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1、数字图书馆中的一种容灾系统的设计与实现田华 鄢喜爱(湖南省公安高等专科学校 湖南 长沙 410138）摘要 随着网络技术的发展，数字图书馆起着越来越重要的作用，但其容灾措施未引起重视。文章首先描述了容灾的概念和原理，然后设计了一种基于复制技术的容灾系统，给出了详细的算法。该容灾系统通过增加服务器的远程备份节点以增强系统的可用性。关键词数字图书馆; 灾难恢复; 备份0 引言随着网络技术的发展，数字图书馆是未来图书馆的发展趋势，其主要原因是在于它比传统图书馆能够更好地保存图书馆的信息资源, 同时也能更有效地传播图书馆的信息资源。然而, 数字化图书馆中保存的信息数据又是动态的, 当它面向社会给读者提
2、供服务时, 由于当前信息系统的脆弱性,信息数据随时都可能受到破坏。为此, 数字化图书馆的信息数据必须进行数据备份, 以防止信息系统的灾难发生, 造成难以挽回的损失1。目前数字图书馆的备份恢复机制存在的主要问题：一是备份数据分散，保留时间短；二是手工干预过多，这对于数字图书馆的海量数据显然是不适应的；三是灾难发生后恢复时间过长；四是传统的数据备份与恢复技术（如磁盘镜像、磁盘阵列、磁带备份等）存在很大的弊端，因为数字化图书馆中处理的数据都是分布式的，数据的原子性和一致性和事务的连续性难以得到保证。由于在分布式系统中，复制和冗余是常用来增强系统可靠性和可用性的技术，本文设计了一种基于复制环境的数字图
3、书馆系统容灾策略。此策略通过增加一些备份节点，实现完整的备份和快速的恢复，能提供不间断的可靠服务。1容灾技术的基础知识1.1灾难的备份和恢复的基本概念对于计算机系统来说，灾难是指一切引起系统非正常停机的事件，造成计算机系统灾难性事故的原因有自然灾害、基础设施的突发性事故、计算机系统的故障和各种人为的因素等。这些事故导致了企业丧失了全部或部分业务处理能力，引起企业营运收入下降、信誉降低和形象受损，甚至威胁其生存。灾难备份和灾难恢复是降低灾难了生的损失，保证计算机系统连续运行的重要措施。灾难备份是为了减少灾难发生的概率，以及减少灾难发生时和发生后造成的损失而采取的各种防范措施。灾难恢复是指计算机系
4、统空难发生后，重新组织系统运行的和恢复运营的过程2。对于数字图书馆来说，灾难备份的主要目标是：保护数据和系统的完整性和可用性，使业务数据损失最少甚至没有业务数据损失；灾难恢复的主要目标是：业务快速恢复，使业务停顿时间最短甚至不中断业务。1.2容灾技术的原理 容灾技术则是通过在异地建立和维护一个备份系统,利用地理上分散性来保证数据对于灾难性事件的抵御能力。容灾系统在实现中可分为两个层次:数据容灾和应用容灾。数据容灾指建立一个异地的数据系统,作为本地关键应用数据的一个备份。应用容灾是在数据容灾的基础上,在异地建立一套完整的与本地生产系统相当的备份应用系统(可以是互为备份) ,在灾难情况下,远程系统
5、迅速接管业务运行。应用容灾是更高层次的容灾系统3。2容灾系统的设计与实现数字图书馆一般采用的是Client/Server 系统, 服务器的可用性是提高整个系统性能的关键, 所以采用多复制服务器则是提高系统可用性最有希望的手段之一。文中提出的机制是采用应用容灾技术，在原有Client/Server系统中增加一些服务器的备份节点。其模型结构如图1所示。图1：备份系统的模型结构Fig.1 Structure model of backup system2.1正常情况下的运行机制正常工作情况下，用户与主服务器进行消息交换，主服务器实时(小于用户设定的timeout时间)将产生的日志传播给备份节点。备份
6、节点拥有主服务器同样的功能，但不指挥行动。备份节点内含一个日志传输管理器,主要负责实时接收主服务传来的日志消息，将接收的日志来重建一个与主服务器版本相同的数据库。主服务器与备份节点之间数据的同步转发对于用户来说是透明的，即对于用户来说，它们和原有的系统一样，只知道有一个服务器的存在。2.2发生故障时的运行机制在网络通信中,主服务器与备份之间每完成一次日志消息的同步转发之前要建立一次连接,假设不存在网络分割和报文丢失,如果连接不成功,可判定对方出现故障4。当主服务器发生故障时，首先将其中一个备份节点提升为主服务器，再通过接口机制直接响应新的主服务器，由新的服务器接管，使用户感觉不到服务发生了中断
7、。当原主服务器恢复时，备份节点为它提供一个正确的数据库，该数据库能反映事务在主服务无法工作时所作的更新，这将使主服务器恢复后能够重新开始正常的工作。为此，对于用户来说，可以永远相信服务器是正常的。3容灾系统中的算法描述3.1备份节点的算法Step 1 实时与主服务器建立一次连接，如果连接超时, 跳转Step 4。Step 2 接收代理协同者产生的日志消息。Step 3 发送本次传送结束消息。返回Step1。Step 4 接管主服务器的行动。Step 4A 通过选举产生新的主服务器（例如可以将备份节点中无故障且编号最大的节点提升为主服务器）Step 4B 由新主服务器接管原主服务器的行动。Ste
8、p 4C 原主服务器修复完毕，又降为备份节点。3.2协同者的算法数字图书馆是物理上分散而逻辑上集中的一个分布式的系统，各子事务分布在各个场地，为了保证事务的ACID(原子性、一致性、隔离性、持久性)四个属性，事务必须执行一个提交协议。我们假设服务器扮演协同者的角色，各用户节点扮演参与者的角色。传统的提交协议有2PC和3PC，2PC协议容易实现，但有可能发生事务阻塞；3PC是一个无阻塞的协议，但由于有可能要在故障发生时，选举产生新的协同者，所以开销比较大。在我们设计的容灾系统中，执行的一个改进的3PC提交协议，以3PC提交协议为基础，由于用户可以永远相信协同者是正常的，可以不采用3PC中的终止协
9、议，各参与者可不保存其它参与者的信息列表，从而可以节约开销。其状态图如图2所示。图2: 三阶段提交协议的活动图Fig.2: 3PC protocol actions具体算法描述如下5：Step 1 投票在日志中写入“begin_commit”,发送“prepare”指令给所有参与者, 启动Timer 后进入等待；如果超时，转step 2B。step 2A 预提交如果收到所有参与者的“Ready”回应, 写“preare_Commit”到日志,发送“preare_Commit”命令给所有参与者。step 2B 全局取消如果收到至少一个参与者的“Abort”回应，或者参与者超时, 写“Global
10、_Abort”到日志中发送“Global_Abort”命令给参与者转step 4。step 3 全局提交等待，直到收到所有参与者的“预提交确认”回应写“Global_Commit”到日志中,发送“Global_Commit”到参与者。step 4 终结等待，直到收到所有参与者的确认。3.3参与者的算法Step 1 投票如果参与者准备提交，则发送“Ready”回应给协同者,否则发送“Abort”回应,等待协同者的指令。Step 2A 预提交如果收到“preare_Commit”指令，则转Step 3等待全局提交。Step 2B 取消执行本地事务放弃处理。Step 3 提交等待，直到收到“Glob
11、al_Commit”命令，执行本地提交处理。Step 4 终结给协同者发送确认。4基于复制容灾系统的特性基于远程复制技术的容灾策略是通过一定的机制提供对数据冗余的控制和维护，为实用的分布式系统提供了有力的支持。其主要特性如下:4.1高可用性通过增加远程的备份节点，强调了系统的高可用性。 当服务节点出现故障时，能通过接口机制实现无缝的转接，能保证不影响用户的工作, 并且在故障恢复后有很好的手段重新同步数据。4.2 一致的信息传输复制服务器在分布式环境中, 提供最一致和可靠的数据传输。复制服务器内含一个日志传输管理器,实时接收主服务器传来的数据，以保证数据间的一致性不被破坏。4.3无阻塞且通信开销
12、相对较低在分布式事务提交中，所设计的系统采用的协议是3PC，这是一个无阻塞的协议。又由于参与者可以永远相信协同者是正常的，可以不用3PC中的终止协议，可以节省原3PC很多不必要的开销。5结束语容灾策略中的数据备份作为数字化图书馆管理领域的一个重要组成部分, 其在维护信息系统正常运作过程中的地位和作用都是不容忽视的。随着数字化图书馆对计算机系统可靠性、实时性要求的提高, ,传统的离线备份、备份介质异地保存等方法已不能满足要求。数字化图书馆的灾难备份与恢复要求在保证数据不丢失和业务连续运行的前提下，为用户提供快速高效的服务，本文设计的容灾策略基本上已向这个目标靠近。参考文献：1喻晓和. 数字化图书
13、馆的数据备份研究J. 情报科学,2004,(11),82-842张艳等. 灾难备份和恢复技术的现状与发展J.计算机工程与科学,2005,(2),107-1103刘迎风等.容灾技术及其应用J.计算机应用研究,2002,(6),7-104 潘爱民译. 计算机网络(第四版)M. 北京: 清华大学出版社.20045 赵高峰 胡运发.基于心跳技术的3阶段提交协议J.计算机工程与应用.2004,(11),177-179Design and Implementation of a Disaster Recovery System for Digital LibraryTian Hua Yan Xiai(Hu
14、nan Public Security College,Changsha 410138,China)Abstract Digital library is playing an important role with the development of network. People dont attach importance to the method of disaster recovery about digital library. This paper first discribes concept and principle of the disater recovery, t
15、hen designs a disaster recovery system for digital library based on replication, and presents detailed algorithms. In which the system usability can be strengthened by constructing replication of server. Key words digital library; disaster recovery; replication作者简介:田华(1975-),女,湖南长沙人,湖南省公安高等专科学校图书馆馆员,从事数字图书馆数据备份方面的研究.鄢喜爱(1972-),男,湖南浏阳人,硕士研究生,研究方向为信息安全.联系人：田华 （不与正文一起刊登）通信地址：湖南公安高等专科学校（东院）图书馆（长沙市远大三路螺丝塘）邮编：410138 电话：13873198701文章名称：数字图书馆中的一种容灾系统的设计与实现email:
