CN101286127A - 一种多叉日志存储的连续数据保护和恢复方法 - Google Patents
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Abstract
一种多叉日志存储的连续数据保护和恢复方法,属于计算机数据存储和备份方法,解决现有连续数据保护和恢复方法将数据恢复到某一时间状态时,不能再接受来自主机的数据更新操作的问题。本发明包括初始化、判断用户命令、判断是否进行过回滚操作、第一类处理写操作、第二类处理写操作以及处理恢复操作步骤。本发明在不影响数据运行的前提下,可以持续捕捉或跟踪目标数据所发生的任何改变,并能够恢复到此前任意时间点,并将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态或者从较旧的数据状态恢复到较新的时间状态后,能够处理来自用户的写操作,继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作并施加保护,提供更灵活的任意目标时间的恢复点。
Description
技术领域
本发明属于计算机数据存储和备份方法,具体涉及一种多叉日志存储的连续数据保护和恢复方法。
背景技术
数据的快速增长及数据的高可用性、安全性的要求刺激了存储技术的发展,存储技术已成为IT基础架构的一个关键因素,存储网络为海量存储数据和共享数据提供了一个有效的硬件基础。面对海量数据,数据的保护和灾难恢复也越来越重要,而原有的数据保护方法,如磁带备份,存在备份窗口大、恢复时间长、实时响应差、影响正常业务等弊端,已经无法满足当前的需求。使用磁盘的在线复制和数据冗余成为流行的数据保护技术。
连续数据保护(Continuous Data Protection,CDP)是一种在不影响主要数据运行的前提下,可以实现持续捕捉或跟踪目标数据所发生的任何改变,并且能够恢复到此前任意时间点的方法。连续数据保护方法可以保护从某时刻开始的卷或者文件在此后的任意时刻的数据状态,也就是数据的每次改变,都会被无一遗漏地记录下来。
杨庆等提出一种连续数据保护和恢复方法,见Qing Yang,Weijun Xiaoand Jin Ren.“TRAP-Array:A Disk Array Architecture Providing TimelyRecovery to Any Point-in-time”,In Proceedings of ISCA:The 33rd AnnualInternational Symposium on Computer Architecture,Boston,USA,2006.但是这种连续数据保护和恢复方法只能将数据从较新的时间状态恢复到较旧的时间状态,并且将数据恢复到某一时间状态时不能再接受来自主机的数据更新操作。针对传统连续数据保护和恢复方法中的缺点,提出多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,能将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较老的时间状态或者从较老的数据状态恢复到较新的时间状态的后,并能够处理来自上层主机的写操作,继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作并施加保护,以提供更加灵活的目标恢复点。
发明内容
本发明提供一种多叉日志存储的连续数据保护和恢复方法,解决现有连续数据保护和恢复方法将数据恢复到某一时间状态时,不能再接受来自主机的数据更新操作的问题。
本发明的一种多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,包括:
(1)初始化步骤;把存储空间划分为源数据区和连续数据保护区,需要保护的备份数据位于源数据区,连续数据保护区用于在写操作到来时,存放源数据区的原始数据,连续数据保护区的大小为存储空间的50%~75%;初始化由连续数据保护项链表和回滚链表组成的连续数据表,同时建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其所有字段,将该连续数据保护项加入连续数据保护项链表中;把源数据区划分为原子数据块,原子数据块大小为2K、4K、8K、16K或32K中的一种;
(2)判断用户命令步骤;判断用户命令是进行写操作还是恢复操作,写操作顺序进行;恢复操作转步骤(6);
(3)判断是否进行过回滚操作步骤;判断当前活跃的连续数据保护项是否进行过回滚操作,是则转步骤(5),否则顺序进行;
(4)第一类处理写操作步骤;获取当前系统时间,采用流水线策略将从源数据区向连续数据保护区拷贝原子数据块的操作和把新数据写到源数据区的操作并行进行,将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中,元数据记录包含写操作到来时的系统时间以及原子数据块在源数据区和连续数据保护区的对应关系;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2);
(5)第二类处理写操作步骤;重新建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其所有字段,将该连续数据保护项加入连续数据保护项链表中;获取当前系统的时间;采用流水线策略将从源数据区向连续数据保护区拷贝原子数据块的操作和把新数据写到源数据区的操作并行进行;将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中,元数据记录包含写操作到来时的系统时间以及原子数据块在源数据区和连续数据保护区的对应关系;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2);
(6)处理恢复操作步骤;当用户对源数据区进行恢复操作时,查找连续数据保护项链表,找到需要恢复的连续数据保护项,在该连续数据保护项的哈希映射表中查找需要恢复的原子数据块记录,在连续数据保护区找到需要恢复的原子数据块并写回源数据区;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2)。
所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述第二类处理写操作步骤中,重新建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其数据结构及哈希映射表的过程为:
(2.1)建立一个新的连续数据保护项并插入到连续数据保护项链表中,并初始化该连续数据保护项的字段,包括其哈希映射表结构及第一个写操作到来的时间Tstart和最后一个写操作到来的时间Tend,并将该连续数据保护项设置为当前活动的连续数据保护项;
(2.2)确定连续数据保护项的原子数据块大小为2K、4K、8K、16K或32K中的一种。
所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述第一类和第二类处理写操作步骤中,所述将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中的过程为:
(3.1)利用写操作对应的源数据区物理地址和原子数据块大小计算出以原子数据块为单位的原子数据块旧地址Addressold;
(3.2)获取写操作到来时的系统时间Tsys;
(3.3)记录将源数据区的原子数据块写到连续数据保护区的以原子数据块为单位原子数据块新地址Addressnew;
(3.4)将包含系统时间Tsys、原子数据块旧地址Addressold和原子数据块新地址Addressnew的记录插到当前活动的连续数据保护项的哈希映射表中。
所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述处理恢复操作步骤的过程为:
(4.1)将源数据需要恢复到的时间点转化为系统可识别的回滚时间Trollback;
(4.2)查找连续数据保护项链表,把开启时第一个写操作到来的时间Tstart大于回滚时间Trollback连续数据保护项插入到回滚链表中;把开启时第一个写操作到来的时间Tstart小于回滚时间Trollback且回滚时间小于开启时最后一写操作到来的时间Tend的连续数据保护项插入到回滚链表中;
(4.3)唤醒数据回退线程,调用连续数据保护的回滚函数,查找连续数据保护项链表中的每个连续数据保护项连续数据保护项,判断该连续数据保护项中第一个写操作到来的时间Tstart是否大于回滚时间Trollback;是则顺序进行;否则转过程(4.6);
(4.4)调用本发明系统的读原子数据块函数,将连续数据项的哈希映射表中所有记录的数据从连续数据保护区读出,由本发明系统的写原子数据块线程将原子数据块写入源数据区;
(4.5)判断连续数据保护项链表的连续数据保护项是否已经全部查找;是则转过程(4.11);否则转过程(4.3);
(4.6)查找该连续数据保护项的哈希映射表中查找位为0的记录设为Record1,并将此纪录查找位置位1;
(4.7)以记录Record1的原子数据块旧地址Addressold为关键字在哈希映射表中查找下一个原子数据块的记录设为Record2,并把这条记录置已查找位,如果记录Record1的元数据记录时间大于回滚时间Trollback且记录Record2的元数据记录时间大于回滚时间Trollback,把Record1和Record2中元记录时间较小的记录用Record标识。
(4.8)判断原子数据块旧地址Addressold为关键字在哈希映射表中的记录的查找位是否全置位1,是则顺序进行;否则转过程(4.6);
(4.9)利用流水线策略将哈希映射表中记录Record的数据块从连续数据保护区拷贝到源数据区的原子数据块旧地址Addressold中;
(4.10)判断哈希映射表中的所有记录是否都置了已查找位,是则转过程(4.5),否则转过程(4.6);
(4.11)完成。
以下为需要说明的3个数据结构:连续数据保护项、连续数据表、元数据记录。
A.连续数据保护项包括建立时间、第一个写操作到来时间、最后一个写操作到来时间、哈希映射表和原子数据块大小字段。
struct CDP_item/*连续数据保护项结构*/
{
................
unsigned long T;/*该CDP_item建立时间*/
unsigned long Tstart;/*该CDP_item第一个写操作到来时间*/
unsigned long Tend;/*该CDP_item最后一个写操作到来时间*/
struct cow_table*ctab;/*CDP_item哈希映射表*/
size_t chunk_size/*原子数据块大小*/.................
};
当本发明的系统开启后,建立一个连续数据保护项,对连续数据保护项所有字段初始化,并把连续数据保护项插入到连续数据表结构中连续数据保护链表中。每当一个连续数据保护项进行数据回滚操作后再处理来自用户的写操作,本发明的系统就会重新建立一个连续数据保护项,并重新初始化它的所有字段,再插入到连续数据表的连续数据保护链表中。在任意时刻,只有最新建立的连续数据保护项为活跃的连续数据保护项。
B.连续数据表包括连续数据保护项链表和回滚链表。
struct CDP/*连续数据表结构*/
{
............
struct list_head CDP_list;/*连续数据保护项链表*/
struct list_head rollback_list;/*回滚链表*/
.........
}
当本发明的系统开启后,连续数据表就会被初始化。所有连续数据保护项都插入到连续数据表中的连续数据保护项链表中,需要恢复的连续数据保护项插入到回滚链表中。
C.元数据记录包括原子数据块旧地址、原子数据块新地址和元数据记录时间。
struct cow/*元数据记录结构*/
{
............
chunk_t Addressold;/*原子数据块旧地址,为原子数据块在源数据区的扇区地址*/
sector_t Addressnew;/*原子数据块新地址,为原子数据块在连续数据保护区的扇区地址*/
unsigned long time;/*元数据记录时间,为写操作到来时的系统时间
*/
............
};
本发明的系统处理用户的写操作命令时,对每一个从源数据区拷贝到连续数据保护区的原子数据块都会有一个对应的元数据记录插入到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中。
本发明在不影响主要数据运行的前提下,可以实现持续捕捉或跟踪目标数据所发生的任何改变,并且能够恢复到此前任意时间点,并将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态或者从较旧的数据状态恢复到较新的时间状态后,能够处理来自上层主机的写操作,继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作并施加保护,提供更灵活的任意目标时间的恢复点。
附图说明
图1为本发明的流程框图;
图2为本发明处理恢复操作步骤的流程框图。
具体实施方式
本发明的流程如图1所示,包括初始化、判断用户命令、判断是否进行过回滚操作、第一类处理写操作、第二类处理写操作以及处理恢复操作步骤。
图2为本发明处理恢复操作步骤的流程框图。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
假设在本发明系统开启之前,源数据区分成如表1所示的原子数据块(原子数据块大小可以由用户指定为2K、4K、8K、32K等):
表1
A | B | C | D | E |
本发明系统开启对源数据区进行保护后,来自用户的写操作对源数据区的原子数据块进行了多次写操作。按序号和写操作到来的时间的先后次序,写操作造成各原子数据块的变化的记录如下:
(1)09:00A--------A1
(2)09:15B--------B1
(3)09:30A1------A2
(4)09:45C--------C1
(5)10:00D--------D1
(6)10:15B1-------B2
(7)10:30E---------E1
(8)10:45B2--------B3
(9)11:00C1-------C2
上述9个写操作完成后,源数据区的最新数据状态为:
表2
A2 | B3 | C2 | D1 | E1 |
连续数据保护区的数据状态为:
表3
A09:00 | B09:15 | A109:30 | C09:45 | D10:00 | B110:15 | E10:30 | B210:45 | C111:00 |
在本实施方案中有两个问题:
1.将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态的同时,如何将源数据区的数据从较旧的数据状态恢复到较新的数据状态?
2.怎样能够在回滚操作后继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作?
现在详细叙述如下:
1.将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态的同时,也能够将源数据区的数据从较旧的数据状态恢复到较新的数据状态。例如将源数据区从最新的数据状态即11:00以后的某个时间状态恢复到10:10的数据状态时,此时也能够把源数据区在10:10的数据状态恢复到在10:40的数据状态。
解决方法:
(1)将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态时,只需根据回滚时间Trollback查找当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表,在连续数据保护区找到需要拷贝回源数据区的原子数据块并写回源数据区。通过恢复操作步骤,在哈希映射表中找到原子数据块B1,E,C1,并把这些原子数据块写回到源数据区,在将连续数据保护区的数据块写回到源数区之前,需判断对应的源数据区的数据是否是当前最新的原子数据块,是则将源数据区的原子数据块拷贝到连续数据保护区,并获取当前系统时间,然后把包含当前系统时间的记录插入到哈希映射表中;否则将此原子数据块写回源数据区。回滚操作完成后源数据区在10:10的数据状态为:
表4
A2 | B1 | C1 | D1 | E |
此时连续数据保护区的数据数据状态为:
表5
A09:00 | B09:15 | A109:30 | C09:45 | D10:00 | B110:15 | E10:30 | B210:45 | C111:00 | B3 | E1 | C2 |
(2)将源数据区的数据从较旧的数据状态恢复到较新的数据状态。如源数据区在10:10的数据状态恢复到在10:40的数据状态,查找哈希映射表中记录时间在10:40以后的数据块记录(对于在原子数据块旧地址相同的多个数据块,获取记录中系统时间较小的数据块),并把这些记录对应的数据块写回到源数据区。
回滚操作完成后源数据区在10:40的数据状态为:
表6
A2 | B2 | C1 | D1 | E1 |
2.在回滚操作后继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作
不考虑多叉日志存储的传统连续数据保护系统在将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态的后,不能处理来自用户的写操作,只有停止后并重新开启才能对进行恢复操作后的源数据提供保护。本发明在将源数据区的数据从较新的数据状态恢复到较旧的时间状态后,或者将源数据区的数据从较旧的数据状态恢复到较新的时间状态后,也能够处理来自上层主机的写操作,继续对恢复后的源数据区进行数据更新操作。如:将源数据区从最新的数据状态即11:00以后的某个时间状态恢复到10:10的数据状态后,此时来自主机的写操作到来,如何处理?
解决方法:
当用户第一次开启本发明对源数区进行保护时,初始化连续数据表struct CDP结构,建立一个连续数据保护项,并把这个连续数据保护项插入到连续数据保护项链表中,这个连续数据保护项被设置为当前活动的连续数据保护项。
在本发明开启之前,源数据区按原子数据块大小分块如表1,进行前述连续的写操作(1)-(9)后,源数据的数据状态为表2所示,连续数据保护区的数据状态为表3所示,将源数据从将源数据区从最新的数据状态即11:00以后的某个时间状态恢复到10:10的数据状态后,回滚操作完成后源数据区在10:10的数据状态为表4所示,此时连续数据保护区的数据数据状态为表5所示。
当数据回滚到10:00,来自用户的写操作到来时,本发明系统建立一个连续数据保护项,并初始化其中的各字段,此连续数据保护项会被插入到连续数据项链表中,并被设为当前活跃的连续数据保护项。此时对源数据区的每一个写操作运用流水线策略进行处理,并把数据块记录插入到此连续数据保护项的哈希映射表中
如进行数据的回滚操作,则遍历连续数据保护项链表,找到用户指定的回滚时间Trollback小于于当前活跃的连续数据保护项开启时第一个写操作到来的时间Tstart的连续数据保护项结构,插入到连续数据保护项链表中。找到用户指定的回滚时间Trollback大于当前活跃的连续数据保护项开启时第一个写操作到来的时间Tstart并小于最后写操作到来的时间Tend之间的连续数据保护项插入到连续数据保护项链表中。依次回滚连续数据保护链表中的连续数据表结构,以达到将数据恢复到Trollback数据状态的目的。
Claims (4)
1.一种多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,包括:
(1)初始化步骤;把存储空间划分为源数据区和连续数据保护区,需要保护的备份数据位于源数据区,连续数据保护区用于在写操作到来时,存放源数据区的变化之前的原始数据,连续数据保护区的大小为存储空间的50%~75%;初始化由连续数据保护项链表和回滚链表组成的连续数据表,同时建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其所有字段,将该连续数据保护项加入连续数据保护项链表中;把源数据区划分为原子数据块,原子数据块大小为2K、4K、8K、16K或32K中的一种;
(2)判断用户命令步骤;判断用户命令是进行写操作还是恢复操作,写操作顺序进行;恢复操作转步骤(6);
(3)判断是否进行过回滚操作步骤;判断当前活跃的连续数据保护项是否进行过回滚操作,是则转步骤(5),否则顺序进行;
(4)第一类处理写操作步骤;获取当前系统时间,采用流水线策略将从源数据区向连续数据保护区拷贝原子数据块的操作和把新数据写到源数据区的操作并行进行,将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中,元数据记录包含写操作到来的系统时间以及原子数据块在源数据区和连续数据保护区的对应关系;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2);
(5)第二类处理写操作步骤;重新建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其数据结构及哈希表,将该连续数据保护项加入连续数据保护项链表中;获取当前系统的时间;采用流水线策略将从源数据区向连续数据保护区拷贝原子数据块的操作和把新数据写到源数据区的操作并行进行;将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中,元数据记录包含写操作到来时的系统时间以及原子数据块在源数据区和连续数据保护区的对应关系;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2);
(6)处理恢复操作步骤;当用户对源数据区进行恢复操作时,查找连续数据保护项链表,找到需要恢复的连续数据保护项,在该连续数据保护项的哈希映射表中查找需要恢复的原子数据块记录,在连续数据保护区找到需要恢复的原子数据块并写回源数据区;等待用户命令,得到用户命令后,转步骤(2)。
2.如权利要求1所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述第二类处理写操作步骤中,重新建立一个连续数据保护项作为当前活跃的连续数据保护项,并初始化其数据结构及哈希映射表的过程为:
(2.1)建立一个新的连续数据保护项并插入到连续数据保护项链表中,并初始化该连续数据保护项的字段,包括其哈希表结构及第一个写操作到来的时间Tstart和最后一个写操作到来的时间Tend,并将该连续数据保护项设置为当前活动的连续数据保护项;
(2.2)确定连续数据保护项的原子数据块大小为2K、4K、8K、16K或32K中的一种。
3.如权利要求1所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述第一类和第二类处理写操作步骤中,所述将元数据记录插到当前活跃的连续数据保护项的哈希映射表中的过程为:
(3.1)利用写操作对应的源数据区物理地址和原子数据块大小计算出以原子数据块为单位的原子数据块旧地址Addressold;
(3.2)获取写操作到来时的系统时间Tsys;
(3.3)记录将源数据区的原子数据块写到连续数据保护区的以原子数据块为单位原子数据块新地址Addressnew;
(3.4)将包含系写操作到来时的系统时间Tsys、原子数据块旧地址Addressold和原子数据块新地址Addressnew的记录插到当前活动的连续数据保护项的哈希映射表中。
4.如权利要求1所述的多叉日志的块级连续数据保护和恢复方法,其特征在于,所述处理恢复操作步骤的过程为:
(4.1)将源数据需要恢复到的时间点转化为系统可识别的回滚时间Trollback;
(4.2)查找连续数据保护项链表,把开启时第一个写操作到来的时间Tstart大于回滚时间Trollback连续数据保护项插入到回滚链表中;把开启时第一个写操作到来的时间Tstart小于回滚时间Trollback且回滚时间小于开启时最后一写操作到来的时间Tend的连续数据保护项插入到回滚链表中;
(4.3)唤醒数据回退线程,调用连续数据保护的回滚函数,查找连续数据保护项链表中的每个连续数据保护项连续数据保护项,判断该连续数据保护项中第一个写操作到来的时间Tstart是否大于回滚时间Trollback;是则顺序进行;否则转过程(4.6);
(4.4)调用连续数据保护的读原子数据块函数,将连续数据项的哈希映射表中所有记录的数据从连续数据保护区读出,由写原子数据块线程将原子数据块写入源数据区;
(4.5)判断连续数据保护项链表的连续数据保护项是否已经全部查找;是则转过程(4.11);否则转过程(4.3);
(4.6)查找该连续数据保护项的哈希映射表中查找位为0的记录设为Record1,并将此纪录查找位置位1;
(4.7)以记录Record1的原子数据块旧地址Addressold为关键字在哈希映射表中查找下一个原子数据块的记录设为Record2,并把这条记录置已查找位,如果记录Record1的元数据记录时间大于回滚时间Trollback且记录Record2的元数据记录时间大于回滚时间Trollback,把Record1和Record2中元记录时间较小的记录用Record标识。
(4.8)判断原子数据块旧地址Addressold为关键字在哈希映射表中的记录的查找位是否全置位1,是则顺序进行;否则转过程(4.6);
(4.9)利用流水线策略将哈希映射表中记录Record的数据块从连续数据保护区拷贝到源数据区的原子数据块旧地址Addressold中;
(4.10)判断哈希映射表中的所有记录是否都置了已查找位,是则转过程(4.5),否则转过程(4.6);
(4.11)完成。
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