CN100524238C - 基于块级的增量备份和整卷恢复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于块级的增量备份和整卷恢复的方法，包括基础备份、增量备份、快速恢复、裸卷恢复和更新基础备份步骤，本发明的优点是：1.备份数据量较小；2.恢复速度很快，备份点距离当前时间越近，恢复速度越快，因为恢复时只需要拷贝被改动的数据量。与现有技术相比，增量备份时，只备份修改的数据块，备份数据量较小。

Description

基于块级的增量备份和整卷恢复的方法

技术领域

本发明属于计算机数据增量备份和恢复领域，具体是基于块级的增量备份和整卷恢复的方法。

背景技术

在文件增量备份和恢复领域，一般的方法，是采用备份增量文件的方法。例如用户修改了某个文件，就把整个文件备份起来。而其实用户只修改了部分数据，此种备份方法造成大量数据冗余。

发明内容

本发明提供一种基于块级的增量备份和整卷恢复的方法，本发明方法是以数据块为单位备份，粒度很小，可以真正捕获到增量数据。

本发明的技术解决方案是：一种基于块级的增量备份和整卷恢复的方法，包括以下步骤：首先，划分存储介质和备份介质；

(1)基础备份：

确定备份介质后，第一步初始化备份库和索引库，使之处于正常工作状态；

第二步存储介质做基础备份；

(2)记录操作系统的读写：

基础备份完成后，操作系统安装一个磁盘读写的记录程序，记录操作系统对存储介质的读写操作；

(3)增量备份：

在目标机器上，用户可以手工或每隔一定时间做一次增量数据备份，增量备份时，系统可以正常运行；

(4)快速恢复或裸卷恢复

根据快速恢复或裸卷恢复指令，存储介质上数据恢复至指定的以前时间点的数据状态：

快速恢复是指以存储介质上数据的当前状态为基础，回滚到以前的备份点；

裸卷恢复是恢复的另外一种方法，它以基础备份为基础，不依赖当前数据状态，因此，可以在空存储介质上恢复指定时间点的数据；

(5)更新基础备份

根据更新基础备份指令，把基础备份往后移动到指定的备份点上，从而释放之前的备份点占有空间。

所述的存储介质和备份介质可以在同一物理设备上，只是存储区域不同；也可以是不同的物理设备，通过网络相连。

所述的基础备份的流程如下：

(1)扫描存储介质的有效数据块；

(2)把扫描得到的有效数据块存储到备份库中；

(3)把数据块的备份块号，备份时间，备份库Id号作为一项记录存储到索引库。

所述的磁盘读写记录具体的记录方法是，在存储介质上存放一张增量数据位表，位表中的每一位表示一个数据块，位等于1表示从上次增量备份之后，此块被写过，位等于0表示从上次增量备份之后，没被写过，当操作系统写数据的时候，需要在增量数据位表中找到所在块位置，然后把相应位置1。

增量备份主要步骤是：

(1).备份当前的增量数据位表，备份表记为table1，并清零当前的增量数据位表，记为table0；

(2).根据table1的内容，备份增量数据块，凡是table1内位等于1的数据块，都是需要备份到备份库中，备份的方法和基础备份一样。

快速恢复具体由下面步骤进行：

1).查询索引库，找出指定时间点T以后，被破坏的所有数据块，并生成一张数据块列表；

2).遍历数据块列表，逐个查询索引库，找出被破坏扇区在指定时间点T之前的原始数据；

3).从备份库中，获得原始数据，然后覆盖数据块当前数据。

裸卷恢复具体实现步骤是：

1)建立一张表，其中每个元素对应存储介质上的每一个块号，填入备份库中的id号，生成这张表的方法是逐个查询索引中心，给定时间点和原始块号，得到最新的数据块ID，如果找不到，则此块数据不使用；

2)根据生成的表，遍历所有元素，根据Id号从备份库把相应的数据写到对应得块号中。

更新基础备份具体步骤是：

1).在备份库中找出指定备份点之前备份的数据块table1；

2).和裸卷恢复的第一步一样，找出每个块号在指定时间上的最新数据，并生成列表table2；

3).table1的这些数据块，如果没有出现在table2中，就可以把相应数据块从备份库中删除。

本发明的优点是：1备份数据量较小；2恢复速度很快，备份点距离当前时间越近，恢复速度越快，因为恢复时只需要拷贝被改动的数据量。与现有技术相比，增量备份时，只备份修改的数据块，备份数据量较小。

附图说明

图1是本发明流程图。

图2是增量备份或基础备份的数据流图。

图3是快速恢复实施例的数据块示意图。

图4是裸卷恢复实施例的数据块示意图。

图5是更新基础备份实施例的数据块示意图。

具体实施方式

术语：

基础备份：基础备份是一个全备份，存储介质上全部的有效资料都备份到备份设备上，基础备份是增量备份的基础。做增量备份之前必须做基础备份。

增量备份：增量备份只备份某段时间内数据的改变量，一个增量备份之后，即生成一个增量备份点。增量备份点之间，是先前的依赖关系，第一个增量备份点备份的是基础备份后的增量数据，第二个增量备份点备份的是第一个备份点以后的增量数据，以此类推。

备份库：备份库是一个用于存放备份数据的核心模块，其作用是存放备份数据(包括基础备份和增量备份)。每个加入备份库的数据块都会自动分配一个id编号，根据id编号就能在备份库中索引到一个唯一的数据块。

索引库：索引库中存放备份库中每个数据块的索引关系，索引库中每项记录包含三个元素：备份时间，备份块号，备份库Id。索引库的实现方式可以是数据库，也可以用散列表等数据结构实现。

实施例：

首先，划分存储介质和备份介质。存储介质和备份介质可以在同一物理设备上，只是存储区域不同；也可以是不同的物理设备，通过网络相连。

1 基础备份

确定备份介质后，第一步初始化备份库和索引库，使之处于正常工作状态。第二步存储介质做基础备份，备份的流程如下：

(1)扫描存储介质的有效数据块

(2)把扫描得到的有效数据块存储到备份库中。

(3)把数据块的备份块号，备份时间，Id号作为一项记录存储到索引库。以一个块号是A的数据块为例，它存储到备份库后，返回一个id号，那个A，id，当前备份时间就存入索引库。

如图2所示，描述增量备份或基础备份的数据流，数据流开始由三部分组成：1备份时间，2备份块号，3.备份数据。经过备份库时，把备份数据存入备份库，返回得到备份库Id，经过备份库后，数据流由三部分：1备份时间，2备份块号，3.备份库id组成，最后三项一起递交到索引库中。

2 记录操作系统的读写

基础备份完成后，操作系统安装一个磁盘读写的记录程序，记录操作系统对存储介质的读写操作。记录的内容只是操作系统对哪些数据块写过，而不记录具体写哪些数据。

具体的记录方法是，在存储介质上存放一张增量数据位表，位表中的每一位表示一个数据块。位等于1表示从上次增量备份之后，此块被写过，位等于0表示从上次增量备份之后，没被写过。

记录程序的的流程是，当操作系统写数据的时候，需要在增量数据位表中的所在块位置，然后把相应位置1。

3 增量备份

在目标机器上，用户可以手工或每隔一定时间做一次增量数据备份，增量备份时，系统可以正常运行，不受影响。

其主要步骤是：

(1)备份当前的增量数据位表，备份的那张记为table1，原来的那张记为table0，备份完成后，再把原来的那张清零。

(2)根据table1的内容，备份增量数据块，凡是table1内位等于1的数据块，都是需要备份到备份库中。备份的方法和基础备份一样。

4 快速恢复

快速恢复是指以存储介质上数据的当前状态为基础，回滚到以前的备份点，具体分下面两个步骤进行：(以恢复到指定时间T为例)

(1)查询索引库，找出指定时间点T以后，被破坏的所有数据块，并生成一张数据块列表。

(2)遍历数据块列表，逐个查询索引库，找出被破坏数据块在指定时间点T之前的原始数据；

(3)从备份库中，获得原始数据，然后覆盖数据块当前数据。

如图3所示，显示四个备份点修改的数据块情况，备份点1备份了块1，2，3，4；备份点2备份了块2，3，4；备份点3备份了块1，2；备份点4备份了块2，3；当前系统处于备份点4后的状态时，需要快速恢复到备份点2的状态，按本发明原理只要把备份点2以后被修改过的数据块恢复回来就可以，从图3可知，块1，2，3被修改过，所以需要把修改以前的数据块拷贝回来，图中的黑色数据块就是修改以前的数据块，白色和黑色方框表示对应的数据块被操作系统修改，且已经把数据备份到数据中心。当处于备份点4，，需要恢复到备份点2时，需要把黑色方框所代表的数据块拷贝回原处，备份点1所备份的块1的内容覆盖到磁盘块1位置，备份点2备份的块2的内容覆盖回磁盘块2位置，备份点2备份的块3的内容拷贝回磁盘块3位置，这些数据块都是在备份点2以后的时间内，被修改的数据块。

5 裸卷恢复

裸卷恢复是恢复的另外一种方法，它以基础备份为基础，不依赖当前数据状态，因此，可以在空存储介质上恢复指定时间点的数据。

裸卷恢复的关键是找出指定备份点的全部数据块的最新数据。具体实现过程：

(1)建立一张表，其中每个元素对应存储介质上的每一个块号，填入索引库中的id号。生成这张表的方法是逐个查询索引中心，给定时间点和原始块号，得到最新的数据块ID。如果找不到，则此块数据不使用。

(2)根据生成的表，遍历所有元素，根据Id号从备份库把相应的数据写到对应得块号中。

如图4所示裸卷恢复到备份点3，需要把黑色方框代表的数据块拷贝到原处，把备份点3备份的块1，2的内容，覆盖到磁盘块1，块2的位置，把备份点2备份的块3，4的内容覆盖到磁盘块3，4的位置。

6 更新基础备份

随着系统运行时间越来越长，增量数据也会不断增多，备份介质上的容量毕竟是有限的，迟早会耗尽。所以，有必要定期释放一些空间，以供循环利用。方法是更新基础备份，把基础备份往后移动到指定的备份点上。从而释放之前的备份点占有空间，具体方法是：

(1)在备份库中找出指定备份点之前备份的数据块table1；

(2)和裸卷恢复的第一步一样，找出每个块号在指定时间上的最新数据，并生成列表table2。

(3)table1的这些数据块，如果没有出现在table2中，就可以把相应数据块从备份库中删除。

如图5所示要更新基础备份到备份点4，那么图中黑色方框所代表的数据块都可以删除，将数据块1的备份点3状态和数据块4备份点2的状态和数据块2、3备份点4的状态作为基础备份。

Claims (3)

1、一种基于块级的增量备份和整卷恢复的方法，其特征在于：以数据块为单位备份，增量备份时，只备份修改的数据块，具体包括以下步骤：首先，划分存储介质和备份介质；

(1)基础备份：

确定备份介质后，第一步初始化备份库和索引库，使之处于正常工作状态；所述备份库用于存放备份数据，每个加入备份库的数据块都会自动分配一个id编号，根据id编号就能在备份库中索引到一个唯一的数据块；所述索引库用于存放备份库中每个数据块的索引关系，索引库中每项记录包含三个元素：备份时间，备份块号，备份库id；

第二步存储介质做基础备份；所述基础备份是一个全备份，将存储介质上全部的有效资料都备份到备份介质上；基础备份的流程如下：

(a)扫描存储介质的有效数据块；

(b)把扫描得到的有效数据块存储到备份库中；

(c)把数据块的备份块号，备份时间，备份库id号作为一项记录存储到索引库；

(2)记录操作系统的读写：

基础备份完成后，操作系统安装一个磁盘读写的记录程序，记录操作系统对存储介质的读写操作；记录方法是：在存储介质上存放一张增量数据位表，位表中的每一位表示一个数据块，位等于1表示从上次增量备份之后，此数据块被写过，位等于0表示从上次增量备份之后，没被写过，当操作系统写数据的时候，在增量数据位表中找到所在数据块位置，然后把相应位置1；

(3)增量备份：

在目标机器上，用户手工或每隔一定时间做一次增量数据备份，增量备份时，系统可以正常运行；增量备份只备份某段时间内数据的改变量，一个增量备份之后，即生成一个增量备份点；增量备份步骤是：

(a)备份当前的增量数据位表，备份表记为table1，原表记为table0，备份完成后，再把原表清零；

(b)根据table1的内容，备份增量数据块，凡是table1内位等于1的数据块，都备份到备份库中；

(4)快速恢复或裸卷恢复：

根据快速恢复或裸卷恢复指令，存储介质上数据恢复至指定的以前备份点的数据状态；

快速恢复是以存储介质上数据的当前状态为基础，回滚到以前的备份点；快速恢复步骤是：

a)查询索引库，找出指定备份点以后被破坏的所有数据块，并生成一张数据块列表；

b)遍历数据块列表，逐个查询索引库，找出被破坏数据块在指定备份点之前的原始数据；

c)从备份库中获得原始数据，然后覆盖数据块当前数据；

裸卷恢复是以基础备份为基础，不依赖当前数据状态，可以在空存储介质上恢复指定备份点的数据；裸卷恢复步骤是：

(a)建立一张表，其中每个元素对应存储介质上的每一个数据块号，根据给定备份点和原始数据块号逐个查询索引库，得到最新的数据块id填入表中，如果找不到，则此数据块不使用；

(b)根据生成的表，遍历所有元素，根据id号从备份库把相应的数据写到存储介质对应的数据块中；

(5)更新基础备份：

根据更新基础备份指令，把基础备份往后移动到指定的备份点上，从而释放之前的备份点占有空间；更新基础备份步骤是：

(a)在备份库中找出指定备份点之前备份的数据块生成列表table1’；

(b)建立一张表，其中每个元素对应存储介质上的每一个数据块号，找出每个数据块号在指定备份点的最新数据，逐个查询索引库，得到最新数据块的id填入表中，生成列表table2’；

(c)把没有出现在table2’中的table1’所示数据块从备份库中删除。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的存储介质和备份介质在同一物理设备上的不同存储区域。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的存储介质和备份介质是不同的物理设备，通过网络相连。

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