CN107291391B - 一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统，该方法包括：对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；对操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；切换第一克隆卷作为当前操作卷。通过对待恢复时刻的操作克隆卷进行创建快照，并对该快照进行克隆，创建第一克隆卷，并以第一克隆卷作为当前操作卷，从而建立克隆卷和快照的链接关系，由于克隆卷是可以进行写操作的，从而在进行快照恢复时，避免了对快照数据的全量拷贝，从而仅涉及元数据的修改，实现了快照的快速恢复，而无需将大量的数据写回源卷，进而避免了快照恢复受限于底层磁盘写入速度的限制，降低了给磁盘的写压力。

Description

一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统
技术领域
本发明涉及存储系统技术领域，特别是涉及一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统。
背景技术
在云计算环境中一个重要的技术是硬件和储存资源的虚拟化,而虚拟机的快照可以提升云端平台的服务质量。分布式存储系统CEPH致力于提供高扩展性、高可靠性、高性能的分布式存储系统，其提供支持文件系统，块存储，对象存储；CEPH依靠其提供的统一存储系统，被广泛应用于云数据中心建设中，其中块存储以其稳定性被生产系统所部署。CEPH提供通过内核模块或者用户态调用librbd库两种用法使用其块存储，CEPH中的块设备的表现为一个RBD(Rados Block Device)image，其中rbd是Linux驱动和QEMU/KVM操作RBD image的用户态工具。
快照是云数据中心的基本业务之一，是记录虚拟机某一运行时刻的状态集合，用于后续的快照恢复操作。CEPH提供RBD块设备的快照，即rbd的snap操作，采用的是COW机制，与此对应的是CEPH也支持一个非常好的特性，以COW(写时复制)的方式从rbdsnap创建克隆，在CEPH中被称为快照分层技术，本质类似链接克隆操作。分层特性允许用户创建多个CEPH RBD克隆实例。这些特性应用于OpenStack等云平台中，快照是只读的，但克隆是可以写的。
接下来，对RBD现有快照方案进行介绍。首先，明确以下几个名词：image，CEPH集群中的一个卷，是CEPH块设备资源的对外表现；base image，源卷，未进行过任何的快照操作的卷；snap，对image创建快照后产生的快照卷，只读；clone，对snap进行的一次链接克隆操作，可写；rollback，快照恢复，即将image恢复到某一个快照时刻；flatten，拍平，即将快照链中父节点的数据全部合并到clone的操作；protect/unprotect，保护/解保护快照，保护状态的快照不允许删除，需要解保护。
对于CEPH的原生快照方案，如图1所示：CEPH集群中存在一个base image，创建了快照snap1，随后更新位置1和2的数据，snap操作会从base image中位置1和2读取数据并拷贝至快照snap1中，然后更新base image中位置1和2的数据。接下来恢复快照snap1，CEPH原生的RBD快照恢复提供了rollback操作，rollback首先会将snap1中位置1和2的数据拷贝并写入base image的位置1和2，从而完成rollback操作。由此可见，RBD快照恢复的rollback操作会将恢复快照时刻的快照数据全部拷贝并回填写入baseimage相应的位置上。若待恢复快照时刻写入了大量的数据竟会导致快照恢复出现大量的来自快照到baseimage的数据写入，而底层磁盘的写入速度是有限的，将会导致快照恢复耗时，其时间依赖于恢复快照时刻的数据量与磁盘写入的速率，呈正相关性，恢复快照操作将会引起恢复时刻的快照数据全量拷贝至原镜像文件中，会给磁盘带来严重的写压力。
因此，如何提供一种快照恢复的方法，能够降低恢复快照操作给磁盘带来的压力，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统，能够降低恢复快照操作给磁盘带来的压力。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种用于分布式存储系统的数据处理方法，包括：
对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；
对所述操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；
切换所述第一克隆卷作为当前操作卷。
优选地，在所述对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照之后，还包括：
对所述操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
优选地，还包括：
计算所述分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；
判断所述新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；
若否，则将所述新增节点从所述快照链上断开。
优选地，所述将所述新增节点从所述快照链上断开，包括：
检测所述新增节点的操作类型；
当所述新增节点的操作类型为克隆操作时，则合并所述新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；
当所述新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，则直接进行断链操作，将所述新增节点从所述快照链上断开。
一种用于分布式存储系统的数据处理系统，包括：
快照创建模块，用于对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；
克隆模块，用于对所述操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；
切换模块，用于切换所述第一克隆卷作为当前操作卷。
优选地，还包括：
快照保护模块，用于对所述操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
优选地，还包括：
计算模块，用于计算所述分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；
判断模块，用于判断所述新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；
断链模块，用于在所述判断模块判定所述新增节点的深度值不小于预设的优化策略值时，将所述新增节点从所述快照链上断开。
优选地，所述断链模块包括：
检测单元，用于检测所述新增节点的操作类型；
第一执行单元，用于当所述新增节点的操作类型为克隆操作时，合并所述新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；
第二执行单元，用于当所述新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，直接进行断链操作，将所述新增节点从所述快照链上断开。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的一种用于分布式存储系统的数据处理方法，包括：对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；对操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；切换第一克隆卷作为当前操作卷。通过对待恢复时刻的操作克隆卷进行创建快照，并对该快照进行克隆，创建第一克隆卷，并以第一克隆卷作为当前操作卷，从而建立克隆卷和快照的链接关系，由于克隆卷是可以进行写操作的，从而在进行快照恢复时，避免了对快照数据的全量拷贝，从而仅涉及元数据的修改，实现了快照的快速恢复，而无需将大量的数据写回源卷，进而避免了快照恢复受限于底层磁盘写入速度的限制，降低了给磁盘的写压力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为CEPH的原生快照方案中的快照恢复示意图；
图2为本发明一个实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法流程图；
图3为本发明一种具体实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法示意图；
图4为本发明一种具体实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法的优化策略示意图；
图5为本发明一个实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理系统结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统，能够降低恢复快照操作给磁盘带来的压力。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图2，图2为本发明一个实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法流程图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种用于分布式存储系统的数据处理方法，包括：
S21：对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照。
在本实施方式中，采用了克隆的分层机制，即clone，clone是可写的，所谓的操作克隆卷即当前操作卷为克隆卷。即对分布式存储系统的源卷创建快照，并对需要进行数据恢复的快照进行克隆，即为本实施方式中的操作克隆卷，即数据操作均由操作克隆卷处理。当需要进行快照恢复的操作时，对当前的操作卷即操作克隆卷创建对应的快照。
S22：对操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷。
S23：切换第一克隆卷作为当前操作卷。即恢复快照后的数据操作均由第一克隆卷处理。
在本实施方式中，利用分层来代替RBD的rollback，通过对待恢复时刻的操作克隆卷进行创建快照，并对该快照进行克隆，创建第一克隆卷，并以第一克隆卷作为当前操作卷，从而建立克隆卷和快照的链接关系，由于克隆卷是可以进行写操作的，从而在进行快照恢复时，避免了对快照数据的全量拷贝，从而仅涉及元数据的修改，实现了快照的快速恢复，而无需将大量的数据写回源卷，进而避免了快照恢复受限于底层磁盘写入速度的限制，降低了给磁盘的写压力。
进一步地，在对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照之后，还包括：对操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
如图3所示，图3为本发明一种具体实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法示意图。
在本实施方式中，以将数据恢复到snap1为例进行说明，S1、S2、S3均为快照。其操作步骤包括：
S31：保护快照S1，即protect快照S1；
S32：对快照S1创建克隆卷C1；
S33：切换当前操作卷为C1，即恢复快照后的数据操作均由克隆卷C1处理。
在本实施方式中，对操作克隆卷对应的快照进行快照保护即将快照卷设置为保护状态，以保护快照卷，避免快照卷的误删除导致以该快照卷为父节点的链接克隆卷数据缺失。
发明人研究发现，采用上述实施方式的方法进行快照恢复降低了写压力，但是分层的原理是建立克隆卷和快照的链接关系，即克隆卷的父节点为快照，从而操作一条快照链的长度不断增加，数据的读操作将沿着快照链层层向父节点查找，降低了数据的读性能。因此，本发明一种实施方式给出了一种基于快照链深度的优化策略。
在本发明的一种实施方式中，该方法还包括：计算分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；判断新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；若否，则将新增节点从快照链上断开。
进一步地，将新增节点从快照链上断开，包括：检测新增节点的操作类型；当新增节点的操作类型为克隆操作时，则合并新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；当新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，则直接进行断链操作，将新增节点从快照链上断开。
首先定义优化深度为K，即预设的优化策略值为K，当由于新增节点导致该快照链深度不小于K时，则将该新增节点从快照链上断开。断开后的节点是一个完整的卷，包括该快照链上所有父节点的数据，因而是一个独立的卷，其读写性能没有任何损失。
如图4所示，图4为本发明一种具体实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法的优化策略示意图。
在本实施方式中，以K为3为例进行说明。当新增节点为N4时，其深度达到了3，此时进行断链操作，操作步骤包括：
S41：判断N4的操作类型，若为RBD的快照操作则转步骤S44，若为克隆操作，则进行步骤S42；
S42：合并N4父节点的数据，即执行RBD的flatten操作；
S43：解除节点N3的保护状态，即执行RBD的unprotect操作；
S44：结束。
源卷在进行N4操作时，快照树的链深度最大为2，系统定义当快照深度等于3实施链优化；进行N4操作后，N4的快照深度达到了3，此时启动优化节点N4；N4对应ceph中的操作是对N3的克隆产生C4，因此，需要将C4进行断链操作；
C4断链操包括：将C4链上的数据合并到C4，解除保护N3，此时C4是一个完全独立的节点，其深度为0，完成优化。
其中，d＝0、d＝1、d＝2、d＝3表示当前节点深度为0、1、2、3.
经过基于快照链深度的优化后，N4节点是一个完全独立的卷，后续基于N4节点的操作均建立在一个完全独立的卷上，始终保证了快照链的深度不会超过K，从而使得上述实施方式中分布式存储系统获得较好的读速率。
请参考图5，图5为本发明一个实施方式所提供的用于分布式存储系统的数据处理系统结构示意图。
相应地，本发明一种实施方式还提供了一种用于分布式存储系统的数据处理系统，包括：快照创建模块51，用于对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；克隆模块52，用于对操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；切换模块53，用于切换第一克隆卷作为当前操作卷。
进一步地，还包括：快照保护模块54，用于对操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
在本实施方式中，利用分层来代替RBD的rollback，通过对待恢复时刻的操作克隆卷进行创建快照，并对该快照进行克隆，创建第一克隆卷，并以第一克隆卷作为当前操作卷，从而建立克隆卷和快照的链接关系，由于克隆卷是可以进行写操作的，从而在进行快照恢复时，避免了对快照数据的全量拷贝，从而仅涉及元数据的修改，实现了快照的快速恢复，而无需将大量的数据写回源卷，进而避免了快照恢复受限于底层磁盘写入速度的限制，降低了给磁盘的写压力。
对操作克隆卷对应的快照进行快照保护即将快照卷设置为保护状态，以保护快照卷，避免快照卷的误删除导致以该快照卷为父节点的链接克隆卷数据缺失。
更进一步地，还包括：计算模块，用于计算分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；判断模块，用于判断新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；断链模块，用于在判断模块判定新增节点的深度值不小于预设的优化策略值时，将新增节点从快照链上断开。
断链模块包括：检测单元，用于检测新增节点的操作类型；第一执行单元，用于当新增节点的操作类型为克隆操作时，合并新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；第二执行单元，用于当新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，直接进行断链操作，将新增节点从快照链上断开。
本实施方式中的计算模块、判断模块和断链模块的设置，解决了快照链深度增长导致的读性能损耗的问题，当快照链达到一定的深度时即进行断链操作，保证了较高的读写性能。
综上所述，本发明所提供的用于分布式存储系统的数据处理方法和系统，快照恢复操作仅有元数据的变化，避免了对恢复快照的数据的全盘数据拷贝操作，即将快照恢复速度与恢复快照的数据量以及底层磁盘写性能解除依赖，达到快速恢复快照的效果；解决了快照链深度增长导致的读性能损耗的问题，当快照链达到一定的深度时即进行断链操作，保证了较高的读写性能。
以上对本发明所提供的一种用于分布式存储系统的数据处理方法和系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于分布式存储系统的数据处理方法，其特征在于，包括：
对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；
对所述操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；
切换所述第一克隆卷作为当前操作卷；
其中，所述操作克隆卷通过对根据所述分布式存储系统的源卷生成的快照中需要进行数据恢复的快照进行克隆生成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照之后，还包括：
对所述操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
计算所述分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；
判断所述新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；
若否，则将所述新增节点从所述快照链上断开。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述新增节点从所述快照链上断开，包括：
检测所述新增节点的操作类型；
当所述新增节点的操作类型为克隆操作时，则合并所述新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；
当所述新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，则直接进行断链操作，将所述新增节点从所述快照链上断开。
5.一种用于分布式存储系统的数据处理系统，其特征在于，包括：
快照创建模块，用于对分布式存储系统的待恢复时刻的操作克隆卷创建对应的快照；
克隆模块，用于对所述操作克隆卷对应的快照进行克隆，创建第一克隆卷；
切换模块，用于切换所述第一克隆卷作为当前操作卷；
其中，所述操作克隆卷通过对根据所述分布式存储系统的源卷生成的快照中需要进行数据恢复的快照进行克隆生成。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
快照保护模块，用于对所述操作克隆卷对应的快照进行快照保护，使得该操作克隆卷对应的快照进入保护状态。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：
计算模块，用于计算所述分布式存储系统的快照链上的新增节点的深度值；
判断模块，用于判断所述新增节点的深度值是否小于预设的优化策略值；
断链模块，用于在所述判断模块判定所述新增节点的深度值不小于预设的优化策略值时，将所述新增节点从所述快照链上断开。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述断链模块包括：
检测单元，用于检测所述新增节点的操作类型；
第一执行单元，用于当所述新增节点的操作类型为克隆操作时，合并所述新增节点的父节点的数据，并解除该新增节点的上一节点的保护状态；
第二执行单元，用于当所述新增节点的操作类型为RBD的快照操作时，直接进行断链操作，将所述新增节点从所述快照链上断开。
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