CN101788938B - 基于用户存储行为的数据备份方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于用户存储行为的数据备份方法。本发明的关键在于将用户存储行为特征引入到信息化系统的数据备份过程中，该方法能够根据用户存储特征、生产系统中各个服务器的动态负载特性等关键属性，选择信息系统最佳空闲时机将数据快速备份到备份系统中，满足信息化系统的数据备份需求。基于用户行为的数据备份方法能够综合考虑数据备份信息量和服务器当前资源使用情况，充分利用生产系统服务器的空闲时间进行数据备份，从而大大提高了服务器系统的利用率、改进了备份信息的存储效能和实用性，并且降低了生产系统数据丢失的可能。

Description

基于用户存储行为的数据备份方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种信息化系统的数据快速备份技术。

(二)背景技术

随着我国信息化程度越来越高，企事业单位对于信息数据和信息化系统依赖程度的不断增加，越来越多的灾难和威胁所造成的信息系统破坏和业务中断都可能产生严重后果。这些灾难包括自然灾难、人为灾难和技术灾难等。对于政府、金融、电信、民航、铁路、电力等关键行业来说，这些灾难造成的后果绝不仅仅是信息系统的经济损失，极可能引起社会的不安定。为此，提出了信息系统的灾难备份技术(简称为灾备)。

信息系统的灾备就是在原有的信息化生产系统的基础上通过建设备份系统，将生产系统的数据信息实时或定时复制到备份系统中，以降低或避免由于发生各类灾难而造成数据丢失所带来的信息损失。

当前信息系统的备份方法主要有两种：实时备份和定时备份。实时备份就是当生产系统进行数据存储时，同时将该数据通过网络传输到备份系统中，只有当生产系统和备份系统的数据存储都成功的时候，系统数据存储工作成功，否则，数据存储不成功。采用实时备份的好处是能够时刻保持生产系统和备份系统数据的一致性，数据的完备性和安全性较高，在生产系统或备份系统发生灾难的时候，可以通过互为备份系统实现数据的恢复，可以避免数据的丢失。其缺点是当处理大数据量存储时，会造成传输带宽的大量占用，当生产系统和备份系统的传输路径遥远的情况下，有可能发生数据无法存储的情况；尤其是当生产系统的实时性要求很高的情况下，实时备份很可能无法满足系统的实时性需求。

定时备份是当前应用得最为广泛的一种数据备份方法。该方法就是在生产系统进行存储时仅仅将数据保存在生产系统的存储设备中，只有当生产系统不忙的时候(例如晚间时间)，才将数据备份到备份系统中。采用该方法的优点是可以充分利用系统的资源，将备份任务分配到生产系统的空闲时间内，从而可以降低系统带宽要求。其缺点是如果定时策略设置不当，有可能损失自上次备份以后存储的数据信息。

通过上面分析可知，当前信息化系统备份的主要瓶颈在于生产系统忙闲状态不均，不能充分利用生产系统的生产率，因此，如何根据生产系统当前的运行状态和用户存储行为进行数据备份是当前研究的热点问题。

本发明将实时备份和定时备份相结合的一种方法，它能够根据用户存储行为和当前生产系统的运行状态，检测并发现生产系统的空闲时间，一旦系统空闲就可以进行数据备份，从而提高生产系统的利用率，优化数据备份效率。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种根据用户存储行为特征和信息化系统动态运行特征进行数据备份方法。该方法能够根据用户存储行为特征、生产节点中各个服务器的动态负载特性等关键属性，选择信息系统最佳空闲时机将数据快速备份到备份节点中，从而大大提高了信息化系统的利用率、改进了备份信息的存储效能和实用性，并且降低了生产系统数据丢失的可能。

本发明的目的是这样实现的：

由m个生产系统、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)和n个用户构成的信息化系统，当生产系统有生产任务时，系统优先执行生产任务；只有当生产系统M_i(i∈[1，m])的空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，生产系统执行数据备份：对生产系统M_i上的用户集合UM_i中所有用户的待备份数据进行检查；如果用户U_j(U_j∈UM_i)待备份的数据量超过数据量阀值λ_i，则优先备份用户U_j待备份的数据到指定的备份系统BM_i中；当超过数据量阀值λ_i的用户产生的数据都备份完成后，如果生产系统M_i当前有新生产任务，则停止备份任务；如果生产系统M_i仍然空闲，再对M_i中未满足数据量阀值λ_i的用户数据进行备份；多个用户可以同时使用一个生产系统进行生产并生成数据信息；一个生产系统的数据可以备份到多个备份系统上；

用户可以指定唯一的一个生产系统作为总控部件，该部件可以并发地给生产系统发送信息，用于检测当前生产系统的忙闲和待备份数据量，并启动生产系统的备份过程；

设信息化系统中包含了m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)、n个用户(U₁，U₂，…，U_n)；m个生产系统对应的用户分别为(UM₁，UM₂，…，UM_m)，其中，任意的UM_i(i∈[1，m])是一个包含了用户名的集合，即 $U{M}_i\⊆\{U_1,U_2,\·\·\·,U_n\};$

当任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])进行数据备份时，可以备份到多个指定的备份系统中，因此，m个生产系统对应的备份系统可以表示为(BM₁，BM₂，…，BM_m)，其中，BM_k(k∈[1，m]，BM_k∈{B₁，B₂，…，B_p})为备份系统名的集合；

用户存储行为特征使用用户待备份的数据量表示，设任意用户i当前待备份数据量为D_i，n个用户当前待备份的数据量可以表示为(D₁，D₂，…，D_n)；随着用户的使用，待备份数据量逐步增加；假设用户i待备份的数据量达到数值λ_i时，λ_i称为用户数据量阀值，该用户所使用的生产系统需要对该用户数据进行备份；设n个用户所对应的用户数据量阀值为(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

设对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，当其空闲的时间长度到达θ_i时，θ_i称为该生产系统的时间阀值，该生产系统可以启动备份操作；m个生产系统所对应的时间阀值为(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，它对应的时间控制器T_i表示该生产系统从上次任务结束后到目前为止的空闲时间间隔，如果当前忙，则该值为0；否则，启动定时器，T_i随时间递增；m个生产系统对应的计时器队列为(T₁，T₂，...，T_m)；

在信息化系统运行时，m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)的当前状态用(S₁，S₂，…，S_m)表示：当一个生产系统M_i(i∈[1，m])的全部数据都备份完毕，则该生产系统的状态S_i为1；否则该值为0。

其具体方法步骤为：

1：输入生产系统的时间阀值(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

2：输入用户的数据量阀值(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

3：输入并设置总控部件C，输入轮询查询生产系统是否进行备份的时间间隔T；

4：初始化生产系统(M₁，M₂，...，M_m)的时间控制器队列(T₁，T₂，...，T_m)的值为(0，0，…，0)，生产系统的当前状态(S₁，S₂，…，S_m)的值为(0，0，…，0)，并启动各个生产系统的时间控制器；

5：初始化总控部件的定时器T_c为0，将T_c值加1；

6：如果生产系统M_i正在空闲，则将T_i值加1；否则，令T_i的值为0；

7：如果总控部件定时器T_c与T相等，则执行步骤8；

否则，将T_c值加1，执行步骤6；

8：总控部件并发给m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)发送检测信息，通知生产系统进行备份检查；

9：

如果生产系统M_i空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，则执行步骤10；

否则，记T_c为0，执行步骤6；

10：生产系统M_i上的用户集合为UM_i，令变量j的值为1；

11：如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤13；

否则执行步骤12；

12：将j的值增加1，执行步骤11；

13：如果用户U_j待备份数据量D_j大于用户数据量阀值λ_j，即D_j≥λ_j，执行步骤14；

否则，执行步骤12；

14：将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

15：如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤16；

16：如果j与n相等，则执行步骤17；

否则，执行步骤12；

17：令变量j的值为1；

18：如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤20；

否则，执行步骤19；

19：将j的值增加1，执行步骤18；

20：将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

21：如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤22；

22：如果j与n相等，则令S_i的值为1，执行步骤23；

否则，执行步骤19；

23：如果S_k的值为1，则备份过程执行完毕；

否则，执行步骤5。

本发明的关键在于如何根据用户当前的存储行为状态，动态进行数据备份，为此，引入了总控部件以监测生产系统当前的状态。当生产系统空闲并且空闲时间超过了时间阀值时立刻进行数据备份，避免了实时备份任务不均衡、定时备份数据丢失大的缺点，从而大大提高了系统的利用率、改进了数据备份的效能。

其主要创新点如下：

1、根据用户存储行为特征、生产节点中各个服务器的动态负载特性等关键属性，选择信息系统最佳空闲时机将数据快速备份到备份节点中，从而大大提高了信息化系统的利用率、改进了备份信息的存储效能和实用性，并且降低了生产系统数据丢失的可能。

2、引入了总控部件，该部件可以并发地给生产系统发送信息，用于检测当前生产系统的忙闲和待备份数据量，并启动生产系统的备份过程。在实现上，根据当前生产系统的忙闲状态、待备份数据量，优先对对超过数据量阀值的用户数据进行备份，随后生产系统仍有空闲时，对其余用户数据进行备份，。

(四)附图说明

图1：具有m个生产节点和p个备份节点的信息化系统；

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明所述算法的特征在于：

一种基于用户存储行为的数据备份方法，其特征是：由m个生产系统、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)和n个用户构成的信息化系统，当生产系统有生产任务时，系统优先执行生产任务；只有当生产系统M_i(i∈[1，m])的空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，生产系统执行数据备份：对生产系统M_i上的用户集合UM_i中所有用户的待备份数据进行检查；如果用户U_j(U_j∈UM_i)待备份的数据量超过数据量阀值λ_i，则优先备份用户U_j待备份的数据到指定的备份系统BM_i中；当超过数据量阀值λ_i的用户产生的数据都备份完成后，如果生产系统M_i当前有新生产任务，则停止备份任务；如果生产系统M_i仍然空闲，再对M_i中未满足数据量阀值λ_i的用户数据进行备份；多个用户可以同时使用一个生产系统进行生产并生成数据信息；一个生产系统的数据可以备份到多个备份系统上；

用户可以指定唯一的一个生产系统作为总控部件，该部件可以并发地给生产系统发送信息，用于检测当前生产系统的忙闲和待备份数据量，并启动生产系统的备份过程；

设信息化系统中包含了m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)、n个用户(U₁，U₂，…，U_n)；m个生产系统对应的用户分别为(UM₁，UM₂，…，UM_m)，其中，任意的UM_i(i∈[1，m])是一个包含了用户名的集合，即 $U{M}_i\⊆\{U_1,U_2,\·\·\·,U_n\};$

当任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])进行数据备份时，可以备份到多个指定的备份系统

中，因此，m个生产系统对应的备份系统可以表示为(BM₁，BM₂，…，BM_m)，其中，BM_k(k∈[1，m]，BM_k∈{B₁，B₂，…，B_p})为备份系统名的集合；

用户存储行为特征使用用户待备份的数据量表示，设任意用户i当前待备份数据量为D_i，n个用户当前待备份的数据量可以表示为(D₁，D₂，…，D_n)；随着用户的使用，待备份数据量逐步增加；假设用户i待备份的数据量达到数值λ_i时，λ_i称为用户数据量阀值，该用户所使用的生产系统需要对该用户数据进行备份；设n个用户所对应的用户数据量阀值为(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

设对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，当其空闲的时间长度到达θ_i时，θ_i称为该生产系统的时间阀值，该生产系统可以启动备份操作；m个生产系统所对应的时间阀值为(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，它对应的时间控制器T_i表示该生产系统从上次任务结束后到目前为止的空闲时间间隔，如果当前忙，则该值为0；否则，启动定时器，T_i随时间递增；m个生产系统对应的计时器队列为(T₁，T₂，...，T_m)；

在信息化系统运行时，m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)的当前状态用(S₁，S₂，…，S_m)表示：当一个生产系统M_i(i∈[1，m])的全部数据都备份完毕，则该生产系统的状态S_i为1；否则该值为0。

其具体方法步骤为：

1：输入生产系统的时间阀值(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

2：输入用户的数据量阀值(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

3：输入并设置总控部件C，输入轮询查询生产系统是否进行备份的时间间隔T；

4：初始化生产系统(M₁，M₂，...，M_m)的时间控制器队列(T₁，T₂，...，T_m)的值为(0，0，…，0)，生产系统的当前状态(S₁，S₂，…，S_m)的值为(0，0，…，0)，并启动各个生产系统的时间控制器；

5：初始化总控部件的定时器T_c为0，将T_c值加1；

6：

如果生产系统M_i正在空闲，则将T_i值加1；否则，令T_i的值为0；

7：如果总控部件定时器T_c与T相等，则执行步骤8；

否则，将T_c值加1，执行步骤6；

8：总控部件并发给m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)发送检测信息，通知生产系统进行备份检查；

9：

如果生产系统M_i空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，则执行步骤10；

否则，记T_c为0，执行步骤6；

10：生产系统M_i上的用户集合为UM_i，令变量j的值为1；

11：如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤13；

否则执行步骤12；

12：将j的值增加1，执行步骤11；

13：如果用户U_j待备份数据量D_j大于用户数据量阀值λ_j，即D_j≥λ_j，执行步骤14；

否则，执行步骤12；

14：将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

15：如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤16；

16：如果j与n相等，则执行步骤17；

否则，执行步骤12；

17：令变量j的值为1；

18：如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤20；

否则，执行步骤19；

19：将j的值增加1，执行步骤18；

20：将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

21：如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤22；

22：如果j与n相等，则令S_i的值为1，执行步骤23；

否则，执行步骤19；

23：如果

S_k的值为1，则备份过程执行完毕；

否则，执行步骤5。

基于用户存储行为的数据备份方法具体实施模式是这样的：

整个算法具体实施模式是分两个过程，第一个过程是如何判定是否对用户数据信息进行备份，第二个过程是如何判断一个生产系统的备份工作都已经完成。

第一个过程

先采用循环的方式，依次检查所有的生产系统是否有空闲时间，生产系统当前的忙闲状态由空闲时间长度T表示，当T为0时表示当前生产系统忙。当生产系统的空闲时间长度T大于或等于空闲时间阀值θ时，采用循环的方式，检测当前运行的所有用户状态，如果当前用户待备份数据超过优先备份的数据量阀值λ，则对该用户数据进行备份，否则检测下一个用户。待全部超过数据量阀值的用户都已经备份完毕后，如果生产系统仍有空闲时间时，对未超过数据量阀值λ的用户数据进行备份。至此就可以根据生产系统的忙闲、用户待备份数据量的优先次序来判定是否对用户数据信息进行备份，第一过程结束。

第二个过程

当一个用户的数据备份完成后，检查当前生产系统是否有新任务抵达，如果有新任务抵达，则不再继续检查用户的状态、生产系统开始处理生产任务。如果没有新任务抵达，则查询下一个用户是否进行备份。采用循环的方法，依次检查一个生产系统上所有用户数据，如果所有用户数据都已经备份完成，置该生产系统的状态S为1，表示该生产系统备份完成，第二过程结束。然后采用循环的办法，依次对下一个生产系统进行判断，至此整个算法的实施模式结束。

Claims (2)

1.一种基于用户存储行为的数据备份方法，其特征是：由m个生产系统、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)和n个用户构成的信息化系统，当生产系统有生产任务时，系统优先执行生产任务；只有当生产系统M_i(i∈[1，m])的空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，生产系统执行数据备份：对生产系统M_i上的用户集合UM_i中所有用户的待备份数据进行检查；如果用户U_j(U_j∈UM_i)待备份的数据量超过数据量阀值λ_i，则优先备份用户U_j待备份的数据到指定的备份系统BM_i中；当超过数据量阀值λ_i的用户产生的数据都备份完成后，如果生产系统M_i当前有新生产任务，则停止备份任务；如果生产系统M_i仍然空闲，再对M_i中未满足数据量阀值λ_i的用户数据进行备份；多个用户可以同时使用一个生产系统进行生产并生成数据信息；一个生产系统的数据可以备份到多个备份系统上；

用户可以指定唯一的一个生产系统作为总控部件，该部件可以并发地给生产系统发送信息，用于检测当前生产系统的忙闲和待备份数据量，并启动生产系统的备份过程；

设信息化系统中包含了m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)、p个备份系统(B₁，B₂，…，B_p)、n个用户(U₁，U₂，…，U_n)；m个生产系统对应的用户分别为(UM₁，UM₂，…，UM_m)，其中，任意的UM_i(i∈[1，m])是一个包含了用户名的集合，即 $U{M}_i\⊆\{U_1,U_2,\·\·\·,U_n\};$

当任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])进行数据备份时，可以备份到多个指定的备份系统

中，因此，m个生产系统对应的备份系统可以表示为(BM₁，BM₂，…，BM_m)，其中，BM_k(k∈[1，m]，BM_k∈{B₁，B₂，…，B_p})为备份系统名的集合；

用户存储行为特征使用用户待备份的数据量表示，设任意用户i当前待备份数据量为D_i，n个用户当前待备份的数据量可以表示为(D₁，D₂，…，D_n)；随着用户的使用，待备份数据量逐步增加；假设用户i待备份的数据量达到数值λ_i时，λ_i称为用户数据量阀值，该用户所使用的生产系统需要对该用户数据进行备份；设n个用户所对应的用户数据量阀值为(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

设对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，当其空闲的时间长度到达θ_i时，θ_i称为该生产系统的时间阀值，该生产系统可以启动备份操作；m个生产系统所对应的时间阀值为(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

对于任意一个生产系统M_i(i∈[1，m])，它对应的时间控制器T_i表示该生产系统从上次任务结束后到目前为止的空闲时间间隔，如果当前忙，则该值为0；否则，启动定时器，T_i随时间递增；m个生产系统对应的计时器队列为(T₁，T₂，...，T_m)；

在信息化系统运行时，m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)的当前状态用(S₁，S₂，…，S_m)表示：当一个生产系统M_i(i∈[1，m])的全部数据都备份完毕，则该生产系统的状态S_i为1；否则该值为0。

2.根据权利要求1所述的基于用户存储行为的数据备份方法，其特征是：其具体方法步骤为：

(1)输入生产系统的时间阀值(θ₁，θ₂，…，θ_m)；

(2)输入用户的数据量阀值(λ₁，λ₂，…，λ_n)；

(3)输入并设置总控部件C，输入轮询查询生产系统是否进行备份的时间间隔T；

(4)初始化生产系统(M₁，M₂，...，M_m)的时间控制器队列(T₁，T₂，...，T_m)的值为(0，0，…，0)，生产系统的当前状态(S₁，S₂，…，S_m)的值为(0，0，…，0)，并启动各个生产系统的时间控制器；

(5)初始化总控部件的定时器T_c为0，将T_c值加1；

(6)

如果生产系统M_i正在空闲，则将T_i值加1；否则，令T_i的值为0；

(7)如果总控部件定时器T_c与T相等，则执行步骤8；否则，将T_c值加1，执行步骤6；

(8)总控部件并发给m个生产系统(M₁，M₂，…，M_m)发送检测信息，通知生产系统进行备份检查；

(9)

如果生产系统M_i空闲时间T_i大于时间阀值θ_i时，则执行步骤10；

否则，记T_c为0，执行步骤6；

(10)生产系统M_i上的用户集合为UM_i，令变量j的值为1；

(11)如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤13；否则执行步骤12；

(12)将j的值增加1，执行步骤11；

(13)如果用户U_j待备份数据量D_j大于用户数据量阀值λ_j，即D_j≥λ_j，执行步骤14；

否则，执行步骤12；

(14)将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

(15)如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤16；

(16)如果j与n相等，则执行步骤17；

否则，执行步骤12；

(17)令变量j的值为1；

(18)如果用户U_j使用生产系统M_i，即U_j∈UM_i，则执行步骤20；

否则，执行步骤19；

(19)将j的值增加1，执行步骤18；

(20)将用户U_j待备份数据备份到指定的备份系统BM_i中，同时，令D_j的值为0；

(21)如果生产系统M_i当前有新生产任务，则令T_i的值为0，令S_i的值为0，执行步骤7；

否则，执行步骤22；

(22)如果j与n相等，则令S_i的值为1，执行步骤23；

否则，执行步骤19；

(23)如果

S_k的值为1，则备份过程执行完毕；

否则，执行步骤5。

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