数据库回滚功能
i2Active 在数据同步过程中备份数据库始终处于 Open 状态，当开启了 Active DRS(Data Rollback Service) 数据库回滚功能，还能够在备份服务器进行数据回滚，重新某一时间点的数据。开启 DRS 数据库回滚功能后，Active Target Agent 客户端会过滤生产数据库的 Truncate、Drop、Delete 操作，将遇到这些操作时，Active Target Agent 不会真正的删除数据，而是将该表 Rename(该变表的名称)，使其变成数据库中的一张隐藏表，类似 Oracle 数据库的 Flash Back 功能，不过 i2Active 是在备份数据库实现数据库回滚的，完全不影响生产数据库。
4.可进行反向数据恢复
提供反向数据恢复功能，反向数据恢复必须经过人为配置、启动、发起数据同步命令，才能进行反向数据同步，不会自动执行。在业务数据库系统发生灾难的情况下，此时可使用灾备数据库首先接管业务，然后进行数据的反向复制恢复。
5.任意时间点回退
△CDP 数据恢复过程
持续数据保护技术在将变化的数据实时复制到灾备中心的同时，也将数据的任何变化以日志方式记录下来，实现对数据变化的可回溯性；可在任何情况下依据数据变化日志，快速定位需要恢复的时间点，并将数据一键式恢复到异常点之前。
6.数据一致性，原格式备份
i2CDP 监控变化数据，将变化部分实时同步至灾备端，保证主备两端数据一致性，基于原格式数据备份，灾备端数据始终与生产端数据格式完全一致。对于非结构化数据，灾备端数据可直接调取、使用，无需恢复过程。
7.灵活部署，无需改造系统架构
容灾备份系统基于 B/S 架构，采用全中文的管理控制界面，直观的监控服务器的健康状况、相关状态、性能、异常报警等信息。可动态监控备份情况，查看相关备份延迟，以便预估现有数据备份的 RPO 值。对客户生产网络、存储网络无需任何改造；通过控制台统一管理和集中监控灾备复制任务。
五、总结和展望
高校容灾备份方案 2.0，适应了云和大数据环境下，系统快速接管与数据零丢失的要求，对于有多个校区的高校，或自建教育云的主管机构，都可以在分级保护、等级保护完成之后，实现关键系统的异地容灾和互为灾备的建设需求，极大地降低灾备建设和运维成本。
除了高校，在公检法、能源、医疗、电信、制造及互联网等领域，该方案都有很强的适用性，能够满足用户异构平台、远距离窄带宽环境下的容灾备份需求，保障用户的数据安全和业务连续性。此外，英方数据流复制软件 i2Stream、数据脱敏软件 i2Masking 等大数据应用产品，能够帮助用户在不同地区、不同平台实现数据的低延时汇聚和匿名化应用，让数据赋能用户的业务增长。
