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1、数据及操作系统的备份与恢复,解放军理工大学,2,主要内容,1 数据备份基本概念,2 硬盘基础知识,3 Windows文件系统基础知识,4 常用备份软件介绍,5 RAID磁盘冗余阵列,6 容灾技术,3,1 数据备份基本概念,数据备份就是将数据以某种方式加以保留，以便在系统遭受破坏或其他特定情况下，重新加以利用的一个过程。,数据备份是存储领域的一个重要组成部分。,通过数据备份，一个存储系统乃至整个网络系统，完全可以回到过去的某个时间状态，或者重新“克隆”一个指定时间状态的系统，只要在这个时间点上，我们有一个完整的系统数据备份。,4,1 数据备份基本概念,常用的备份方式：,1全备份 全备份（Full
2、 Backup）是指用一盘磁带对整个系统进行包括系统和数据的完全备份。,2增量备份 增量备份（Incremental Backup）是指每次备份的数据只是相当于上一次备份后增加的和修改过的数据。,3差分备份 差分备份（Differential Backup）就是每次备份的数据是相对于上一次全备份之后新增加的和修改过的数据。,5,1 数据备份基本概念,正确认识备份：,1将硬件备份等同于数据备份 备份的一大误区是将磁盘阵列、双机热备份或磁盘镜像当成备份。因为从导致数据失效的因素可以看出，大部分造成整个硬件系统瘫痪的原因，硬件备份是无能为力的。 2将拷贝等同于备份 备份不能仅仅通过拷贝完成，因为拷贝
3、不能留下系统的注册表等信息；也不能留下历史记录保存下来，以做追踪；当数据量很大时，手工的拷贝工作又是非常麻烦的。备份=拷贝+管理,6,常见的硬盘类型PATA（IDE）SATA SCSI,2 硬盘基础知识,7,2 硬盘基础知识,硬盘内部结构 硬盘内部结构由固定面板、控制电路和板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。如下图：,8,2 硬盘基础知识,细看硬盘内部结构,9,2 硬盘基础知识,硬盘的逻辑结构：盘片磁道柱面扇区,柱面,10,2 硬盘基础知识,盘片
4、 盘片是硬盘中承载数据存储的介质，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，其上在附着磁性物质，表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转（有5400转、7200转、10000转，甚至15000转），因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。,11,2 硬盘基础知识,磁道 磁盘在格式化时被分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（track)。磁道从外向内自0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有3001024个磁道，新式大容量硬盘每面的磁道数就更多了。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些
5、磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。,12,2 硬盘基础知识,柱面 所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称作柱面。每个圆柱上的磁头，由上而下从“0”开始编号。数据的读写是按柱面进行的。即磁头在读写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作。只在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后才移动磁头转移到下一柱面。,13,2 硬盘基础知识,扇区 操作系统是以扇区（sector）形式将信息存储在硬盘上。每个扇区包括512字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分：存储数据地点的标识符存储数据的数据段,14,2 硬盘基础知识,硬盘的接口总类ID
6、ESerial ATASCSIFibreChannelIEEE1394USB,15,2 硬盘基础知识,IDE,IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。 IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。,16,2 硬盘基础知识,Serial ATA,使用SA
7、TA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，确立了Serial ATA 2.0规范。 Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力和更快地数据传输速度。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。,17,2 硬盘基础知识,SCSI,SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）完
8、全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。,18,2 硬盘基础知识,FibreChannel,光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。 光纤通道是为在像服务器
9、这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。,19,3 Windows文件系统基础知识,FAT文件系统基础知识NTFS文件系统基础知识,20,基于FAT文件系统的硬盘数据存储区域包括5个部分：MBR区DBR区FAT区DIR区DATA区,这5个区域在硬盘逻辑分区上的排列如下：,FAT文件系统的硬盘存储结构,21,MBR(master boot record)扇区,MBR(master boot record),即主引导记录，有时也称主引导扇区。位于整个硬盘的0柱面0磁头1扇区(可以看作
10、是硬盘的第一个扇区)，bios在执行自己固有的程序以后就会jump到mbr中的第一条指令。将系统的控制权交由mbr来执行。 在总共512byte的主引导记录中，MBR的引导程序占了其中的前446个字节(偏移0H偏移1BDH)，随后的64个字节(偏移1BEH偏移1FDH)为DPT(Disk PartitionTable，硬盘分区表)，最后的两个字节“55 AA”(偏移1FEH偏移1FFH)是分区有效结束标志。,22,DBR区,DBR（DOS Boot Record），操作系统引导记录区。通常位于硬盘0柱1面1扇区，是操作系统可以直接访问的第一个扇区。它包括一个引导程序和一个被称为BPB（BIOS
11、 Parameter Block）的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是，当MBR将系统控制权交给它时，判断本分区根目录前两个文件是不是操作系统的引导文件。以DOS为例，即是IO.SYS和MSDOS.SYS。低版本的DOS要求这两个文件必须是前两个文件，即位于根目录的起始处，占用最初的两个目录项，高版本的已没有这个限制。另外，Windows与DOS是一个家族，所以，Windows也沿用这种管理方式，只是文件名不一样。如果确定存在，就把IO.SYS读入内存，并把控制权交给IO.SYS。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小和FAT个数，分配单元的
12、大小等重要参数。,23,FAT区,在DBR之后就是FAT（File Allocation Table，文件分配表）区。同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内，往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。由于硬盘上保存着段与段之间的连接信息（即FAT），操作系统在读取文件时，总是能够准确地找到各段的位置并正确读出。 FAT有一个备份，即在原FAT的后面再建一个同样的FAT，因此FAT区包含两个FAT1和FAT2。,24,DIR区,DIR（Directory，也称文件目录表FDT，File Directory Table），是根目录区，紧接着第二FAT
13、表（即备份的FAT表）之后，记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元，文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可确定文件在硬盘中的具体位置和大小。,25,NTFS文件系统硬盘存储结构,基于NTFS文件系统的硬盘数据存储区域包括6个部分：MBR区，与FAT文件系统相同DBR区，与FAT文件系统相同MFT元数据文件区MFT记录区，一条记录(1KB字节)对应一个文件文件存储区，大于1KB文件的数据存放区域MFT前16个元数据文件备份,26,NTFS文件系统中MFT的元数据文件,27,小文件的NTFS存储形式,小于1KB字节的文件，直接存放在MFT记录中，其存储形式
14、如下图所示。,28,大文件的NTFS存储形式,大于1KB字节的文件，文件名和文件特征存放在MFT记录中，文件内容数据存放在文件数据区，文件数据内容的索引信息如VCN和LCN及其映射关系等存放在MFT记录中。,29,NTFS磁盘根目录组织与索引,在NTFS系统中，文件目录仅仅是文件名的一个索引。NTFS使用了一种特殊的方式把文件名组织起来，以便于快速访问刚。当创建一个目录时，NTFS必须对目录中的文件名属性进行索引，磁盘根目录是磁头创建的第一个文件目录区。,30,NTFS文件属性中“标准信息”的内容,31,NTFS文件属性中“标准信息”的内容,32,NTFS文件系统的优点,NTFS是一个可恢复的
15、文件系统NTFS支持对分区、文件夹和文件的压缩NTFS采用了更小的簇，可以更有效率地管理磁盘空间在NTFS分区上，可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许可权限在Windows 2000以后的NTFS文件系统下可以进行磁盘配额管理 基于独立文件保护的加密文件系统（EFS）安全性上优于FAT文件系统，可恢复方面基于日志机制可高效恢复,33,4 常用备份和还原介绍,Windows内置备份工具ntbackupGhost硬盘备份软件,34,基于NTBACKUP的数据备份,Windows 备份工具ntbackup备份目的和对象：以防以下情况下造成数据的损缺或丢失偶尔的误操作计算机病毒的破坏系统或应用软件
16、的出错硬盘本身的故障以及其他各种意外使用计算机过程中逐渐积累的历史数据虽然不再经常使用，但又不能轻易废弃，却要占据越来越多的硬盘存储空间，因此进行备份,35,1普通备份 复制所有选择的文件，并且备份后标记每个文件 即清除源文件的存档属性 只需要最近备份的文件来还原所有文件 2副本备份 复制所有选择的文件，但不标记为已经备份即不清除源文件的存档属性 3增量备份只备份上一次普通或增量备份后，创建或改变的文件。备份后标记文件，即清除源文件的存档属性。需要有上一次普通备份集和所有增量备份集，以便还原数据。,NTbackup的备份类型,36,4差异备份 备份从上次普通或增量备份后，创建或改变的本文件。备
17、份后不标记为已备份文件，即不清除源文件的存档属性。需要上一次普通备份集和最新的差异备份集 5每日备份 每日备份复制执行每日备份的当天中修改的所有选中的文件。已备份文件在备份后不做标记，即不清除源文件的存档属性 备份类型选择数据量较小时，一般采用普通备份。数据量较大，采用首次普通备份，以后增量备份，或者用差异备份的策略,NTbackup的备份类型,37,1在备份程序窗口中选中“备份”页 2选择要备份的驱动器、文件夹或文件 3指定备份的目的地及其相应的备份媒体或备份文件名 4设置备份选项 5开始备份,NTbackup备份“文件和文件夹”,38,1在备份程序窗口中选中“还原”页 2选择要还原的文件夹
18、或文件 3指定要还原的文件夹或文件要还原到的位置 4设置还原选项 5开始还原,NTbackup还原文件和文件夹,39,NTbackup软件运行界面,40,基于Ghost的备份和还原,Ghost（幽灵）软件是美国赛门铁克公司推出的一款出色的硬盘备份还原工具，可以实现FAT16、FAT32、NTFS、OS2等多种硬盘分区格式的分区及硬盘的备份还原，俗称克隆软件。 Ghost的备份还原是以硬盘的扇区为单位进行的，可以将一个硬盘上的物理信息完整复制，而不仅仅是数据的简单复制；Ghost支持将分区或硬盘直接备份到一个扩展名为.gho的镜像文件里，也支持直接备份到另一个分区或硬盘里。 目前ghost仅发布
19、了DoS版本的软件版本。 Ghost目前支持的备份和还原功能包括：硬盘间的复制、从硬盘到镜像、从镜像恢复到硬盘、从分区到分区、从分区到镜像、从镜像恢复分区、检查功能、网络备份功能。,41,Ghost操作选项,Disk 硬盘操作选项 To Disk 硬盘对硬盘完全拷贝 To Image 硬盘内容备份成镜像文件 From Image 从镜像文件恢复到原来硬盘,Partition 硬盘分区操作选项 To Partition 分区对分区完全拷贝 To Image 分区内容备份成镜像文件 From Image 从镜像文件复原到分区,Check 检查功能选项,42,Ghost备份操作步骤,1、选择Loac
20、lPartitionTo Image将硬盘分区备份为一个后缀为“.gho”的镜像文件。2、选择要备份的分区所在的驱动器，单击OK。3、选择要备份的分区，就是System分区，单击OK。4、在Filename一栏键入镜像文件名称，如“Win.gho”及存放位置（注：不能选正在备份的分区），然后按Enter键。5、选择是否压缩，No-不压缩，Fast-低压缩，High-高压缩。一般选High，速度慢点，但可以压缩50%。6、Ghost进度条滚动开始备份。7、备份完毕以后，就可以退出Ghost。,43,Ghost从镜像中恢复,1、选择Local PartitionFrom Image,从镜像文件恢复
21、系统。2、选择镜像文件要恢复的源分区，单击OK。3、提示是否确定还原，当然YES。恢复完毕，提示你重新启动计算机，回车即可。,44,Ghost软件运行界面,45,RAID（磁盘阵列：Redundant Array of Inexpensive Disk，简称RAID技术)。 它是1988年由美国加州大学Berkeley分校的David Patterson教授等人提出来的磁盘冗余技术。从那时起，磁盘阵列技术发展得很快，并逐步走向成熟。,5 RAID 磁盘冗余阵列,46,RAID 0 (0级磁盘阵列) RAID 0又称数据分块，即把数据分布在多个盘上，没有容错措施。其容量和数据传输率是单机容量的N
22、倍，N为构成磁盘阵列的磁盘机的总数，I/O传输速率高，但平均无故障时间MTTF(Mean Time To Failure)只有单台磁盘机的N分之一，因此零级磁盘阵列的可靠性最差。 Raid 0 技术对上层操作系统而言就是将多个物理磁盘组成连续容量的单个磁盘。,47,RAID l (1级磁盘阵列) RAID l又称镜像(Mirror)盘，采用镜像容错来提高可靠性。即每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出。一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再恢复工作盘正确数据。因此这种方式的数据可以重构，但工作盘和镜像盘必须保持一一对应关系
23、。这种磁盘阵列可靠性很高，但其有效容量减小到总容量一半以下。因此RAID l 常用于对出错率要求极严的应用场合，如财政、金融等领域。,48,RAID 2 (2级磁盘阵列) RAID 2又称位交叉，采用汉明码作盘错检验，无需在每个扇区之后进行CRC(Cyclic Redundancy Check)检验。汉明码是一种(n，k)线性分组码，n为码字的长度，k为数据的位数，r为用于检验的位数。因此按位交叉存取最有利于作汉明码检验。这种盘适于大数据的读写。但冗余信息开销还是太大，阻止了这类盘的广泛应用。,49,RAID 3 (3级磁盘阵列) RAID 3为单盘容错并行传输阵列盘。它的特点是将检验盘减小为
24、一个（RAID 2校验盘为多个，RAID l 检验盘为1比1），数据以位或字节的方式存于各盘。它的优点是整个阵列的带宽可以充分利用，传输时间减小；其缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次I/O。,50,RAID 4 (4级磁盘阵列) RAID 4是一种可独立地对组内各盘进行读写的阵列。其校验盘也只有一个。RAID 4和RAID 3的区别是：RAID 3是按位或按字节交叉存取，而RAID4是按块(扇区)存取，可以单独地对某个盘进行操作。不像RAID 3那样，每一次小I/O操作也要涉及全组，RAID4只需涉及组中两台磁盘机（一台数据盘，一台检验盘）即可，从而提高了小量数据的I/O速率。,51
25、,RAID 5 (5级磁盘阵列) RAID5是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列。它和RAID 1、2、3、4各磁盘阵列的不同点是它没有固定的校验盘，而是按某种规则把其冗余的奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的所有磁盘上，于是在同一台磁盘机上既有数据信息也有校验信息。这一改变解决了争用校验盘的问题，因此 DAID 5内允许在同一组内并发进行多个写操作。所以RAID5既适于大数据量的操作，也适于各种事务处理。它是一种快速、大容量和容错分布合理的磁盘阵列。,52,注意： 工业上很少销售RAID 2，4。这些级别的校验信息的数学计算量太大而不实用。 对于RAID 3，校验盘是一个单一故障点，如果它丢失，将
26、是致命的。 RAID 5能够在丢失单个盘时恢复数据，但它和RAID 3一样，都不能恢复2个磁盘的丢失。 RAID 6和RAID 5非常相似，但是存储了额外的冗余信息，以防止多个磁盘发生故障，可以容忍2个磁盘同时发生故障。,53,6 数据容灾技术,数据容灾应急计划数据容灾与数据备份数据容灾等级容灾技术,54,容灾计划包括一系列应急计划，具体有：业务持续计划(BCP-Business Continuity Plan)业务恢复计划(ERP-Business Recovery Plan)运行连续性计划(COOP-Continuity of Operations Plan)事件响应计划(IRP-Inci
27、dent Response Plan)场所紧急计划(OEP-Occupant Emergency Plan)危机通信计划(CCP-Crisis Communication Plan)灾难恢复计划(DRP-Disaster Recovery Plan),6.1 数据容灾应急计划,55,6.1 数据容灾应急计划,1、业务持续计划(BCP-Business Continuity Plan),业务持续计划(BCP)是一套用来降低组织的重要营运功能遭受未料的中断风险的作业程序，它可能是人工的或系统自动的。业务持续计划的目的是使一个组织及其信息系统在灾难事件发生时仍可以继续运作。,56,2、业务恢复计划(
28、ERP-Business Recovery Plan),业务恢复计划(BRP)也叫业务继续计划，涉及紧急事件后对业务处理的恢复，但与BCP不同，它在整个紧急事件或中断过程中缺乏确保关键处理的连续性的规程。BRP的制定应该与灾难恢复计划及BCP进行协调。BRP应该附加在BCP之后。,6.1 数据容灾应急计划,57,3、运行连续性计划(COOP-Continuity of Operations Plan),操作连续性计划(COOP)关注位于机构（通常是总部单位）备用站点的关键功能以及这些功能在恢复到正常操作状态之前最多30天的运行。,6.1 数据容灾应急计划,58,4、事件响应计划(IRP-Inc
29、ident Response Plan),事件响应计划(IRP)建立了处理针对机构的IT系统攻击的规程。这些规程用来协助安全人员对有害的计算机事件进行识别、消减并进行恢复。,6.1 数据容灾应急计划,59,5、场所紧急计划(OEP-Occupant Emergency Plan),场所紧急计划(OEP)在可能对人员的安全健康、环境或财产构成威胁的事件发生时，为设施中的人员提供反应规程。 OEP在设施级别进行制定，与特定的地理位置和建筑结构有关。,6.1 数据容灾应急计划,60,6、危机通信计划(CCP-Crisis Communication Plan),机构应该在灾难之前做好其内部和外部通信
30、规程的准备工作。危机通信计划(CCP)通常由负责公共联络的机构制定。危机通信计划规程应该和所有其他计划协调，以确保只有受到批准的内容公之于众，它应该作为附录包含在BCP中。,6.1 数据容灾应急计划,61,7、灾难恢复计划(DRP-Disaster Recovery Plan),灾难恢复计划(DRP)应用于重大的、通常是灾难性的、造成长时间无法对正常设施进行访问的事件。通常，DRP指用于紧急事件后在备用站点恢复目标系统、应用或计算机设施运行的IT计划。,6.1 数据容灾应急计划,62,6.2 数据容灾与数据备份,1数据备份是数据容灾的基础 数据备份是数据高可用的最后一道防线，其目的是为了系统数
31、据崩溃时能够快速地恢复数据。,2容灾不是简单备份 真正的数据容灾就是要避免传统冷备份所具有先天不足，它能在灾难发生时，全面、及时地恢复整个系统。容灾按其容灾能力的高低可分为多个层次。,3容灾不仅是技术 容灾是一个工程，不仅包括容灾技术，还应有一整套容灾流程、规范及其具体措施。,63,6.2 数据容灾技术,数据备份技术与容灾技术的功能联系,64,6.3 数据容灾等级,将容灾等级划分为以下四个等级： 第0级：本地备份、本地保存的冷备份。这一级容灾备份，实际上就是上面所指的数据备份。它的容灾恢复能力最弱，它只在本地进行数据备份，并且被备份的数据磁带只在本地保存，没有送往异地。,第1级：本地备份、异地
32、保存的冷备份。在本地将关键数据备份，然后送到异地保存，如交由银行保管。灾难发生后，按预定数据恢复程序恢复系统和数据。,65,6.3 数据容灾等级,第2级：热备份站点备份。在异地建立一个热备份点，通过网络进行数据备份。也就是通过网络以同步或异步方式，把主站点的数据备份到备份站点。备份站点一般只备份数据，不承担业务。当出现灾难时，备份站点接替主站点的业务，从而维护业务运行的连续性。,第3级：活动互援备份。主、从系统不再是固定的，而是互为对方的备份系统。这两个数据中心系统分别在相隔较远的地方建立，它们都处于工作状态，并进行相互数据备份。当某个数据中心发生灾难时，另一个数据中心接替其工作任务。,66,6.4 容灾技术,在建立容灾备份系统时会涉及多种技术，如SAN或NAS技术、远程镜像技术、虚拟存储、基于IP的SAN的互连技术、快照技术等。,1远程镜像技术,2快照技术,3互连技术,4虚拟存储,CDP（连续数据保护）,新技术： WAFS（Wide Area File Service，广域网文件服务）,67,总结,数据备份基本概念硬盘基础知识Windows文件系统基础知识常用备份软件介绍 RAID(磁盘冗余阵列) 容灾技术,
