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网络备份系统可以在很大程度上自动备份包含数千台计算机的异构IT环境。在传统形式中，网络备份系统通过局域网（LAN）移动要备份的数据;这就是“网络备份”这个名称的来源。本章介绍了网络备份的基本原理，并展示了传统的以服务器为中心的IT架构的典型性能瓶颈。最后，它展示了存储网络和智能存储系统如何帮助克服这些性能瓶颈。

在介绍技术细节之前，我们将首先讨论备份中应考虑的一些一般条件（第7.1节）。然后将讨论备份，归档和分层存储管理（HSM）服务（第7.2节），我们将展示实现所需的组件（第7.3和7.4节）。接下来是对网络备份系统可用于提高性能的所讨论的措施的总结（第7.5节）。然后，在网络备份的基础上，将描述超出第1.1节范围的以服务器为中心的IT架构的进一步技术边界（第7.6节），我们将解释为什么这些性能瓶颈只能在有限的程度上克服在以服务器为中心的IT架构中（第7.7节）。然后，我们将展示如何使用以存储为中心的IT架构更有效地备份数据（第7.8节）。在此基础上，将讨论使用存储网络和网络备份系统保护文件服务器（第7.9节）和数据库（第7.10节）。最后，将考虑数据保护的组织方面（第7.11节）。

7.1备份的一般条件

备份对于系统管理员来说总是令人头疼。必须在更短的时间内备份​​越来越多的数据。虽然现代操作系统带有自己的备份工具，但这些工具仅代表孤立的解决方案，面对越来越多的备份系统，这些解决方案完全不足。例如，可能没有选项可以集中监控所有备份是否在一夜之间成功完成，或者是否可能缺乏对备份媒体的整体管理。

改变先决条件是数据保护的另一个障碍。这有三个主要原因：

1.如第1章所述，安装的存储容量每4-12个月翻一番，具体取决于相关公司。因此，数据集通常比基础设施（人员，网络容量）更快地增长。尽管如此，仍然需要备份不断增加的数据量。

2.如今，业务流程必须始终适应不断变化的需求。随着业务流程的变化，支持它们的IT系统也必须进行调整。因此，每日备份例程必须不断适应不断变化的IT基础架构。

3.由于全球化，互联网和电子商务，必须全天候提供越来越多的数据：在数据备份的同时阻止用户访问应用程序和数据数小时已不再可行。备份的时间窗口变得越来越小。

网络备份可以帮助我们解决这些问题。

7.2网络备份服务

Arcserve（Computer Associates），NetBackup（Symantec / Veritas），Networker（EMC / Legato）和Tivoli Storage Manager（IBM）等网络备份系统提供以下服务：

Backup

Archive

分层存储管理（HSM）

网络备份系统的主要任务是定期备份数据。为此，必须保留所有数据的至少一个最新副本，以便在硬件或应用程序错误（“文件被编辑意外删除或销毁”，“数据库编程中的错误”）后恢复。 ）。

归档的目标是冻结某个版本的数据，以便可以在以后检索该版本。例如，在项目结束时，使用的数据可以存档在备份服务器上，然后从本地硬盘中删除。这会释放本地磁盘空间并加速备份和还原过程，因为只需要备份或还原当前正在处理的数据。数据归档在过去几年中变得如此重要，我们将其作为下一章（第8章）中的一个单独主题。

HSM最终引导最终用户相信存在任何所需大小的硬盘。 HSM将长时间未访问的文件从本地磁盘移动到备份服务器;只有目录条目保留在本地文件服务器中。目录中的条目包含元信息，例如文件名，所有者，访问权限，上次修改日期等。与实际文件内容相比，元数据几乎不占用文件系统中的任何空间，因此实际上通过将文件内容从本地磁盘移动到备份服务器来获得空间。

如果进程访问以这种方式移动的文件的内容，HSM将阻止访问进程，将文件内容从备份服务器复制回本地文件系统，然后才允许访问进程。除了访问时间较长之外，该过程对于访问过程以及最终用户来说仍然是完全隐藏的。因此，旧文件可以自动移动到更便宜的媒体（磁带），并且如果需要，可以再次取回，而最终用户不必改变他的行为。

严格来说，HSM和备份和归档是不同的概念。但是，HSM是许多网络备份产品的组件，因此相同的组件（介质，软件）既可用于备份，也可用于存档，也可用于HSM。使用HSM时，使用的备份软件必须至少具备HSM功能：它必须备份移动文件的元数据和移动的文件本身，而不将文件内容移回客户端。支持HSM的备份软件可以加速备份和恢复过程，因为只需要备份和恢复已移动文件的元信息，而不是文件内容。

网络备份系统通过协调备份服务器和一系列备份客户端来实现上述备份，归档和HSM功能（图7.1）。服务器提供中央组件，例如所有备份客户端所需的备份媒体管理。但是，不同的备份客户端用于不同的操作系统和应用程序。它们专门用于各个操作系统或应用程序，以提高数据保护效率或数据移动效率。

关于网络备份系统的术语使用有点草率：网络备份系统的主要任务是数据备份。因此，网络备份系统的服务器和客户端实例通常称为备份服务器和备份客户端，无论它们执行什么任务或它们用于什么。例如，网络备份系统的特定服务器实例可以专门用于HSM，因此该实例实际上应该被称为HSM服务器 - 然而这个实例通常被称为备份服务器。提供备份功能的客户端通常还支持归档和备份和归档的还原 - 但是此客户端通常只称为备份客户端。在本书中，我们遵循一般的，不整洁的约定，因为“备份客户端”这个短语比“backup-archive-HSM和恢复客户端”更好。

图7.1网络备份系统可以通过LAN自动备份异构IT环境。必须在要备份的所有客户端上安装特定于平台的备份客户端。

以下两节讨论备份服务器（第7.3节）和备份客户端（第7.4节）的详细信息。然后，我们将注意力转向网络备份系统的性能和使用。

7.3备份服务器的组件

备份服务器由各种组件组成。在下文中，我们将讨论主要组件：作业调度程序（第7.3.1节），错误处理程序（第7.3.2节），元数据数据库（第7.3.3节）和媒体管理器（第7.3.4节）。

7.3.1作业调度程序

作业计划程序确定何时备份哪些数据。必须仔细配置;然后实际备份自动进行。

借助作业调度程序和磁带库，可以在一夜之间备份许多计算机，而无需系统管理员在现场更换磁带。小磁带库有一个磁带驱动器，一个可容纳十个磁带空间的磁带盒和一个可以自动在磁带盒和磁带驱动器之间来回移动各种磁带的介质更换器。大型磁带库有几十个磁带驱动器，可容纳数千个磁带，一个或两个介质更换器可将磁带插入驱动器中。

7.3.2错误处理程序

如果必须执行多个系统的常规自动备份，则很难监视所有自动备份是否已运行且没有错误。错误处理程序有助于确定优先级并过滤错误消息并生成报告。这避免了在需要恢复备份之前不会注意到备份中的问题的情况。

7.3.3元数据数据库

元数据数据库和媒体管理器代表了最终用户隐藏的两个组件。元数据数据库是网络备份系统的大脑。它包含每个备份对象的以下条目：名称，原始计算机，上次更改日期，上次备份日期，备份介质名称等。例如，在元数据数据库中为每个文件创建一个条目备份。

元数据库的成本是值得的：与操作系统提供的备份工具相比，网络备份系统允许实施永久性增量策略，其中文件系统仅在第一次备份中完全备份。在后续备份中，仅备份自上次备份以来已更改的那些文件。然后，可以在备份服务器上从原始完全备份和所有后续增量备份的数据库操作计算文件系统的当前状态，以便不需要进一步的完整备份。元数据库中的计算通常比新的完整备份执行得更快。

甚至更多可能：如果备份服务器上保留了多个版本的文件，例如，可以恢复整个文件系统或三天前的子目录（时间点恢复） - 元数据数据库使其成为可能可能。

7.3.4媒体管理

与完全备份相比，使用永久增量策略可以大大减少备份所花费的时间。这样做的缺点是随着时间的推移，备份的文件可以分布在多个磁带上。这对于恢复大型文件系统至关重要，因为磁带安装需要花费时间。这是媒体管理发挥作用的地方。它可以确保只有一台计算机上的文件位于一个磁带上。这减少了恢复过程中涉及的磁带安装次数，这意味着可以更快地恢复数据。

媒体管理器的另一个重要功能是所谓的磁带回收。作为永久增量策略的结果，不再需要的越来越多的数据位于备份磁带上。例如，如果文件随着时间的推移被频繁删除或更改，则可以从备份媒体中删除该文件的早期版本。使用当前技术不能直接覆盖因此变得空闲的磁带上的间隙。在磁带回收中，介质管理器将几个磁带中仍需要的剩余数据（仅使用一定百分比）复制到公共新磁带上。然后将已经空闲的磁带添加到未使用的磁带池中。

处理磁带还有一个技术限制：当前的磁带驱动器只能以一定的将数据写入磁带。如果数据传输到磁带驱动器的太慢，则会中断写入过程，磁带会稍微回退并重新启动写入过程。磁带的重复倒带会降低性能并导致磁带不必要的磨损，因此必须更快地丢弃它们。因此，最好将数据足够快地发送到磁带机，以便它可以一次性将数据写入磁带（流式传输）。

这样做的问题是，在网络备份中，备份客户端将要通过LAN备份的数据发送到备份服务器，备份服务器将数据转发到磁带驱动器。在从备份客户端通过LAN到备份服务器的路上，传输速率反复波动，这意味着磁带驱动器的流式传输被反复中断。虽然各个客户端可以通过其他措施实现流式传输（例如在备份客户端和备份服务器之间安装单独的LAN）（第7.7节），但这些措施价格昂贵且技术上无法随意扩展，因此无法实现经济上为所有客户。

解决方案：媒体管理器管理备份服务器中的存储层次结构。为此，备份服务器必须配备硬盘和磁带库。如果客户端无法足够快地发送数据以进行流式传输，则媒体管理器首先将要备份的数据存储到硬盘。写入硬盘时，提供数据的没有区别。当要备份的足够数据暂时保存到备份服务器的硬盘时，介质管理器会自动将大量数据从备份服务器的硬盘移动到其磁带。此过程仅涉及重新复制备份服务器中的数据，以便在写入磁带时保证流式传输。

例如，此存储层次结构用于备份用户PC（图7.2）。许多用户PC在一夜之间关闭，这意味着无法在一夜之间保证备份。因此，网络备份系统通常使用正午时段来备份用户PC。使用永久增量策略意味着每天要备份的数据量非常低，以至于这种备份策略通常是可行的。所有用户PC首先在11:15到13:45的时间窗口内备份到备份服务器的硬盘上。然后，备份服务器中的介质管理器有20小时的时间将数据从硬盘移动到磁带。然后硬盘再次空闲，以便用户PC可以在下一个正午休息时再次备份到硬盘。

图7.2备份服务器中的存储层次结构有助于高效备份用户PC。首先，在中午期间，所有PC都备份到备份服务器（1）的硬盘上。在下一个中午休息之前，媒体管理器将数据从硬盘复制到磁带（2）。

在此处描述的所有操作中，介质管理器检查是否已将正确的磁带放入驱动器中。为此，媒体管理器将清晰的签名写入每个磁带，并将其记录在元数据数据库中。每次插入磁带时，介质管理器都会将磁带上的签名与元数据数据库中的签名进行比较。这可确保不会意外覆盖磁带，并确保在还原操作期间写回正确的数据。

此外，媒体管理器监视磁带的使用频率和使用时间，以便及时丢弃旧磁带。如有必要，它首先将仍需要的数据复制到新磁带上。旧的磁带媒体格式也必须不时地向前和向后缠绕，以便它们持续更长时间;媒体管理器还可以自动卷绕长时间未使用的磁带。

媒体管理器的另一个重要功能是在所谓的场外商店中管理数据。为此，媒体管理器保留要备份的所有数据的两个副本。第一个副本始终存储在备份服务器上，以便在需要时可以快速恢复数据。但是，如果发生大规模灾难（数据中心发生火灾），备份服务器上的副本可能会被破坏。对于这种情况，媒体经理会在几公里之外的场外商店中保留第二份副本。介质管理器支持系统管理员在备份服务器和场外存储之间前后移动正确的磁带。它甚至支持当前位于场外商店的磁带的磁带回收。

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