CN101777017B - 一种连续数据保护系统的快速恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续数据保护系统的快速恢复方法。在生成某一时间点的磁盘映像时，CDP系统不需要获取磁盘全部数据块的映射关系，而是当计算机读取磁盘映像的某一个数据块时，CDP系统从日志中获取该数据块的映射关系，再从CDP数据区中获取数据块内容。该方法实现了磁盘数据块的按需恢复，能够在较短的时间内为用户提供任意时间点的磁盘映像。

Description

一种连续数据保护系统的快速恢复方法

技术领域

本发明属于数据保护容灾备份技术领域，涉及一种块级连续数据保护系统的快速恢复方法。

背景技术

在处理信息数据时，为保护重要的数据信息，通常采用数据备份技术，以便在数据不可用时能从备份介质中恢复数据。但是在恢复数据时，两次备份之间的数据将会丢失。对于一些关键的信息系统，所能容忍的数据丢失量，即恢复点目标(RPO，Recovery Point Object)要尽可能的低，这就需要应用连续数据保护(CDP，Continuous Data Protection)技术。

CDP技术是将更改过的所有数据按时间顺序保存下来，在系统每次写操作时，都会生成带有时间戳的数据块版本，从而在恢复数据时能够获取任意一个时间点的数据状态。其中，块级CDP是将一个磁盘，即逻辑单元(LUN，LogicalUnit)划分为固定大小的数据块，并以数据块为单位记录数据变化，其特点是与应用的耦合比较低，性能和效率优于文件级CDP。

当需要恢复数据到某个指定的时间点时，带有块级CDP的系统可以从开始时间点遍历所有已经记录的修改过的数据块，一直到指定的时间点，从而恢复该时间点的数据状态，即，获得该时间点的磁盘的每一个逻辑块地址(LBA，Logical Block Address)与CDP所记录的数据块之间的映射关系。

为了缩短遍历时间，通常需要在CDP中定期产生数据快照，将某个时刻的映射关系存储起来。当要恢复快照时刻的数据时，就可以直接获得映射关系，也就无需再遍历CDP日志。当要恢复数据到其它时间点时，可从该时间点之前的那一次快照开始，遍历CDP日志直到该时间点，即可获得映射关系，也就无须从开始时间点遍历。

要恢复到任意时间点的数据，则需要从该时间点的上一次快照开始，遍历CDP日志，以获得该时间点的映射关系。该时间点与上次快照之间的时间间隔越长，日志区中的数据变化量相应增加，恢复所需的时间也就越长。

在恢复数据时，CDP为磁盘的所有数据块重建映射表之后，将产生一个磁盘映像供用户使用。但是，即使用户只需从CDP提供的磁盘映像中恢复少量文件或查看个别文件的内容，即，即使只需读取磁盘映像中的一小部分数据块，也必须等待CDP系统遍历日志区以获得所有数据块的映射表之后，才能使用磁盘映像。这就使得数据恢复过程较为耗时，无法做到快速恢复。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种在块级CDP系统中对任意时间点数据的快速恢复方法。在生成某一时间点的磁盘映像时，CDP系统不需要获取磁盘全部数据块的映射关系，而是当计算机读取磁盘映像的某一个数据块时，CDP系统从日志中获取该数据块的映射关系，再从CDP数据区中获取数据块内容。该方法实现了磁盘数据块的按需恢复，能够在较短的时间内为用户提供任意时间点的磁盘映像。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种连续数据保护系统的快速恢复方法。

CDP系统维护一张映射表，该表记录了磁盘中所有数据块的最后一次修改操作。对于每一个写入的数据块，CDP系统均生成一个链表节点，也就是生成一个记录该写操作的CDP元数据。CDP系统在该链表节点中记录下数据块的块号，并设置本节点的一个后向链接字段，以及映射表中相应块号的最后一次修改位置。数据块和链表节点分别写入CDP日志。

当需要恢复系统到某个指定时间点时，首先建立一个临时映射表，并将其中的内容全部设为-1。之后，将磁盘映像作为一个逻辑单元(LUN)提供给计算机使用。

当计算机对磁盘映像发起读请求时，CDP系统根据读请求中的数据块号，获得临时映射表的对应表项。当表项内容为-1时，从系统当前映射表开始，通过后向链接向前查找，一直查找到指定时间点之前的最新节点，此时，获取到该时间点此数据块在CDP日志数据区中的位置(即块号)，并将它保存到临时映射表的对应表项中。

然后，根据临时映射表的表项内容，从CDP日志数据区中读出数据块内容，并返回给计算机。

本发明的有益效果是：

1)无需遍历CDP日志即可提供磁盘映像。当计算机读取磁盘映像的某个数据块时，CDP系统根据链表从CDP元数据中获取该数据块的映射关系，实现磁盘数据块的按需恢复。尤其适合于用户需要快速建立磁盘映像，读取其中一小部分文件的情况。

2)不依赖快照即可进行数据快速恢复。通过在CDP元数据中加入链接信息，使得可以从当前时间点快速回溯到指定的时间点，而不必从CDP日志的开始时间点或快照时间点开始遍历。

附图说明

图1为本发明的数据结构示意图；

图2本发明实施例中的后向链接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种连续数据保护系统的快速恢复方法，其技术方案如下：

首先对CDP日志及元数据结构进行描述，如图1所示。

1、CDP日志

CDP日志包括数据区和元数据区。数据区用于保存数据块；元数据区用于保存链表节点，即CDP元数据。

数据区记录每一次数据块写操作的数据内容。数据区由M个数据块组成，块的编号为0≤k≤M-1。数据块的大小根据文件系统或上层应用的最小访问粒度确定(例如每块大小为4KB)，将整个磁盘划分N个数据块，块地址的范围为0到N-1。

2、链表节点

链表节点作为CDP元数据，包括2个字段：数据块的块号、后向链接字段。每一个链表节点对应于一个数据块写操作。

链表节点在CDP日志的元数据区中顺序存放。日志能容纳的节点数为M，链表节点的序号为从1到M-1，节点记为C_k(1≤k≤M-1)。CDP系统不使用链表节点0。同时，设置一个计数器，从1开始计数，每当记录一个数据块写操作(即，在日志中加入一个CDP元数据)后，计数器便加1。链表节点的序号就是当前时刻计数器的计数值。

对于第k个数据块写操作(即，计数器为k时接收到的写操作，1≤k≤M-1)，CDP系统把要写入该数据块的数据保存到CDP日志的数据区中，块地址为k，并把这个操作的元数据存储在链表节点C_k中。C_k中存储的内容为：

C_k.L：该数据块的块号L

C_k.r：后向链接，即，该数据块的上一次写操作的元数据节点序号r

图2表示了15次数据块写操作的链表节点。由图2中可以看出，共有8个数据块，块号为0至7。其中，数据块5未被写入。每个链表节点表示一次数据块写入操作，图中的横坐标是链表节点C₁至C₁₅的时刻，纵坐标是写入的数据块块号。例如，数据块6在时刻7和时刻13被写入，生成C₇、C₁₃。图中实线箭头表示后向链接。

3.映射表S

CDP系统在内存中设置一个映射表S，表中一共N项，每一项记录当前时刻每个磁盘数据块的最后一次修改操作，即，记录该操作的链表节点(CDP元数据)的序号。节点序号为0，表示该数据块未被修改。映射表S中的每一项在系统初始化时被置为0。

4.临时映射表W

在恢复某时间点k的数据状态时，CDP系统在内存中建立一个临时映射表W，表W一共有N项，在初始化时均被置为-1，并提供一个磁盘映像供计算机访问。当计算机读取磁盘映像某个数据块时，CDP系统通过临时映射表W获取该磁盘数据块在时间点k前的最后一次修改操作位置，即该操作的节点序号。节点序号为0时，表示该数据块在时间点k时未被修改。节点序号为-1时，表示该数据块的位置尚未确定。

5.秒级索引I

CDP系统设置一个索引表，每一秒在索引表的末尾增加一项，记录当前时刻计数器的计数值。由此使恢复时间点能够精确到秒级。

6.磁盘原始数据区R

磁盘原始数据区的容量和要保护的磁盘相同，其容纳了N个数据块。在建立CDP系统时，将磁盘上的所有数据块复制到磁盘原始数据区。

下面具体说明在CDP系统中针对某次写操作的数据恢复过程。

CDP系统设置并维护映射表S，表S记录磁盘中所有数据块的最后一次修改操作。记录数据块写入操作的方法具体如下：

CDP系统中记录一个磁盘数据块写操作，块号为B，0≤B≤N-1，要写入该块的原始数据为D。其流程如下：

首先，取得当前计数器的计数值为k，计数值加1。若k大于等于数据区数据块最大数M，说明日志区已满，系统不再记录数据块写操作。若k小于M，将原始数据D写入到日志的数据区k。

然后，构造此次数据块写操作的元数据，即链表节点C_k，C_k的2个字段C_k.L、C_k.r：

a)C_k.L＝B，即记录该数据块对应的块号。

b)C_k.r＝S[B]，本链表节点C_k的后向链接指向该数据块的上一次修改位置，

即上一次修改操作的链表节点在CDP元数据区中的序号。

最后，更新映射表S，S[B]＝k。

当需要恢复系统到用户指定的时间点时，CDP系统建立该时刻的磁盘映像供计算机访问。首先，在秒级索引I中获取该时刻的计数值，记为k。然后，将临时映射表W中的每一项初始化为-1。最后，使用临时映射表W构造一个虚拟磁盘，作为一个逻辑单元(LUN)供计算机访问。

在建立指定时间点k的磁盘映像后，CDP系统就接受计算机对磁盘映像的读取请求。从计算机的角度看，磁盘映像保存某一时刻所有磁盘数据块的内容，当收到一个读请求后，系统按顺序执行以下步骤：

首先，从读请求中获取数据块号B。

然后，读取临时映射表W中数据块号B的表项内容，即W[B]。如果W[B]＝-1，则从当前映射表S中读取S[B]，并从节点CS[B]开始，沿着后向链接查找。若查找过程中某链表节点Ci的序号i≤k，则记录W[B]＝i，查找结束；如果链表中某个链表节点的后向链接Cj.r＝0，数据块B在时间点k之前没有被修改，设置W[B]＝0，查找结束。

如果W[B]＝0，则直接从磁盘原始数据读出数据块(块号为B)返回给计算机；否则在CDP日志数据区中读出数据块(块号为W[B])返回给计算机R。

实施例

例如，在图2中，当前时刻为15，则当前系统映射表S的内容为：

S[0]   S[1]      S[2]      S[3]      S[4]      S[5]    S[6]      S[7]

9

10

11

15

12

0

13

14

要建立指定时间点k＝7的磁盘映像，要初始化一张临时映射表W，其中各项的值全部为-1。

若此时收到读请求，要读取块号为3(B＝3)的数据块。由于W[3]＝-1，S[3]＝15，该数据块的后向链接节点为C15、C6、C3。查找过程中，沿该链表一直查找到C6才满足条件(i＝6，6≤7)，设置W[3]＝6，将CDP日志数据区中块号为6的数据块读出，返回给计算机。以后，如果计算机要读取数据块3时，由于W[3]＝6，直接从日志数据区中读出块号为6的数据块即可，而不需遍历后向链表。

若又收到读请求，要读取块号为7(B＝7)的数据块。该数据块的后向链接节点为C14、C8。查找过程中，没有满足条件(i≤k)的节点Ci，设置W[7]＝0，从磁盘原始数据区中读出数据块(块号为7)，返回给计算机。

Claims (2)

1.一种连续数据保护系统的快速恢复方法，其特征在于：

CDP系统维护一张映射表，该表记录了磁盘中所有数据块的最后一次修改操作；对于每一个写入的数据块，CDP系统均生成一个链表节点，也就是生成一个记录该写操作的CDP元数据；CDP系统在该链表节点中记录下数据块的块号，并设置本节点的一个后向链接字段，以及映射表中相应块号的最后一次修改位置；数据块和链表节点分别写入CDP日志；

当需要恢复系统到某个指定时间点时，首先建立一个临时映射表，并将其中的内容全部设为-1；之后，将磁盘映像作为一个逻辑单元提供给计算机使用；

当计算机对磁盘映像发起读请求时，CDP系统根据读请求中的数据块号，获得临时映射表的对应表项；当表项内容为-1时，从系统当前映射表开始，通过后向链接向前查找，一直查找到指定时间点之前的最新节点，此时，获取到该时间点此数据块在CDP日志数据区中的位置，并将它保存到临时映射表的对应表项中；

然后，根据临时映射表的表项内容，从CDP日志数据区中读出数据块内容，并返回给计算机。

2.如权利要求1所述的一种连续数据保护系统的快速恢复方法，其特征在于，记录数据块写操作的方法具体如下：

CDP系统中记录一个磁盘数据块写操作，块号为B，0≤B≤N-1，要写入该块的原始数据为D，其流程如下：

首先，取得当前计数器的计数值为k，计数值加1；若k大于等于数据区数据块最大数M，说明日志区已满，系统不再记录数据块写操作；若k小于M，将原始数据D写入到日志的数据区k；

然后，构造此次数据块写操作的元数据，即链表节点C_k，C_k的2个字段C_k.L、C_k.r：

a)C_k.L＝B，即记录该数据块对应的块号；

b)C_k.r＝S[B]，本链表节点C_k的后向链接指向该数据块的上一次修改位置，

即上一次修改操作的链表节点在CDP元数据区中的序号；

最后，更新映射表S，S[B]＝k。

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