计算机网络基础：数据备份与恢复

在现代社会里，计算机的应用范围不断扩展，对计算机系统中的数据依赖性也在大大加强。但是，由于计算机固有的脆弱性，数据很容易在病毒、误操作、自然灾害等的侵扰下遭到破坏，从而影响系统使用，给人们造成巨大损失。数据备份是通过制作和保存关键数据的副本来防止数据灾难发生的一种方法。

数据备份是保障数据安全的一种重要手段。与保证系统连续运行的热备份不同，它通过脱机保管历史数据，对数据逻辑错误和物理损坏进行补救。

大量信息技术的使用是现代社会的标志之一，从家用PC 到办公室桌面系统、商场POS机、银行ATM 机、移动通信终端及联络世界各地的互联网，可以说信息技术的应用无处不在。一方面，计算机系统为社会提供了比以往任何时候更多的信息服务；另一方面，社会也越来越多地依赖于计算机系统。人们花费巨资购置计算机软硬件来建设信息系统，但实际上最宝贵的财产并不是软硬件，而是系统所处理的数据。

对于企业来说，数据关系着生产经营、收入利润和生存发展。一旦发生数据失效，企业就会陷入困境，客户资料、技术文件、财务账目等数据可能被破坏得面目全非，如果系统无法顺利恢复，最终结局将不堪设想。

对于计算机的个人用户来说，数据同样也是宝贵的财富。某些作家、软件工程师由于硬盘染毒，分区和文件结构信息被破坏，又没有进行过数据备份，在硬盘因意外而报废时，数万字的作品、数十万行的程序代码化为乌有。这些惨痛的教训提醒了人们，在享受计算机带来的便利的同时，千万不要忽视潜伏在便利后面的危害——数据失效。

1.数据失效

数据失效可分为两种情况。一种是失效后的数据彻底无法使用，这种失效称为物理损坏（Physical Damage）；另一种是失效的数据仍可以部分使用，但从整体上看，数据之间的关系是错误的，这种失效称为逻辑损坏（Logical Damage）。逻辑损坏比物理损坏更为严重，因为逻辑损坏不易被发现，潜伏期长，当发现数据有错误时造成的损失可能已经无法挽回。

1）物理损坏

常见的物理损坏包括以下几种情况：

（1）电源故障。由于电源故障造成设备无法使用。

（2）存储设备故障。安装时的无意磕碰、掉电、电流突然波动、机械自然老化等原因都有可能造成存储设备故障。

（3）网络设备故障。传输距离过长、设备的添加与移动、传输介质的质量问题和老化都有可能造成故障。

（4）自然灾害。因水灾、火灾、地震等造成设备损坏，无法使用。

（5）操作系统故障。非法指令造成的系统崩溃，系统文件被破坏，导致无法启动操作系统等。

（6）数据丢失。缺少文件或程序本身不完善导致程序无法运行。

物理损坏造成的后果比较明显，容易发现，相对来说较容易检查和排除。但是，如果不能及时排除故障，则易造成极大的损失。

2）逻辑损坏

常见的逻辑损坏包括以下几种情况：

（1）数据不完整。系统缺少完成业务所必需的数据。

（2）数据不一致。系统数据是完全的，但不符合逻辑关系。

（3）数据错误。系统数据是完全的，也符合逻辑关系，但数据是错误的，与实际不符。

逻辑损坏的隐蔽性强，往往带有巨大的破坏性，这些是造成损失的主要原因。如果发生逻辑损坏，损失将无法估算，因为输入计算机中的都是很重要的数据。根据统计，恢复10 MB（约2 500 页）的数据最少也要花费近20 天时间，成本在数万元以上。

3）数据失效的原因

曾有一位计算机专家说过，系统灾难的发生不是是否会发生而是迟早会发生的问题。造成系统数据失效的原因很多，有些还往往容易被人们忽视。正确分析威胁数据安全的各种原因，才能使系统的安全防护更有针对性。一般说来，造成数据失效的原因大致可以分为以下4 类：

（1）自然灾害。由于地震、海啸、雷击等原因导致计算机硬件设施损坏，从而造成数据失效。

（2）硬件故障。系统设备的运行耗损，存储介质失效，运行环境（温度、湿度、灰尘等）对计算机硬件设备的影响会造成数据失效，也包括人为对硬件设备的破坏。

（3）软件故障。软件设计上的缺陷也会造成对数据错误地读/写，从而使数据失效。此外，计算机病毒对数据的破坏也可以归为软件故障。

（4）人为原因。由于操作不慎或蓄意而为。系统使用者可能会对数据进行非法修改，从而使数据失效。

在上述的4 类原因中，软件故障和人为原因是数据失效的主要原因。据有关统计资料表明，这两项原因造成的数据损失约占总数的80%以上。(www.xing528.com)

2.数据备份

要防止数据失效的发生，有多种途径，如加强建筑物安全措施、提高员工操作水平、购买品质优良的设备等。但最根本的方法还是建立完善的数据备份制度。

与备份对应的概念是恢复，恢复是备份的逆过程。在原系统由于某些原因无法使用时，由于保存了一套备份系统，利用恢复措施就能够很快地将损坏的系统重新建立起来，从而防止了灾难的发生。

备份按照用途可以划分为热备份和数据备份两种：

1）热备份及其应用

热备份其实是计算机容错技术的一个概念，是实现计算机系统高可用性的主要方式。热备份用冗余的硬件来保证系统的连续运行。当主计算机系统的某一部分，如硬盘等发生故障时，系统会自动切换到备份的硬件设备上，以保持系统的连续运转，从而实现计算机系统的高可用性。典型的热备份技术包括磁盘阵列、双机热备份等。

（1）磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）技术。磁盘阵列技术是指把多个磁盘按一定规则组合起来，当用作单一磁盘使用时，它能够将数据以分段的方式存储在不同的磁盘中。

存取数据时，阵列中的相关磁盘一起动作，大幅减少数据的存取时间，获得更佳的空间利用率。磁盘阵列突出的优点还在于它可以不停机工作和高容错能力。不停机是指在工作时如发生磁盘故障，系统能持续工作而不停顿，仍然可以进行磁盘的存取和正常的读写数据；而容错则是指即使磁盘发生故障，数据仍然保持完整并可以让系统存取正确的数据。SCSI的磁盘阵列可在工作中抽换磁盘，并可自动重建故障磁盘的数据。磁盘阵列之所以能做到容错及不停机，是因为它有冗余的磁盘空间可被利用。

（2）双机热备份。所谓双机热备份，是指同时有两套相同的系统在工作。一套为主机，另一套为备份机。当系统工作正常时，备份机为主机提供信息备份。

当主机发生故障时，备份机立即接替主机的工作，使系统运行不间断。最新发展的技术是采用多机热备份，即集群系统（cluster）的概念。多机相互镜像，负载均衡，并能自动诊断系统故障，进行失效切换。

热备份技术使一些对实时性要求很高的业务得以保障。它对于银行、电信等柜台业务系统，大数据量连续处理系统来说是必不可少的，这对提高运行效率、提高客户的满意度和保证客户的忠诚度也是非常关键的，因此这项技术在全球得到了广泛应用。

热备份只是备份的第一个环节，它保证了系统运行的有效性，但并不能保证数据的安全性。首先，热备份无法防止逻辑上的错误，如人为误操作、病毒、软件故障等。当逻辑错误发生时，热备份措施只会将错误复制一遍，这样在恢复时也无法得到正确的数据。

热备份只有在满足设计条件的情况下才能保证数据的安全。例如，磁盘阵列中一台磁盘坏了可以恢复，但如果所有的磁盘都坏了就恢复不了了。在发生天灾人祸的情况下，某个工作现场的主计算机系统和备份系统可能全体瘫痪，对这种数据灾难，双机热备份或磁盘阵列技术都是无可奈何的。最典型的例子莫过于美国“9.11”恐怖袭击事件，随着纽约世贸中心大楼的倒塌，楼内所有企业的业务数据都被损坏。由于关键数据丢失，许多企业无法开展业务，甚至倒闭。但是摩根士丹利（Morgan Stanley）等公司在热备份之外，还另有远程的数据备份措施，这些存储在几十千米外的历史数据很快地被重新启用，帮助这些公司在几天内就重新开始正常运营。这一事件使人们认识到，数据备份在防止数据灾难方面更具有决定性的意义。

2）数据备份

数据备份主要用于防止数据丢失、系统灾难和进行历史数据保存/查询等。它将计算机系统硬盘中的数据，通过适当的方式，保存到其他磁盘等存储介质上，并脱机保存在另一个安全的场所，从而为硬盘中的数据保留一个后援，以期在硬盘数据遭到破坏或需要用到已经从硬盘中删除了的数据时，对数据进行恢复，甚至可以保持历史记录跟踪。

与热备份相比，数据备份具有如下特点：

（1）数据备份并不复制整个运行系统，而是选择所关注的数据进行备份。一般而言，备份的数据对象有如下几种：

① 系统数据。通常包括软硬件系统的参数配置和用户设置等信息，以及系统运行的日志。对系统数据的备份，可以用于系统崩溃后的快速恢复和故障分析。

② 应用程序数据的备份。应用程序，例如数据库系统，通常会生成并使用大量数据。其中的一些数据对于企业或个人是非常有价值的，甚至是关键数据，这些数据也因此是数据备份的重点对象。

③ 整个分区或整个硬盘的备份。当独立数据（立即可用的数据，区别于需要用专用工具从软件系统中导出的数据）比较集中时，可以考虑备份这些数据所在的硬盘空间，这可以减少备份的复杂性。

（2）数据备份后，通常脱机保存在磁带、磁盘、光盘等存储介质上并保管在安全的地方，这样，当运行系统遭到破坏时，不会影响原先保存的数据。

（3）热备份可以将整个运行系统重建起来，但数据备份只能重建数据。操作步骤如下：

① 安装好系统的硬件设备。

② 安装好系统的操作系统。

③ 安装好系统的应用程序。

④ 使用新安装的系统载入备份数据。

（4）数据备份能够防止数据的逻辑损坏。由于数据被脱机保存，备份介质和计算机系统是分开的，因此误操作等逻辑错误不会被复制到存储介质上。当错误出现时，可以启用备份历史数据将系统恢复到备份时的状态。这样，只要保存足够长时间的历史数据，就能够比较好地解决数据的逻辑损坏问题。