CN101436151A

CN101436151A - 基于文件系统的数据实时备份方法及其系统

Info

Publication number: CN101436151A
Application number: CNA2008101792125A
Authority: CN
Inventors: 余军; 刘盾; 晏东; 刘发明
Original assignee: Chengdu Sobey Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Chinamcloud Technology Co ltd
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: CN101436151B

Abstract

本发明公开了一种基于文件系统的数据实时备份方法及其系统；方法包括：在存储系统中至少确定一个主存储路径、一个备份存储路径，建立关联，并记录关联信息，所述主存储路径、备份存储路径分别指向带有文件系统的主存储系统、备份存储系统；在应用程序访问主存储路径时插入步骤：截获应用程序向主存储路径发出存储文件数据的写访问请求，根据所述关联信息，将所述文件数据同时存储到主存储系统、备份存储系统中。本发明的技术方案是实时备份，并具有更高的安全性、能降低对设备的运行负荷，提高备份效率和数据处理设备的工作效率。

Description

基于文件系统的数据实时备份方法及其系统

技术领域

本发明属于数据备份技术，涉及数据的实时备份，尤其是一种基于文件系统的数据实时备份方法以及系统，能对所有应用程序生成的数据进行实时备份。

背景技术

为了保证数据存储的安全，往往需要对数据进行备份。数据的备份是一项非常重要的工作，特别对于一些特殊行业，对数据存储的安全性、可靠性、稳定性往往超过对于功能性的要求，甚至要求对损坏的数据能在最短时间内得以恢复，以实现数据的及时读取，保证计算机系统执行的工作不被中断。比如用于电视台视频服务器的存储设备，要求保障存储的节目数据安全可靠，即使数据损坏，也能即时恢复，尤其是在节目播放过程中，如果所播放节目的数据损坏，要求能在不中断所播放节目的前提下恢复数据，不得影响节目的正常播放。这对数据存储的安全性和即时恢复性提出了很高的要求。

为了实现数据备份，现在普遍采用的数据备份技术包括：

1)基于磁盘系统的数据备份技术，这类技术通过对磁盘的控制来实现数据的备份，如RAID技术。

RAID技术(Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，即廉价磁盘冗余阵列)提供了一系列较为成熟的数据备份技术，该技术通过专用的硬件设备RAID控制器，比如RAID卡、带有RAID芯片的主板或者SCSI控制器等，将多个转速、容量、规格完全相同的磁盘连接到计算机组成磁盘阵列，进行数据的安全存储。具体技术包括RAID 0(Disk Striping，数据条带化技术)、RAID 1(Disk Mirroring，硬盘镜像技术)、RAID3至RAID6(数据冗余技术)，RAID技术作为数据安全保证手段获得了极大成功，广泛应用到了各个数据存储领域。

但是RAID技术也存在很明显的不足：其一、需要增加昂贵的硬件RAID和使用相同的硬盘，其控制性才能基本满足读写要求，需增加额外的成本；其二、RAID存储可扩展性差，RAID的硬盘捆绑使用模式，增减硬盘容量都变的很困难；其三、如果硬盘阵列中的硬盘损坏，没有及时更换新磁盘，此时数据存储安全性无法得到保障；其四、只能用于多个硬盘，而不能用于多个服务器。虽然RAID 1技术采用硬盘镜像，能保证数据的即时恢复，但是由于是镜像，同一数据在两个磁盘的存储位置完全对应，如磁盘的磁道损坏，将使镜像失去意义，数据无法安全存储；而且由于是镜像技术，需要偶数个磁盘才能实现，而且如果没能及时更换损坏的硬盘，数据的安全性将受影响；在读取数据时，被镜像的磁盘经常处于闲置状态，只有一个磁盘提供数据，读写效率较低。对于RAID 3至6技术需要把数据分散存储并计算校验数据，校验的运算量极大，磁盘损坏后，RAID的Rebuild重建通常要花掉十几、二十个小时才能完成，影响系统的正常运转，在此期间，如果再次发生磁盘故障，将彻底导致数据丢失。

更重要的是这种技术由于对硬件要求高，需要专用的存储系统，因此对于普通计算机设备及其组件的系统无法实现数据的备份，尤其是对于采用了标准文件系统的存储系统无法实现。

2)通过数据备份程序进行备份，此类技术通常基于建立了文件系统的存储系统来实现。

由于应用程序对于物理存储(包括磁盘、光盘、Flash闪存盘等)的访问，除极少数直接访问物理存储外，绝大多数是通过文件系统来实现，文件系统实际管理物理存储器，上层应用程序通过文件系统实现对物理存储器的访问。为了便于描述，我们把建立了文件系统的物理存储器及其文件系统称储存系统。通过文件系统来访问物理存储器，有助于简化上层应用程序对物理存储器的访问控制，简化应用程序，提高计算机系统的运行效率和数据访问效率。大家熟知的文件系统包括：本地文件系统——Microsoft FAT32、NTFS；网络文件系统——CIFS，通过二次共享访问网络文件；分布式文件系统——Quantum Stornext，IBM Sanergy等等。如果应用程序在访问文件数据时由于物理存储器损坏、文件系统崩溃等原因而失败，则对于实时性、安全性、稳定性要求较高的系统会造成严重的影响，后果不可估量。比如电视台视频播放、采集，金融数据保存等行业，而且还要求即使访问失败也能及时的进行容错，保证应用程序正常运行。

在存储系统中分别确定主存储系统和备份存储系统，往往采用手动备份、定时备份或数据扫描备份，将主存储系统中的数据备份到备份存储系统中。这类技术一般包含文件存储过程和文件备份过程，图1提供了这类技术的数据备份原理简图，从图中可以看出，应用程序1生成的原始文件数据3通过数据处理设备(比如计算机等)内存2根据相应的文件系统的访问规则将其完整存储到主存储系统5中，形成完整的文件数据，完成文件数据的存储过程。在文件备份过程中，简单说就是一个文件数据的复制拷贝过程，从主存储系统5中复制一份文件数据存储到备份存储系统中。通过从主存储系统5中完整地将需要备份的文件读入内存2中作为备份文件数据4，将该备份文件数据4按照文件系统的访问规则写入备份存储系统6中。这个备份过程可以是手动实现，通过用户的操作来选择文件数据的备份；或者通过定时实现，定时对选定的文件数据进行备份；或者通过数据扫描实现，通过扫描比较主存储系统5和备份存储系统6中的数据，如果二者存在差异，将差异部分的文件数据从主存储系统5中备份(实质为拷贝)到备份存储系统6。

这类数据备份技术由于采用标准的文件系统来控制物理存储器的数据存储，适应面广，成本低廉，可以广泛运用于所有具有文件系统的存储系统中。但是由于现有的这类数据备份技术，采用非实时备份，需要先后实施存储、备份两个独立的过程，如果在存储过程中，或者在备份前或备份实施时对主存储系统的访问失败，将导致数据不仅无法备份，而且无法保存，导致数据丢失，数据安全性极低；而且采用两个过程，对设备的负荷和所需要的时间都是单一存储过程的2倍以上(包括存、读、存)，这对于包括视频文件在内的数据量很大的文件，这一点凸显更加明显；如果采用数据扫描方式控制备份的实施，还需要一个扫描过程，也要加大设备的负荷，增加的工作时间。并且这类技术都不具备容错功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，目的在于提供一种基于文件系统的数据备份方法及系统，能适用于在操作系统上运行的所有应用程序，并无需改变这些应用程序的使用和运行的情况下，将应用程序生成的文件数据进行备份，这种备份是在基于建立了文件系统的物理存储器中实现文件数据的备份，而且是实时备份，并具有更高的安全性、能降低对设备的运行负荷，提高备份效率和数据处理设备的工作效率。而且可以根据需要应用于多种环境中。

进一步地提供了一种具容错能力的数据实时备份方法和系统，在某一存储系统发生故障时也不影响上层应用程序的运行，提高应用程序的工作效率。

再进一步地提供了一种具有分流能力的数据实时备份方法和系统，能提高应用程序尤其是多个应用程序同时访问存储系统的速度，增加存储系统的数据读写带宽，并使之能用于需要更高的文件访问安全性、实时性的系统中，比如电视台的制播环境。

为了实现上述目的，本发明的基本思路是采用在应用程序和文件系统之间，截获应用程序发出的I/O访问操作，并将该I/O访问操作同时发送到多个存储路径或按优先级发送到某个存储路径。

进一步地，当某一存储路径出现故障，通过内部容错机制向上层应用程序返回成功，以保证应用程序正常运行。

本发明在计算机系统(包括其他具有信息处理能力的设备)中通过公知的文件系统接入多个存储路径，所述存储路径可以是是指向一个文件夹，或者是根目录，其中所述存储路径至少包括一个主存储路径和一个备份存储路径，对于修改、写文件数据的I/O访问操作会同时在多个存储路径中进行；对于读或查询文件的I/O访问操作会选择一个存储路径进行操作。当其中一个存储路径因为各种原因不可用时，会自动进行容错，保证应用程序正常运行。

本发明所述的方法包括步骤：

(1)在存储系统中至少确定一个主存储路径、一个备份存储路径，建立关联，并记录关联信息，所述主存储路径、备份存储路径分别指向带有文件系统的主存储系统、备份存储系统；

在应用程序访问主存储路径时插入步骤：

(2)截获应用程序向主存储路径发出存储文件数据的写访问请求，根据所述关联信息，将所述文件数据同时存储到主存储系统、备份存储系统中。

其中，所述的方法进一步包括步骤：

(3)截获应用程序向主存储路径发出的针对所述文件数据的读访问请求，根据所述关联信息和设定的访问优先级从存储有所述文件数据的主存储系统和备份存储系统中择一读取文件数据；如果所述文件数据读取失败，则从另一存储系统读取该文件数据。

其中，所述步骤(2)具体包括：

(201)截获应用程序向主存储路径发出的存储所述文件数据的写访问I/O请求包；

(202)复制所述写访问I/O请求包，根据所述关联，将复制的写访问I/O请求包中的访问路径信息修改为与所述主存储路径关联的备份存储路径；

(203)将原写访问I/O请求包及复制修改的写访问I/O请求包通过文件系统访问各个写访问I/O请求包中指定的访问路径；

(204)根据各个写访问I/O请求包记载的信息在所述的主存储路径指向的主存储系统，备份存储路径指向的备份存储系统上同时写入所述文件数据。

其中，所述步骤(3)具体包括：

(301)截获应用程序向主存储路径发出的读访问I/O请求包；

(302)复制所述读访问I/O请求包，根据所述关联信息，将复制的写访问I/O请求包中的访问路径信息修改为与所述主存储路径关联的备份存储路径；

(303)从主存储路径及与之关联的备份存储路径中选择一个访问优先级高的访问路径，发送记录该访问路径的读访问I/O请求包到相应访问路径；

(304)根据读访问I/O请求包记载的信息从所述访问路径指向的存储系统中读取文件数据。

其中，所述步骤(2)进一步包括：

(205)回收主存储系统、备份存储系统向应用程序返回的I/O访问操作状态信息；

(206)提取任何一个成功的I/O访问操作状态返回应用程序；

(207)在所述关联信息中，将错误的I/O访问操作状态对应的访问路径标注为不可用。

其中，所述步骤(3)进一步包括：

(305)回收存储系统向应用程序返回的I/O访问操作状态信息，并进行判断，结果为是，执行步骤(307)，结果为否，执行步骤(306)；

(306)I/O访问操作失败，在所述关联信息中将该访问路标为不可用，同时返回执行步骤(303)；

(307)I/O访问操作成功，所述I/O访问操作状态返回应用程序。

本发明所述的系统包括：

已经构建了文件系统的存储系统，用于存储文件数据；

应用程序，用于向存储系统发出对文件数据的访问请求；

其特征在于，

存储系统至少包括一个主存储系统和一个备份存储系统；

所述系统还包括接入应用程序和存储系统之间的备份控制系统，用于，

在所述存储系统中至少确定一个主存储路径、一个备份存储路径，建立关联，并记录该关联信息；所述主存储路径为指向所述主存储系统的存储路径，所述备份存储路径为指向所述备份存储系统的路径；

以及，截获应用程序向主存储路径发出存储文件数据的写访问请求，根据所述关联信息，将所述文件数据同时存储到主存储系统、备份存储系统中。

其中，所述备份控制系统进一步用于，

截获应用程序向主存储路径发出的针对所述文件数据的读访问请求，根据所述关联信息和设定的访问优先级从存储有所述文件数据的主存储系统和备份存储系统中择一读取文件数据；如果所述文件数据读取失败，则从另一存储系统读取该文件数据。

其中，所述备份控制系统具体包括：

关联模块，用于将主存储路径和备份存储路径建立关联，并记录关联信息；

I/O拦截模块，用于截获应用程序向主存储路径发出的存储文件数据的写访问I/O请求包，或读取文件数据的读访问I/O请求包；

I/O复制修改模块，复制所述访问I/O请求包，根据关联模块记录的所述关联信息，将复制的I/O请求包中的访问路径信息修改为与所述主存储路径关联的备份存储路径；

访问控制模块，根据所述关联模块中记录的关联信息，将所述文件数据同时存储到主存储系统、备份存储系统中；或，

根据所述关联信息从存储有所述文件数据的主存储系统和备份存储系统中选择一个高优先级的访问路径读取文件数据；如果所述文件数据读取失败，则从另一存储系统读取该文件数据。

其中，所述备份控制系统进一步包括，

访问状态分析模块，用于回收存储系统发送的I/O访问操作状态信息，并将一个成功的I/O操作状态信息返回到应用程序，将错误的I/O访问操作状态对应的访问路径信息送到关联模块；

所述关联模块将错误的I/O访问操作状态对应的访问路径标注为不可用。

本发明的优点在于：

(1)对应用层透明，不影响本地应用程序运行；

(2)可动态加载、卸载配置；

(3)通过配置可以灵活方便的实现多种备份方式；

(4)与存储设备无关；

(5)读数据分流，使大型系统中带宽得到提升，并充分利用物理存储器的性能；

(6)适用范围广，通用性强，凡是通过I/O操作实现对存储器上的文件数据进行读写访问的应用程序都能使用；

(7)采用在应用程序和文件系统之间置入本发明所述的步骤，无需改变现有应用程序和文件系统，便于实现，使用也极其方便。

通过最简单、快捷和经济的方法使任何应用程序具有实时备份、分流和容错的功能，从而提高程序安全性、稳定性和伸缩性。

附图说明

图1是一种现有的数据备份技术工作原理图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明的结构框图；

图4是备份控制系统的结构框图；

图5是本发明的访问工作流程图；

图6是本发明基于网络的应用实施例结构图；

图7是本发明基于单机应用的实施例结构图。

具体实施方式

为了便于对本发明的进一步理解，下面结合附图对本发明所述系统的具体结构及本发明所述方法的具体工作流程予以说明。

图2提供了本发明的工作原理图，应用程序1生成的原始文件数据3从内存2中直接存储到主存储系统5，并同时复制至少一份作为备份文件数据4存储到备份存储系统6，所述主存储系统5、备份存储系统6均是已经建立了文件系统管理其对应的物理存储器。

在图3提供的系统结构图中，应用程序1是所有上层应用程序，用于生成文件数据34，操作系统API7(API-Application Programming Interface，应用程序编程接口，所有操作系统都存在这一接口，目的是使得应用程序1能在该操作系统上运行，并进行有效的数据传输)是操作系统提供给应用程序1的编程接口，应用程序1通过操作系统API7向文件系统发送对存储系统的I/O访问操作，即发送I/O请求包9，I/O请求包9中包含了该访问操作的类型(如是读访问还是写访问)、访问操作的数据对象信息(包括访问数据的长度、偏移量以及所使用的内存单元)，在存储系统中的访问路径(访问路径实质上是以设备对象的方式出现)以及其它有关信息。在现有技术中，应用程序发出的I/O访问操作(发送I/O请求包9)直接送到文件系统，并根据该I/O请求包9中记录的访问路径通过文件系统对物理存储器进行单次访问，并根据该I/O请求包9对指定的文件数据按照指定的访问路径进行访问，这种访问方式一个I/O访问操作只能生成一个I/O请求包对一个存储路径指向的存储系统进行一次访问。

本发明利用备份控制系统8将文件数据34同时在主存储系统5和备份存储系统6上存储，或对主存储系统5、备份存储系统6上的文件数据34进行访问。至少一个主存储系统5和至少一个备份存储系统6与备份控制系统8连接。所述主存储系统5包括，主存储文件系统51、主存储单元52。主存储单元52是用于存储文件数据的物理存储器或者物理存储器的一个分区或文件夹，主存储文件系统51用于管理和控制文件数据在主存储单元52上的读写访问。同样备份存储系统6包括备份存储文件系统61、备份存储单元62，实现对备份文件数据的存储。所述主存储单元52、备份存储单元62是物理存储器，包括：独立的存储器、同一存储器上的不同分区，同一分区中的不同文件夹或网络存储器(如连接到网络上的其他计算机设备上的物理存储器、存储服务器等)等。所述主存储系统5和备份存储系统6可以是一备一(一个主存储系统5备份到一个备份存储系统6)、一备多(一个主存储系统5备份到两个以上备份存储系统6)、多备一(两个以上主存储系统5备份到同一个一个备份存储系统6)。备份控制系统8拦截操作系统API7发出的I/O请求包9，并分别发送到主存储系统5和备份存储系统6中，对文件数据34同时存储，实现文件数据的备份，通过这种方式，应用程序1发出的一个写访问的I/O请求能同时访问至少两个存储系统，提高了运行效率。

图4提供了备份控制系统8的结构图，其具体包括：关联模块85用于记录主存储路径和备份存储路径的关联信息；I/O拦截模块81用于拦截应用程序1通过操作系统API7向文件系统发出的I/O请求包9；I/O复制修改模块82用于将I/O拦截模块81拦截到的I/O请求包9根据关联模块85提供的主存储路径、备份存储路径的关联信息，判读I/O请求包9中记载的访问路径是否为主存储路径，如果是主存储路径，则根据其所关联的备份存储路径的数量复制与之对应的份数，并根据关联信息将复制的I/O请求包9中的访问路径修改为备份存储路径，对于不同的所述复制的I/O请求包9，将访问路径修改为不同的备份存储路径；将复制并修改的全部I/O请求包9、以及I/O拦截模块81拦截到的I/O请求包9送到访问控制模块83。访问控制模块83根据获得的多份I/O请求包9中记载的访问操作类型，把相应的I/O请求包9送到对应的主存储系统5和/或备份存储系统6。访问状态分析模块84接收从主存储系统5和/或备份存储系统6返回的I/O请求操作状态信息中提取一个成功操作信息送到应用程序1，错误信息发送到访问控制模块83。

下面对本发明的工作流程进行详细描述。

建立存储路径关联步骤，通过关联模块85建立主存储路径和与之对应的备份存储路径的关联，并将所述关联信息记录到关联模块85中。本步骤是为后续的文件数据34同时存储到至少两个路径(主存储路径、备份存储路径)，是实现数据实时备份的基础。在应用程序1对主存储路径执行写访问操作时，根据所述建立的关联，同时对对应的备份存储路径执行同样的写访问操作；如果是对主存储路径的读访问操作，则根据关联在主存储路径、备份存储路径中择一执行读访问操作，具体工作流程在后续步骤中进行详细描述。

所述主存储路径、备份存储路径可以是指向彼此独立的物理存储器，也可以是同一物理存储器上的不同分区、或者同一分区上的不同文件夹，优选采用将主存储路径、备份存储路径分别指向彼此独立的物理存储器，以提高对存储器的访问带宽，同时也可提高文件数据34的安全性。所述主存储路径和备份存储路径可以指向本地的路径，如：主存储路径为：D:/1，对应的备份存储路径为：F:/；也可以上局域网甚至广域网上的物理存储器，如：IP地址1/C:/，对应的备份存储路径为：IP地址2/D:。

所述主存储系统5和备份存储系统6可以是一备一(一个主存储系统5对应一个备份存储系统6)、一备多(一个主存储系统5对应两个以上备份存储系统6)、多备一(两个以上主存储系统5对应同一个备份存储系统6)。

有了关联模块85建立并记录的主存储路径和对应的备份存储路径的关联，既可以在应用程序1对主存储路径进行访问时，实现文件数据34的备份等工作。具体地包括如下步骤：

参照图5提供的访问流程图，

截获访问请求步骤，应用程序1通过操作系统API7向存储系统的文件系统发出访问请求，即向存储系统发送I/O请求包9(步骤S1)；I/O拦截模块81通过操作系统API7拦截所述I/O请求包9(步骤S2)；I/O复制修改模块82接收I/O请求包9并判断所述I/O请求包9中的访问路径是否指向关联模块85中记录的主存储路径(步骤S3)，如果该访问路径是指向所述主存储路径，则执行步骤S4开始实施本发明所述的数据实时备份，如果该访问路径不是指向所述的主存储路径，则执行步骤S11直接访问I/O请求包9中指定的访问路径，也即现有技术中对存储系统的访问步骤，对该访问路径指向的存储系统进行访问，通过文件系统在对应的存储单元上执行访问任务。采用拦截应用程序1通过操作系统API7发送的I/O请求包9，使得对于所有在操作系统上运行的应用程序1均可使用本发明，使得本发明具有广泛的适应性，同时拦截操作也不会影响现有的计算机等信息处理设备的软硬件运行，有助于提高运行效率。

步骤S4，根据I/O请求包9中记录的访问路径也即主存储路径在关联模块85中记载的对应备份存储路径的数量，将I/O请求包9复制成与之相等的个数，如：对应1个备份存储路径，则将I/O请求包9复制一份，如果对应2个备份存储路径(即在主存储路径上存储的文件数据34需要同时备份在2个备份存储路径上)，则将I/O请求包9复制2份。根据关联模块85记录的关联信息将复制的I/O请求包9中的访问路径分别修改为对应的备份存储路径形成新的I/O请求包9，原I/O请求包9中的信息保持不变，也即修改后，一个I/O请求包9中记录一个存储路径，如：对应的是两个备份存储路径，则将复制的2个I/O请求包9分别修改，如2个备份存储路径分别是a、b，将其中一个I/O请求包9中的访问路径修改为a，另一个修改为b。确保复制修改后的I/O请求包9个数与访问请求可能涉及的访问路径个数相同，并且各个I/O请求包9分别指向不同的访问路径。由于采用仅仅复制数据量非常小的I/O请求包9，并只对其中的访问路径进行修改，复制和修改的数据量都很小，有助于减轻硬件系统的工作负荷，提高硬件系统的工作效率。

步骤S5，访问控制模块83根据步骤S4提供的至少两个I/O请求包9，分别确定每个I/O请求包9所访问的主存储路径和备份存储路径，并根据所述主存储路径和备份存储路径指向主存储系统5和备份存储系统6。并根据I/O请求包9中记录的访问类型，控制各个I/O请求包9的执行，如果是写访问请求则执行步骤S6，开始实施数据备份流程，如果是读访问请求，则执行步骤S9，开始执行数据的打开流程。步骤S6和步骤S9是并列步骤，执行时没有逻辑上的顺序，在具体执行时择一执行。在图5中，为了简化附图结构，将访问路径分别表示为访问路径I、访问路径II......访问路径N，分别是指定的主存储路径和备份存储路径。

数据备份流程，

访问控制模块83同时执行应用程序1发送的原I/O请求包9和经过复制修改的全部I/O请求包9，即将所述的所有I/O请求包9同时分别送到每个I/O请求包9中访问路径对应的主存储系统5和备份存储系统6，根据I/O请求包9中记录的访问数据信息，从内存2中取出该I/O请求包9对应的文件数据34存储到主存储系统5和备份存储系统6中(步骤S6)。文件数据34在主存储文件系统51、备份存储系统61上的具体的写入工作，分别由主存储文件系统51、备份存储系统61按照对应的I/O请求包9在主存储单元52、备份存储单元62上进行存储。采用此方法，由于具体操作的是在内存1中同一位置的文件数据34(也即同一个文件数据34)，要在多个存储系统上存储的数据实质上只需要读取一次即可实现，减少了从内存2中读取文件数据34的工作，而且同时完成了在多个存储系统上进行文件数据34的存储，简化了工作步骤，提高运行效率。如果采用主存储单元5和备份存储单元6是彼此独立的物理存储器，由于采用并行方式来执行写操作，能充分利用物理存储器的读写带宽，提高设备性能。而文件数据34在主存储系统5和备份存储系统6上的具体写操作由现成的文件系统来完成，省去了对物理存储器的直接操作，简化了程序，同时也增大了本发明的适用范围，可以在所有采用了文件系统管理的物理存储器上应用。

主存储系统5和备份存储系统6将文件数据34同时在其上执行写入工作后，访问状态分析模块84回收主、备存储系统5、6向应用程序1返回的访问操作状态，并汇总分析，如果各个I/O请求包9中存在I/O请求包9在其对应的访问路径上操作失败，访问状态分析模块84将该信息送到访问控制模块83或直接将关联模块85中对应的访问路径标为不可用，如果对各个I/O请求包9的操作都是成功的或者只要有一个I/O请求包9的操作是成功的，取出一个访问操作成功的信息(步骤S7)；将成功信息送到应用程序1，写访问操作成功，应用程序1继续执行后续工作(步骤S8)。通过返回任一成功的访问操作，使得应用程序1的工作不至因某一存储系统的异常而受到影响，提高应用程序1的运行效率。由于标注了不可用的存储路径，所有指向该路径的访问将不被执行，同时，可以根据需要将该不可用的路径告知用户，由用户处理，或者根据该路径在关联模块85中的关联信息，获得与其对应的存储路径，将该不可用路径对应存储系统上的文件数据重新存储到其他存储路径，自动修改关联模块85中记录的关联信息，并将处理结果告知用户。这样只要保证有一个存储路径可用，上层应用程序1仍然能正常运行。

文件数据打开流程，

访问控制模块83根据各个I/O请求包9中访问路径指向的存储系统，根据设定的存储系统的访问规则，在各个I/O请求包9中选择一个执行读访问，根据I/O请求包9中记载的数据信息选定的文件数据34通过文件系统从存储单元中读取文件数据送到内存2中(步骤S9)。所述的访问规则，是用户设定的指向各个存储系统的访问路径的访问优先级，优先访问高优先级的存储系统，在具体应用中，可以根据不同的访问将不同的存储系统设置不同的优先级。如，对于同一个存储系统，对于某一个应用程序或者用户是高优先级，而对其他应用程序或者用户是低优先级，这样可以充分利用存储系统的性能，尤其是在基于网路应用时，对于不同的工作站可以有不同的优先级。

访问状态分析模块84汇总分析执行的I/O请求包9的操作(步骤S7)，并进行判断(步骤S10)，如果该操作成功则向应用程序1返回成功操作的访问状态(步骤S8)，如果该操作失败，在关联模块85中将该访问路径标注不可用标记，并返回步骤S5，重新选定下一个优先级访问路径的I/O请求包9，继续执行步骤S9、步骤S10。如果所有I/O请求包9的操作都失败则向应用程序返回操作失败(步骤S8)。通过这种择一读取，只需向应用程序1返回一个操作结果的方式，可以提高应用程序1的工作效率。这样只要保证有一个存储路径正常，应用程序就能正常运行。

由于采用了多个访问路径优先级设置，当基于网络应用的多台客户端同时访问多个物理存储器时，一部分采用一种优先级，另一部分采用另一种优先级，则可以起到分流的功能。

所描述的写访问是写文件、删除文件、重命名文件、设置文件长度和设置文件标记等会导致文件系统实际写物理存储器的访问操作。

所述的读访问是读文件、查询文件、查询目录，读目录等导致文件系统实际读物理存储器的访问操作。

图6提供了本方法的在同时具有光纤通道和以态网通道的网络结构图。每台工作站中实际采用本发明，应用程序1在工作站(工作站上可以连接存储系统作为主存储系统或备份存储系统)上运行，备份控制系统8的各个模块均设置在工作站上。为便于管理将所有工作站与中心控制引擎相连，进行综合管理，以提高整个网络系统的工作效率和稳定性。在本例中，采用两个不同的光纤物理存储器分别作为主存储设备和备份存储设备(如果采用更多的物理存储器分别作为主存储设备和备份存储设备能更好第提高系统的性能)，当然也可以在一个光纤物理存储器中的独立物理存储器(其上的独立磁盘)分别作为主存储单元、备份存储单元，它们由分布式文件系统的主MDS(用于管理主存储设备和备份存储设备的文件系统服务器)和备MDS(备用文件系统服务器，当主MDS损坏时替代其工作，确保整个系统的安全性和稳定性)管理。一些工作站通过光纤直连访问物理存储，一些工作站通过以态网NAS头访问物理存储。例如，通过文件系统管理，可以将主存储设备划分出三个不同的卷(存储单元)(X、Y、Z)，备存储设备划分出卷(存储单元)(L、M、N)。因此，根据不同的任务配置可以实现多种备份模式。一备一，加载X:\->L:\的配置，之后对X卷的所有操作会备份到L卷，由于是两个独立的存储设备同时操作，对访问速度不会造成影响；一备多，加载X:\->L:\，M:\，N:\的配置，之后对X卷的操作会备份到L，M，N卷上；多备一，同时加载X:\->L:\和Y:\->L:\和Z:\->L:\三组配置，这样对于X，Y，Z的操作都会备份到L卷上；互为备份，同时加载X:\->L:\，M:\->Y:\两组配置，这样对X和M卷的操作都会备份到对应卷上。当然，也可以划分更多的卷进行存储和备份。

同步服务器用于实现主存储设备、备份存储设备的文件数据同步，从备份存储设备同步数据到主存储设备。

图7提供了一个在一台计算机上实现本发明的实施例。在本实施例中，应用程序1、备份控制系统8、文件系统(包括主存储文件系统51和备份存储文件系统61)均以软件形式设置在计算机上，计算机连接存储器I、存储器II......存储器N(优选N≥2，当N＝1时，文件数据的安全性和系统工作效率会降低)，分别作为主存储单元52和备份存储单元62。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，只要是通过在应用程序与文件系统之间插入一个虚拟层，用于拦截对于主存储系统的I/O访问操作，并复制所所述I/O访问操作在备份存储系统，都属于本发明的保护范围。熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种基于文件系统的数据实时备份方法，将应用程序生成的文件数据存储和备份到已经构建了文件系统的存储系统中，其特征在于，执行步骤：

在应用程序访问主存储路径时插入步骤：

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：

(301)截获应用程序向主存储路径发出的读访问I/O请求包；

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)进一步包括：

(206)提取任何一个成功的I/O访问操作状态返回应用程序；

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：

(307)I/O访问操作成功，所述I/O访问操作状态返回应用程序。

7、一种数据的实时备份系统，包括：

已经构建了文件系统的存储系统，用于存储文件数据；

应用程序，用于向存储系统发出对文件数据的访问请求；

其特征在于，

存储系统至少包括一个主存储系统和一个备份存储系统；

8、如权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述备份控制系统进一步用于，

9、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述备份控制系统具体包括：

10、如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述备份控制系统进一步包括，