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                CDP容灾备份解决方案 医院系统
                前言
                      医疗行业各种数据是现在以及未来医疗行业充分服务于病人的基础之一,保护数据并加以合理的利用已成为未来医院发展的关键因素,也是未来医院管理信息化(HIS)阶段、临床管理信息化(CIS)阶段、局域医疗卫生服务(GMIS)阶段最必要的支撑。因此,数据的集中管理与备份及业务的连续性成为医疗信息管理的关键。
                1、我国医疗卫生行业信息化发展起步较晚,在整体IT 投资规模上,目前国内医疗行业每年实际的投入只占医院年收入的0.3-0.5%,而发达国家和地区是3-5%,导致国内多数医院对灾备系统的建设处于极低水平,甚至没有任何保护措施。
                2、已有灾备系统的ζ医院,大多数采用共享存储的HA架构实现关键系统(如HIS、LIS、PACS)的双机热备,这种架构只是对业务连续性进行了适当的处理,根本无法防范数据库灾难和存储的单点故障,使得关键系统处于高风险之中。
                3、医院系统的查询压力大是众所周知的事情,业务高峰时查询动作不但无法进行甚至会导致服务器宕机,而传统的容灾备机对查询问题没有任何解决措施,灾难未发生,备机空置造成资源极大浪费。

                4、备用数据的正Ψ确性和完整性是灾难恢复的重要指标,容灾系统运行过程中,无法对备份数据进行有效的确认,是众多医院及其他用户提出的容灾需求中出现率很高的反馈。


                常见灾备技术分析
                常见方式:

                采用备份系统对关键业务数据做定时备份
                ---定时备份只是最基础的数据保护方案
                ---定时保护方案,数据无法完全恢复
                ---故障后恢复时间长
                核心数据库采用本地HA保护
                ---数据库HA保护方案,仅对数据库本地保护, 无法实现异地灾备,同时由于HA采用共享存储的架构,无法应对数据库灾难,反而增加了单点故障的风险
                在核心存储和服务器端做冗余保护
                ---核心存储和服务器冗余保护,主要是针对硬件故障的本地保护

                常见技术:
                文件系统下的文件拷贝
                ---数据传输效率低下,数据挂载时间长(即RTO时间长)
                ---未传输完整的文件,不会被系统所识别,在业务峰值较高的前提下,备机会有数据损失
                ---频繁读写对I/O损耗大,大量的冗余文件降低磁盘的使用寿命,损坏风险增加
                磁盘块的拷贝
                ---磁盘坏道,无法被识别,磁盘写入速度不一致,会造成数据丢失
                ---无法直接写入数据文件中,备机先缓存,再写入数据文件
                ---相关数据库服务处于关闭状态
                ---对数据检验效率低下,通常会丢失一段时间内的数据
                日志解析方式
                ---受数据库动作的限制,还原数据库时间长,资源消耗大
                ---不适合大数据量数据库的应用,数据组合时间长
                ---瓶颈是跨系统平台的容灾备份
                ---容灾切换时间长
                快(簇)照技术
                ---极有可能生成一份不一致的卷数据
                ---一旦卷数据有损坏,则快(簇)照数据也不复存在
                ---针对系统独占文件的处理,属于违背系统原理的操作,有产生致命错误的风险

                方案设计原则
                高性能原则:根据众多用户需求反馈和项目实施经验,结合相关容灾技术来确定我们解决方案的设计,保证RPO和RTO的完美平衡
                高可靠原则:利用先进的底层驱动技术将稳定性发挥到极致,强大的容灾容错技术保证系统特定时间特定环境下的工作效率
                高安全原则:考虑到用户数据的特点,通过身份验证、保密通信、访问控制等手段完全保证数据安全性
                易管理原则:简洁友好的界面,利用全鼠标操作和对象图标显示,完成全部的管理工作,集中化的管理方式可以通过一个控制程序管理所有的备份和恢复作业等。
                易扩展原则:平台化、模块化产品易于升级扩展,满足客户日益增长的数据容灾需求,同时又能保护客户现有投资,灵活适应未来业务的发展和容灾系统的升级。
                易维护原则:完善的监控和诊断机制,主动报警机制和事件通知功能,无需单独的人工干预就可以及时发现风险,将损失降到最低。

                方案目标
                      模拟用户现有环境和灾备需求,设计一套全面的,完整的容灾备份系统方案,保证用户的业务连续性和数据完整性。

                基本功能目标包括:
                1应对最广泛的灾难类型,实现无死角的容灾防范;
                2实现关键系统主备服务器数据实时同步,应急容灾接管,采用系统以及数据库可读的形式进行增量同步,并且实时整合可读的备份文件;
                3实现以秒级为单位的数据同步及备份,保证数据零丢失;
                4实现备份数据回滚到灾难发生前任何时间节点或任意I/O操作;
                5实现数据备份的一致性和断点续传功能;
                6通过独有带宽优化技术,实现多种网络带宽情况下的灾备系统建设;
                7实现对生产系统的低干扰性,CPU使用率目标不超过5%,物理内存占用量目标不超过100M;
                8充分适应生产系统和容灾系统的环境:如多种操作系统平台,主流或非主流数据库类型,多种架构策『略,虚拟化等;兼容绝大多数第三方主流硬件;
                9按用户需求设计相应模块的组合,降低用户灾备系统建设成本;
                10实现按需备份数据;
                11实现多模式应用容灾及实时备份:手动接管,自动接管,定时备份,实时备份;
                12实现多种备份策略:一对一,多对一,多对多等

                方案逻辑结构图


                1、实现医院异地实时备份的完整数据灾备保护及应用级容灾
                     用户HIS服务器(HA集群)通过容灾备份软件与异地HIS灾备服务器搭建成一对一架构,实现数据实时同步,当灾难发生时保证HIS应用的不间断运行,同时实现数据实时备份,保证数据完整性,并实现灾难发生前任意时间点或任意操作点的数据回滚
                2、用户LIS服务器(HA集群)通过容灾备份软件与异地LIS灾备服务器搭建成一对一架构,实现数据实时同步,当灾难发生时保证LIS应用的不间断运行,同时实现数据实时备份,保证数据完整性,并实现灾难发生前任意时间点或任意操作点的数据回滚
                3、用户EMR服务器、PACS服务器、PIVAS服务器通过容灾备份软件与异地灾备服务器搭建成一对一架构,实现数据实时同步,当灾难发生时保证LIS应用的不间断运行,同时实现数据实时备份,保证数据完整性,并实现灾难发生前任意时间点或任意操作点的数据回滚
                4、容灾备份一体机配置高性能多核处理器、高速内存、大容量磁盘空间,同时利用虚拟化技术构建与应用服务逐个对应的容灾备份环境,保证灾备系统稳定的前提下,充分利用系统资源,降低灾〗备系统构建成本。
                5、当院方有新系统上线时,可以首先分析现有灾备系统资源使用情况,条件满足情况下,无需购置新灾备服务器,可在不影响任何业务前提下,利用虚拟化技术在容灾备份工作站部署对应新系统的灾备环境。
                6、提供容灾系统资源监控技术,不间断的监测应用的状况和整个@ 应用环境的状态,保证整个系统在最佳的状态下运行。针对应用所使用的硬件,软件,网络环境等的稳定性与可靠性为基础而设计资源监控。
                7、将管理控制台程序安装在本地局域网内任意PC或服务器上,实现对整个容灾系统的管理。
                8、为用户提供容灾备份一体化的平台,意味着用户如果在今后需要对灾备系统进行升级,只需要在平台上搭建新的模块即可实现,大大节约构建成本。


                容错CDP技术原理


                1、数据感知与抓取
                     ENAS通过运行在Production Server端的Client模块实时分析并获取Production Server端的操作及数据。ENAS时刻感知Production Server端内是否有新交易变化产生,并在内存层抓取这些交易变化信息形成ENAS独有的QL文件,同时封装为TCP/IP数据包实时传送至Standby Server端,Standby Server端接收后即时同步写入,保持与Production Server端的一致。

                2、数据传输
                     QL文件传输:QL格式是ENAS独有的专项技术,通过对捕获变化数据的压缩加密,既保证低带宽状况下Production Server和Standby Server之间数据同步效率,同时增强了数据传输过程中的安全性。
                     首阶段全量数据同步:在不中断业务运行的前提下,ENAS读取Production Server端所有Data Source已有存量数据,初始化为FBK文件同步到Standby Server端实时写入。
                     Temporary增量数据同步:首阶段全量同步过程中新产生的数据增量被捕获后,经严格的逻辑校验和顺序标记实时写入Standby Server端缓存,当全量同步结束后即执行写入。
                     常规增量数据同步: 通过ENAS同步校验机制,验证Production Server和Standby Server两端数据一致后,可按用户设置进行时间点或I/O点的增量数据同步。

                3、同步校验与逻辑校验
                     同步校验:ENAS通过自有Check机制,主动侦测数据头尾的一致性,从而判断增量数据是否为软件自身数据并校验增量数据的可用性。该机制保证了ENAS实现主备机两端数据同时在线的“双活”状态。
                     逻辑校验:ENAS通过Logic Check程序,对捕获的数据进行严格的I/O顺序排列,保证系统逻辑关系的正确,并通过Log跟踪分析数据的完整性和一致性。

                4、灾难判定与应急接管
                      ENAS通过Sockct对服务器IP、网卡、系统服务、应用进程等提供自定义方式的监控,满足自定义条件的情况下,将自动执行容灾切换,保证用户业务连续性,ENAS同时提供人工手动接管功能。

                5、时间定位与操作定位
                     ENAS提供按时间点和I/O点两种策略,用来定位数据变化过程,在备份数据恢复的过程中,可按照 任意时间点(any point in time) 或 任意I/O操作点(any point in operating)的方式,进行回滚式恢复,结合强大的逻辑校验机制,保证数据恢复后的可用性和准确性。
                容错CDP系统架构与部署

                6、系统组成
                     系统由三部分组成:灾备服务器端↓程序、ENAS控制管理平台↙、生产服∏务器端程序。灾备服务器端程序是系统的核心部件,负责整个备份系统的数据存储等后台服务; ENAS控制管理平台是系统的统一配置、监控平台,用户可以通过该平台实现备份、还原、同步、接管等作业配置,并◢进行作业的监控管理等功能;生产服务器端程序安装在需要备份的源主机上实现备份功能,或需要恢复的目标主机上实现恢复功能。

                7、灾备服务器端程序
                     灾备服务器端程序是安装在备份服务器上的,是整个系统的核心部件。
                     灾备服务器端模块是多线程、多任务的运行架构,包含并行控制、存储、备份、还原、合成备份、用户组管理、版本控制、增量传输、增量存储、通信控制、日志管理等子系统。灾备服务器端程序负责将客户端模块实时增量传输过来的数据存储到对应的存储位置。
                灾备服务器端程序会根据用户制定的备份策略对存储的数据进行合成备份,生成对应时间点或操作点的备份数据版本的备份块,同时备份服务器会保存所有的备份数据块,以做到任意时间点或任意操作点恢复的功能。

                8、生产服务器端程序
                      生产服务器端程序一共有Agent、文件备份与恢复、操作系统备份与恢复、MSSQL Server备份与恢复、Oracle备份与恢复、虚拟机备份与恢复、MySQL备份与恢复、Sybase备份与恢复等模块。

                9、控制管理平台

                     基于ENAS控制管理平台,主要是针对用户的实际需求,将备份产品的特点、功能都集中展示和实现,体现集中管理理念,即所有的操作都在控制台中完成,无需在源服务器上安装额外的软件,将对源服务器性能的影响降低,实现真正的绿色容灾的效果。
                ENAS控制管理平台的功能:监控功能包括监控备份服务器的备份任务运行状态及其报表;管理功能包括服务器运行参数、日志、用户与组、组策略、备份视图等管理;操作功能包括实现基本的备份、还原功能、数据删除等功能。

                10、系统部署模式
                      只需在备份服务器上安装备份服务器端程序,同时将ENAS控制管理平台也安装到局域网内任意服务器上。在需要备份的源主机上安装生产服务器端程序。
                一般部署的大致步骤:
                1.在备份服务器上安装灾备服务器端程序。
                2.通过ENAS控制管理平台配置服务器端的所有设置功能。创建用户、分配权限,对不同的用户分配对应的存储空间等。
                3.在需要备份的源主机上部署生产服务器端程序。在ENAS控制管理平台上配置源主机的IP地址、机器名等信息。
                4.在ENAS控制管理平台上配置各源主机的备份策略、计划。


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