第4週第1-2課時
2023年9月22日
課題名稱：資料備份技術概述課的型別：授新課
教學目標：了解資料備份的與意義，分析資料備份系統的基本要素教學重點：分析資料備份系統的基本要素教學難點：分析資料備份系統的基本要素課時安排：2課時
教學方法：多**原理分析、講授教學過程：
一、資料備份的作用與意義
隨著網路技術的發展，越來越多的企業使用計算機系統處理日常業務，以緩解日益加劇的市場競爭和不斷增長的業務需求帶來的壓力。隨著計算機的能力不斷提高，資料量也在不斷膨脹。一切的發展似乎已經陷入了乙個可怕的迴圈：
資料膨脹--提高計算機效能--導致新一輪的資料膨脹。
越來越多的跡象表明，使用計算機系統處理日常業務在提高效率的同時，有乙個問題越來越不容忽視，即資料失效問題。一旦發生資料失效，企業就會陷入困境：客戶資料、技術檔案、財務賬目等資料可能被破壞得面目全非，而允許恢復系統的時間可能只有短短幾天！
如果系統無法順利恢復，最終結局將不堪設想。所以企業資訊化程度越高，備份和災難恢復措施就越重要。
關於備份和災難恢復措施的重要性有這樣的統計：在我國，只有不到15％的系統採用備份措施，這意味著還有85％多的系統中的資料面臨覆滅的危險。
從企業管理的角度講，備份技術能夠降低企業計算機系統的總體擁有成本（tco）。簡單來說，tco=實際成本+使用成本+風險成本，即因為擁有並使用計算機系統所衍生出的一切成本。我們經常聽人說的"買得起，用不起"就是tco過高的意思。
一般而言，計算機系統的風險成本d=∑p(di).di。di表示某種災難的成本，p(di)為該種災難發生的概率。
要降低d值，有兩個途徑：降低p(di)以及降低di。要降低p(di)，一般是通過一些物理手段，如安裝防火、防盜系統、培訓員工、購買優質硬體產品等；而要降低di，只能通過備份措施。
那麼，應採取那一種措施呢？一般的傾向是二者並重，但更偏向備份措施。因為用硬體手段會引入新的風險成本，而備份措施投入小，見效快，風險可控，是值得提倡的降低計算機系統tco的有效途徑。
對計算機系統進行全面的備份，並不只是拷貝檔案那麼簡單。乙個完整的系統備份方案，應包括：備份硬體、備份軟體、日常備份制度（backuproutines）和災難恢復措施（drp：
disasterrecoveryplan）四個部分。選擇了備份硬體和軟體後，還需要根據企業自身情況制定日常備份制度和災難恢復措施，並由管理人員切實執行備份制度，否則系統安全將僅僅是紙上談兵。二、資料失效原因及備份手段分析
1．資料失效的原因
資料失效可分為兩種，一種是失效後的資料徹底無法使用，這種失效稱為物理損壞（physicaldamage）；另一種是失效的資料仍可以部分使用，但從整體上看，資料之間的關係是錯誤的，這種失效稱為邏輯損壞(logicaldamage)。邏輯損壞比物理損壞更為嚴重，因為邏輯損壞不易被發現，潛伏期長，當發現資料有錯誤時可能已經無法挽回。
常見的幾種物理損壞包括：
電源故障：由於電源故障造成裝置無法使用。
儲存裝置故障：安裝時的無意磕碰、掉電、電流突然波動、機械自然老化等原因都有可能造成儲存裝置故障。
網路裝置故障：傳輸距離過長、裝置新增與移動、傳輸介質的質量問題和老化都有可能造成故障。
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自然災害：由水災、火災、**等造成裝置損壞，無法使用。
作業系統故障：非法指令造成的系統崩潰，系統檔案被破壞導致無法啟動作業系統等。資料丟失：缺少檔案或程式本身不完善導致程式無法執行。
物理損壞造成的後果比較明顯，容易發現，相對來說容易排除。但是如果不能及時排除，也會造成極大的損失。
常見的幾種邏輯損壞包括：
資料不完整：系統缺少完成業務所必須的資料。
資料不一致：系統資料是完全的，但不符合邏輯關係。
資料錯誤：系統資料是完全的，也符合邏輯關係，但資料是錯誤的，與實際不符。
邏輯損壞隱蔽性強，往往帶有巨大的破壞性，是造成損失的主要原因。如果發生邏輯損壞，損失將無法估算，因為輸入計算機中的都是很重要的資料。根據統計，恢復10mb（約2500頁紙）的資料最少也要花費近二十天時間，成本在萬元以上。
造成資料失效的原因大致可以分為4類：自然災害、硬體故障、軟體故障（計算機病毒即屬於軟體故障）、人為原因（包括誤操作和惡意破壞）。
資料失效的因果關係可以用下表表示
結果\原因破壞性影響範圍發生可能性失效種類平均破壞性*
自然災害很大整個網路很小物理損壞中等
硬體故障中等
單台計算機小
物理損壞中等
軟體故障無法估計無法估計中等
人為原因無法估計無法估計較大
邏輯損壞邏輯損壞較大
大*平均破壞性=破壞性×發生可能性
從上表中可以看出，軟體故障和人為原因是資料失效的主要原因。2.備份概念和層次
要防止資料失效的發生，有多種途徑。如：加強建築物安全措施、提高員工操作水平、購買品質優良的裝置等。但最根本的方法還是建立完善的備份制度。
備份的概念大家都不會陌生。在日常生活中，我們都在不自覺的使用備份。比如：
存摺密碼記在腦子裡怕忘，就會寫下來記在紙上；門鑰匙、抽屜鑰匙總要去配乙份。其實備份的概念說起來很簡單，就是保留一套後備系統。這套後備系統或者是與現有系統一模一樣，或者是能夠替代現有系統的功能。
與備份對應的概念是恢復，恢復是備份的逆過程。在發生資料失效時，計算機系統無法使用，但由於儲存了一套備份資料，利用恢復措施就能夠很快將損壞的資料重新建立起來。
下面先介紹一些與備份有關的概念。
24×7系統：有些企業的特性決定了計算機系統必須一天24小時、一周7天執行。這樣的計算機系統被稱為24×7系統。
備份視窗(backupwindow)：乙個工作週期內留給備份系統進行備份的時間長度。如果備份視窗過小，則應努力提高備份速度，如使用磁帶庫。
故障點(pointoffailure)：計算機系統中所有可能影響日常操作和資料的部分都被稱為故障點。備份計畫應覆蓋盡可能多的故障點。
備份伺服器(backupserver)：在備份系統中，備份伺服器是指連線備份介質的備份機，一般備份軟體也執行在備份伺服器上。
跨平台備份(cross-platformbackup)：備份不同作業系統中系統資訊和資料的備份功能。跨平台備份有利於降低備份系統成本，進行統一管理。
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備份**程式(backupagent)：執行在異構平台上，與備份伺服器通訊從而實現跨平台備份的小程式。
推(push)技術：在進行備份時，為了提高備份效率，將備份資料打包然後"推"給備份伺服器的技術。在備份視窗較小的情況下可以使用推技術。
並行流處理(parallelstreaming)：從備份伺服器同時向多個備份介質同時備份的技術。在備份視窗較小的情況下可以使用並行流技術。
全備份(fullbackup)：將系統中所有的資料資訊全部備份。
增量備份(incrementalbackup)：只備份上次備份後系統中變化過的資料資訊。差分備份(diffrentialbackup)：
只備份上次完全備份以後變化過的資料資訊。按需備份：根據臨時需要有選擇地進行資料備份。
備份介質輪換(mediarotation)：輪流使用備份介質的策略，好的輪換策略能夠避免備份介質被過於頻繁地使用，以提高備份介質的壽命。
備份可以分為3個層次：硬體級、軟體級和人工級。
硬體級的備份是指用冗餘的硬體來保證系統的連續執行。比如磁碟映象，雙機容錯等方式。如果主硬體損壞，後備硬體馬上能夠接替其工作，這種方式可以有效地防止硬體故障，但無法防止資料的邏輯損壞。
當邏輯損壞發生時，硬體備份只會將錯誤複製一遍，無法真正保護資料。硬體備份的作用實際上是保證系統在出現故障時能夠連續執行，更應稱為硬體容錯。
軟體級的備份是指將系統資料儲存到其他介質上，當出現錯誤時可以將系統恢復到備份時的狀態。由於這種備份是由軟體來完成的，所以稱為軟體備份。當然，用這種方法備份和恢復都要花費一定時間。
但這種方法可以完全防止邏輯損壞，因為備份介質和計算機系統是分開的，錯誤不會複寫到介質上。這就意味著，只要儲存足夠長時間的歷史資料，就能夠恢復正確的資料。
人工級的備份最為原始，也最簡單和有效。但如果要用手工方式從頭恢復所有資料，耗費的時間恐怕會令人難以忍受。
三、資料備份系統的基本構成
乙個好的資料備份系統應該具備以下一些基本要素：
保護性。全面保護企業的資料，在災難發生時能快速可靠地進行資料恢復。可管理性。這是備份中乙個重要的因素。
可擴充套件性。備份最大的忌諱就是在備份過程中因介質容量不足而更換介質。因為這會降低備份
資料的可靠性與完整性。因此，儲存介質的容量在備份中具有壓倒一切的重要性。建立完善的網路資料備份系統必須考慮以下內容：
計算機網路資料備份的自動化，以減少系統管理員的工作量。使資料備份工作制度化，科學化。
對介質管理有有效化，防止讀寫操作的錯誤。
對資料形成分門別類的介質儲存，使資料的儲存更細緻，科學。自動介質的清洗輪轉，提高介質的安全性和使用壽命。
以備份伺服器形成備份中心，對各種平台的應用系統及其他資訊資料進行集中的備份，系統管
理員可以在任意一台工作站上管理、監控、配置備份系統，實現分布處理，集中管理的特點。維護人員可以容易地恢復損壞的整個檔案系統和各類資料。
備份系統還就考慮網路頻寬對備份效能的影響，備份伺服器的平台選擇及安全性，備份系統容
量的適度冗餘，備份系統良好的擴充套件性等因素。網路維護人員應該結合本地區域網路的實際情況，充分考慮到計算機網路系統資料的可能面臨的各種損失，提出合理的需求分析，為選擇儲存介質、硬體裝置、管理軟體及確定備份策略提供合理的依據。
3.1儲存介質
資料備份所用的儲存介質主要分為下面三種形式：
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3.1.1磁碟儲存介質
與磁帶/磁帶機儲存技術和光學介質備份相比，硬碟儲存所需費用是極其昂貴的。磁碟儲存技術雖然可以提供容錯性解決方案，但容錯卻不能抵禦使用者的錯誤和病毒。一旦兩個磁碟在短時間內失靈，在乙個磁碟重建之前，不論是磁碟映象還是磁碟雙工都不能提供資料保護。
因此，在大容量資料備份方面，採用硬碟作為備份介質並不是最佳選擇。
3.1.2光儲存介質與硬碟備份相比，雖然光學介質備份提供哦了比較經濟的儲存解決方案，但它們所用的訪問時間要比一般改判長2到6倍，並且容量相對較小。
當備份大容量資料時，所需光碟數量大；歲儲存的永續性較長，但整體可靠性較低。所以光學介質也不是大容量資料備份的最佳選擇
3.1.3磁帶
在大容量備份方面，磁帶機所具有的優勢是：容量大並可靈活配置，速度相對適中，介質儲存長久，儲存時間超過30年，成本較低，資料安全性高，可實現無人操作的自動備份等。所以一般來說，磁帶裝置是大容量網路備份使用者的主要選擇。
3.2硬體裝置
目前用於大容量資料儲存的硬體裝置主要有磁碟陣列、磁帶裝置、光碟庫等，因其資訊儲存特點的不同，應用環境也有較大區別。磁碟陣列主要用於網路系統中的海量資料的即時訪問;磁帶裝置更多的是用於網路系統中的海量資料的定期備份;光碟庫則主要用於網路系統中的海量資料的訪問。
3.2.1磁碟陣列
磁碟陣列（diskarray）是由乙個硬碟控制器來控制多個硬碟的相互連線，使多個硬碟的讀寫同步，減少錯誤，增加效率和可靠度的技術。
磁帶陣列的技術指標包括儲存容量、驅動器數量、單磁碟容量、驅動器訪問速度、連線方式和支援的管理軟體等。
3.2.2磁帶裝置
磁帶裝置主要指磁帶機和磁帶庫產品。
磁帶庫的技術指標包括儲存容量、驅動器數量、單盤磁帶容量、驅動器訪問速度、連線方式和支援的管理軟體等。
磁帶裝置目前的主要應用領域是資料備份和恢復或作資料遷移的介質或作為海量資料儲存裝置3.2.3光碟庫
光碟庫是一種帶有自動換盤機構的光碟網路共享裝置。一般由放置光碟的光碟架、自動換盤機構和驅動器三部分組成。
光碟庫的技術指標包括儲存容量、驅動器型別、驅動器數量、單個光碟容量、光碟裝載時間、光碟訪問時間、平均壽命、介面方式和支援的管理軟體等
一般用於儲存備份和檢索要求高的應用場合例如vod等。3.3備份管理軟體（legato、ca、hp等公司產品）選擇備份管理軟體時應考慮以下幾點：
軟體質量的保證程度軟體對系統效能的影響軟體的可擴充性軟體的執行費用3.4備份策略
備份策略是指確定需要備份的內容、備份時間以及備份方式。
課堂總結：本次課堂首先分析了資料失效的主要原因、備份的概念、層次和現有備份手段的不足，然後講述了選擇備份硬體和軟體的主要原則。
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