CN103947177B

CN103947177B - 中间主机备份复制中的方法和设备

Info

Publication number: CN103947177B
Application number: CN201280056058.7A
Authority: CN
Inventors: K·纳姆约什; P·科波尔; A·斯塔斯波罗斯; G·T·维尔冯
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: JP6096795B2; CN103947177A; EP2781075A1; KR20140075014A; US9723074B2; JP2014533413A; US20130124479A1; WO2013074255A1

Abstract

通过在主机和外界之间的路由路径中放置中间备份的转发器来创建中间备份的主机‑备份配置。中间备份的转发器转发拦截由主机向外界发送的输出消息以及所需的状态信息。中间备份的转发器通过更新它的状态信息和向外界转发输出分组来对主机进行备份。

Description

中间主机备份复制中的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及用于提供主机备份复制的方法和装置。

背景技术

本节介绍的内容可能会有助于更好地理解发明。因此，从这一角度来阅读本节的陈述，并且不应当被理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。在一些公知的异步虚拟机(VM)复制系统中，主机-备份方法必须在来自主机的消息可以被发送到外界之前使主机状态与备份同步。在这些实施方式中，主机对输出消息进行缓冲、向备份发送状态信息、等待来自备份的应答，然后向外界释放缓冲的消息。主机要缓冲消息，是因为如果消息被立即释放到外界，外界和备份将对主机状态有不同认知。这种不一致可能会导致应用程序错误。因此，这些备份方法可能会在从主机到外界的通信中引入由于主机备份同步所造成的延迟。在一些已知的系统中，主机备份通信被配置了低延迟，以便获得足够的网络性能。通过将主机和备份物理上靠的更近，低延迟的配置可能需要昂贵的高速互连或容错妥协。

发明内容

各种实施例提供了用于提供中间备份(a backup-in-the-middle)的主机备份配置，所述配置提高了网络性能，同时提供了高容错和高可用性。中间备份的主机备份配置降低了释放缓冲的输出时的同步延迟。通过在主机和消息的预期接收者(即外界，environment)之间的路由路径上放置中间备份的转发器减少了同步延迟。中间备份的转发器接收所需的状态信息，并拦截由主机向外界发送的输出信息。中间备份的转发器通过更新其主机状态信息的拷贝和向外界转发消息来对主机进行备份。

有利的是，由于中间备份的转发器不需要确认来自主机的接收消息，主机等待来自备份的确认所引起的同步延迟可以被消除。此外，由于主机和备份之间的同步延迟被消除，主机和备份可能会彼此远离提高可靠性(例如容错)。

在一个实施例中，提供了一种用于提供主机备份服务的方法。该方法包括：从主机接收输入消息和状态信息，基于所述状态信息同步存储的主机状态，并向外界发送转发的消息，并且所述转发的消息基于所述输入消息。

在一些实施例中，所述方法进一步包括接收故障切换指示，所述故障切换指示表示所述主机放弃对至少一个主机任务的控制，以及基于所述存储的主机状态执行所述至少一个主机任务。

在一些实施例中，所述方法进一步包括接收来自外界的一个或多个外界消息，在数字数据存储器中记录一个或多个外界消息，以及基于所述状态信息和所述一个或多个接收的外界消息，同步更新的主机状态。

在另一个实施方案中，提供了一种用于提供主机备份服务的装置。该装置包括数字数据存储器和可通信地连接到数字数据存储器的处理器。所述处理器被配置为：从主机接收输入消息，从主机接收状态信息，基于所述状态信息同步存储的主机状态，以及基于所述输入消息向外界发送输出消息。

在一些实施例中，所述处理器进一步被配置为：接收故障切换指示，所述故障切换指示表示所述主机放弃对至少一个主机任务的控制；以及基于所述存储的主机状态，执行所述至少一个主机任务。

在一些实施例中，所述处理器进一步被配置为从外界接收一个或多个外界消息，在所述数字数据存储器中记录所述一个或多个外界消息，以及基于所述状态信息和一个或多个记录的外界消息同步更新的主机状态。

在一些实施例中，该装置还包括可通信地耦合到所述处理器的I/O接口，所述I/O接口被配置为接收所述输入消息和所述状态信息。

在一些实施例中，I/O接口能够支持多个通信协议。

在一些实施例中，I/O接口包括至少一个分组接口和至少一个无线接口。

在一些实施例中，输入消息是分组。

在一些实施例中，该装置能够远离主机放置。

在一些实施例中，状态信息对应于所述输入消息。

在一些实施例中，发送该转发消息的步骤发生在接收对应的状态信息的步骤之后。

附图说明

在附图中示出各种实施例，其中：

图1的功能性方框图示出了中间备份中的主机备份配置的实施例；

图2示出使用图1的中间备份的转发器120用于提供主机备份服务的方法的实施例流程图。

图3示出使用图1的中间备份的转发器120用于提供了确定性的主机备份恢复的方法的实施例的流程图。

图4示意性示出图1的中间备份的路由器120的一个实施例的框图。

为了便于理解，相同的附图标记已被用于指定具有大致相同或相似的结构和/或基本相同或相似功能的元件。

具体实施方式

通过在主机和外界之间的路由路径中放置中间备份的转发器而创建中间备份的主机备份配置。中间备份的转发器拦截的主机向外界发出的输出消息，也捕获了主机发送到转发器本身的状态信息。中间备份的转发器备份通过更新它的状态信息以及向外界输出分组来对主机进行备份。

有利的是，中间备份的转发器可以消除主机和备份之间的同步延迟，因为主机并不需要在发送消息之前等待来自备份的确认。此外，由于主机和备份之间的同步延迟被消除，主机和备份可以彼此远离提高可靠性(例如，容错)。

但是，应该认识到，虽然中间备份的主机备份配置系统消除了同步延迟，中间备份的主机备份配置系统可能会引入传输延迟，该传输延迟会超过消息将在没有任何备份方案情况下遭受的延迟。例如，当缓冲和转发分组时，当读取状态信息分组时，和/或在丢失状态信息分组的任何重传期间，中间备份的转发器可能引入延迟。

图1描绘了示出中间备份中的主机备份配置系统100的实施例的功能性方框图。中间备份中的主机备份配置系统100包括定位在主机120和外界130之间的中间备份的转发器120，这样从主机120发往外界130的输入消息110m-1和110m-2经过中间备份的转发器120。

主机110发送目的地是外界130的输入消息110m-1和110m-2经由中间备份的转发器120。主机110还发送状态信息110s-1和110s-2，这些信息由中间备份转发器120使用以将其运行状态同步到主机。

输入消息110m-1和110m-2(统称为输入消息110m)可以是消息的序列。例如，消息可以是要被发送到“在外界130中”的目的地节点用于由目的地节点执行的任务。在一些实施例中，消息是IP或TCP数据包。

转发的消息120m-1和120m-2(统称转发的消息120m)分别对应于输入消息110m-1和110m-2。应该认识到，虽然转发的消息120m对应于与输入消息110m，中间备份的转发器120可以修改转发消息120m的报头或有效载荷。

状态信息110s-1和110s-2(统称状态信息110s)是由中间备份的转发器120使用的信息来同步其存储的主机状态版本与主机110的状态。例如，状态信息110s可提供检查点状态(例如，内存和磁盘)。应当理解的是，如果备份不与主机同步，当备份接管发生故障的主机时，会导致系统误差。

中间备份的转发器120缓冲来自主机110的输入消息110m-1和110m-2，直到分别接到相应的状态信息，如状态信息110s-1和110s-2。一旦中间备份的转发器120已经相应地更新其状态，中间备份的转发器120就向外界130转发消息120m-1和120m-2。应当理解的是，因为中间备份的转发器120并不需要在转发接收到的消息110m-1和110m-2之前确认与主机同步，诸如110m-1和110m-2的连续消息之间发生没有同步延迟发生。中间备份的转发器120还可以从外界130接收(为清晰起见，图中未示)消息(例如，外界消息)，并将它们转发到主机110。应当理解的是，中间备份的转发器120可以转发来自外界130、直接定向到主机110的消息(例如，不更新保存的状态信息)。

外界130从中间备份的转发器120接收转发的消息120m。外界130中的目的地节点执行转发的消息130。在外界130中的节点也可以直接或通过中间备份的转发器120发送消息到主机110。

应当理解的是，输入消息110m、转发的消息120m和状态信息110s是以时间上简化的方式示出的，并且可以用任何合适的方式进行排序。尤其是，网络延迟可能会导致中间备份的转发器120在接收对应于最早发送的输入消息110m的状态信息之前，多个输入消息110m被中间备份的转发器120接收。例如，在图1中，输入消息110m-1和110m-2可以在状态信息110s-1被接收之前由中间备份的转发器120收到。此外，对应于输入消息110m的转发的消息120m可以在任何数目的输入消息110m和/或状态信息110s后进行传输。例如，在图1中，输入消息110m-1和110m-2和状态信息110s-1可以在转发消息120m由中间备份的转发器120转发之前由主机110发送。

在一些实施例中，状态信息110S可以在没有对应消息的情况下被发送，以便将中间备份的转发器120与主机110同步。例如，状态信息110s-1可能涉及到更新路由表并因此不具有对应消息110m-1。

在一些实施例中，状态信息110s检查点可对应于多个输入消息110m。例如，参考图1，主机110可以发送输入消息110m-1和110m-2，并且在两个输入消息已经被发送后发送表示主机状态的状态信息110s-2。在这个例子中，状态信息110s-1将不需要被发送，因为状态信息110s-2对应于两个输入消息110m-1和110m-2。

在一些实施例中，如果主机状态基于中间备份的转发器120可获得的信息是确定的话，中间备份的转发器120转发诸如110m-1的输入消息而不接收对应的状态信息110s-1。有利的是，中间备份的转发器120将能够转发从主机110接收的输入消息110m而无需等待对应的状态信息110s。

在本实施例的进一步实施例中，主机110的状态基于接收到的发往主机110的外界信息是确定。例如，如果在主机110处更新的状态信息的计算是基于去往所述主机的外界消息110，那么中间备份的转发器120可以记录外界信息。在该实施例中，如果主机110出现故障，中间备份的转发器120可以通过使用最后接收到的如110s-1的状态信息和“重放”没有在最后接收状态信息110s–1中表示的接收的外界消息的记录顺序，来同步到主机的状态。此外，如果中间备份的转发器120记录至外界130的输入消息110m，中间备份的转发器120如有必要可以在它的重放过程抑制中这些输入消息110m的重新发送。

在一些实施例中，主机110可以是执行计算、路由、中继和转发功能并需要高可用性和高性能的网络密集虚拟机。在这些实施例中，主机110可以接收来自本地任务的消息和/或从外界中的节点接收远程请求。然后，主机110可以形成输入消息110m用于经由中间备份的转发器120发送到外界130。在一些实施例中，消息使用TCP/IP、SIP和/或RTP分组发送。

图2示出使用图1的中间备份的转发器120用于提供主机备份服务的方法的实施例流程图。参照图1和2，中间备份的转发器120从主机110接收输入消息110m-1(例如，方法200的步骤210)。中间备份的转发器120还接收来自主机110的状态信息110s-1(例如，方法200的步骤220)。中间备份的转发器120同步其存储的主机状态(例如，方法200的步骤230)，并向外界130传送转发的消息120m-1(例如，方法200的步骤240)。

在方法200中，步骤210包括如在图1描绘的从主机(例如，图1的主机110)接收输入消息(例如，图1的消息110m-1)。

在方法200中，步骤220包括如在图1中描绘从主机(例如，图1中的主机110)接收状态信息(例如，图1中的状态信息110s-1)。

在方法200中，步骤230包括如在图1所描绘的同步存储的主机状态。

在方法200中，步骤240包括如在图1所描绘的向外界(例如，图1的外界130)传输转发的消息(例如，图1的消息120m-1)。

在步骤240之后，方法200返回步骤210以重复转发从主机(例如，主机110)接收到的输入消息(例如，输入消息110m)的过程。

在方法200的一些实施例中，在步骤210中从主机接收到输入消息并不是在步骤240中发送，而是直到对应的状态信息已经在步骤220被接收后。

在方法200的其它实施例中，在步骤210中从主机接收的输入消息可以在没有在步骤220接收中接收对应的状态信息的情况下，在步骤240中传输。例如，当主机的状态如图1中描绘的是确定性时，一个或多个输入消息可以在步骤220接收状态信息之前或者之后，在步骤210被接收，在步骤240中发送。

在方法200的一些实施例中，中间备份的转发器120可以使用所存储的主机状态来提供主机备份恢复。例如，在故障转移指示显示中间备份的转发器120要接替主机110时，中间备份的转发器120可以使用主机状态与外界恢复通信。应当理解的是，中间备份的转发器120可以接管所有由主机正在执行的任务或主机任务的子集。例如，对于提供多个虚拟机的主机，来自一个一个或多个虚拟机的资源可能已出现故障，需要那些任务子集的故障转移指示。

图3示出用于使用图1的中间备份的转发器120提供了确定性的主机备份恢复的方法的实施例的流程图。参照图1和3，中间备份的转发器120判断是否已经接收状态信息(例如，方法300的步骤310)，如果是的话，将存储的主机状态同步到接收到的状态信息并且重置的记录的接收到的外界信息(例如，方法300的步骤320)的日志。中间备份的转发器120也确定是否已经从外界300(例如，方法300的步骤330)接收外界信息，如果是这样，在接收的外界消息的日志中记录接收到的外界消息(例如，方法300的步骤340)。中间备份的转发器120也确定是否启动备份故障切换(例如，方法300的步骤350)，如果是这样，基于存储的主机状态和记录的外界信息的日志同步主机状态(例如，方法300的步骤360)。

在方法300中，步骤310包括如在图1描绘的，确定是否已经从主机(例如，图1的主机110)接收到状态信息(例如，图1中的状态信息110s-1)。

在方法300中，如果状态信息已经像在步骤310中确定的那样被接收，步骤320包括更新存储的主机状态和重置记录的外界消息的日志。例如，将不再被需要那些在更新的主机状态已经表示的记录的外界消息来将备份同步到主机状态，并且记录的外界消息可以被删除或以任何合适的方式标记。

在方法300中，步骤330包括如在图1所描述的那样，确认外界消息(例如，在图1中为了清楚未显示的)已经从外界(例如，图1中的外界130)接收到。

在方法300中，如果外界消息已经像在步骤330中确定的那样被接收，步骤340包括记录所述外界消息是一个日志。

在方法300中，步骤350包括确定中间备份的转发器120是否应该接管主机(例如，主机110)的操作。中间备份的转发器120可以确定通过任何合适的手段接管主机，例如通过接收来自监测网络节点的状态的装置的消息、接收来自主机本身的消息、确定主机不再能运行和/或任何合适的手段。中间备份的转发器120可以通过使用心跳消息、状态消息和/或使用任何其他合适的监测技术确定主机不再能运行。

在方法300中，如果像在步骤330确定的那样，中间备份的转发器120已确定它应该接管主机的操作，步骤340包括创建主机状态。中间备份的转发器120基于存储的主机状态和有效的存储的主机状态之后接收的记录的外界消息日志来创建主机状态。例如，中间备份的转发器120可以根据已知的确定的状态行为来分析日志中的每一个连续外界消息，并更新主机状态。

在步骤350之后，方法300返回到步骤310，以基于所接收的状态信息(例如，图中1的状态信息110s)和接收到的发往主机(例如，图1中的主机110)的外界消息重复维持主机状态的过程。

虽然以特定的顺序进行了描绘和描述，但应当理解，在方法200和300中所示的步骤可以以任何合适的顺序来执行。此外，一个方框中所标识的步骤也可以在该序列中的多个位置处执行。

应当理解的是，上述各种方法的步骤可以通过编程计算机来执行。本文中，一些实施例还旨在涵盖程序存储设备，例如，数字数据存储介质，它是机器或计算机可读的并且对指令的机器可执行或计算机可执行的程序进行编码，其中，所述指令执行上述方法的一些或全部步骤。程序存储设备可以是，例如，数字存储器、如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。本实施例还旨在涵盖编程以执行上述方法的所述步骤的计算机。

图4概略示出中间备份的转发器120的一个实施例。中间备份的转发器400可以执行本文所描述的例如使用方法200和/或300的功能。中间备份的转发器400包括处理器410和数字数据存储411。

处理器410控制的中间备份的转发器400的操作。处理器410与数字数据存储411协作。

数字数据存储411可以存储所存储的主机状态(例如，图2的步骤230和图3的步骤320和360)；缓冲接收的和发送的输入消息、状态信息、外界消息和主机状态消息(例如，图2的步骤210、220和240和图3的步骤310、330和350)，并存储所记录的外界消息(例如在图3的步骤340)。数字数据存储411还存储可由处理器410执行的程序420。

处理器可执行程序410可以包括I/O接口程序421和/或主机状态程序423。处理器410与处理器可执行程序420协作来实现图1-3中描述的功能。和/或执行方法200和/或300中的步骤。

I/O接口430被配置用于支持任何适当数量的信道，所述信道支持任何适当数量的会话(例如，任何适当数量的IP流)，所述会话可以在中间备份的转发器400、一个或多个主机(例如，图1中的主机110)和外界(例如，图1中的外界130)之间建立之间。I/O接口430可以支持任何适当类型的通信路径和通信协议。例如，通信路径可包括无线通信(如GSM和CDMA)、有线通信、分组网络通信(例如，IP)、宽带通信(例如，DSL)、等等，以及它们的各种组合。

当处理器可执行程序420在处理器410上执行时，程序代码段与处理器结合以提供一操作类似于特定逻辑电路的独特装置。

尽管此处结合例如其中程序和逻辑都存储在数字数据存储内以及所述存储器可通信地连接到处理器的实施例进行描绘和描述，应当认识到，这样的信息可以用任何其他合适的方式进行存储(例如，使用适当数量的存储器、储存器或者数据库)，使用可通信地耦合到任何适当的装置布署的存储器、储存器或者数据库的任何适当的部署进行存储，在存储器、储存器和/或内部或外部数据库的任何适当的组合中存储信息，或者使用可访问外部存储器、储存器仓库或数据库的任何适当的数目进行存储。因此，术语数字数据存储本文所指是指包括存储器、储存器和数据库的所有合适的组合。

说明书和附图仅仅说明本发明的原理。因此，应当理解的是，本领域的技术人员将能够设计各种部署，尽管这里没有明确描述或示出，但是这些部署体现本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，本文引用的所有实施例主要旨在明确表示是仅用于示范目的，以帮助读者理解本发明的原理和发明人所贡献的理念，以促进本领域技术的发展，并且应当被理解为不不限于这些具体陈述的示例和条件。此外，所有本文中陈述的原则、方面和本发明的实施例，以及其具体实例，意在包含其等同物。

在附图中所示的各种元件，包括标记为“处理器”的任何功能块，可以通过使用专用硬件以及能够与适当的软件相关联执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器、或由多个独立的处理器来提供，其中多个独立的处理器中的一些可以被共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于，数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。其他的硬件，常规和/或定制的也可以包括在内。同样，显示在图中的任何交换机只是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的运行、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动地，由从上下文更具体地理解本发明的实施者选择特定的技术来实现。

应当理解，这里的任何一个框图表示体现了本发明原理的说明性电路的概念观点。类似地，应当理解，任何流程表、流程图、状态转换图、伪代码等表示了各种处理，这些处理可以用计算机可读介质的形式实质性表示，并且由计算机或处理器执行，无论这样的计算机或处理器是否明确示出。

Claims

1.一种用于提供主机备份服务的方法，包括：

在可通信地连接到数字数据存储器的处理器上接收来自主机的输入消息，所述处理器由在所述主机和外界之间的路由路径上的中间备份的转发器所包括，其中所述外界是预期接收者；

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器接收来自所述主机的状态信息；

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器，基于所述状态信息同步存储的主机状态；以及

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器向外界发送转发的消息，所述转发的消息基于所述输入消息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中发送所述转发的消息的步骤发生在接收对应的状态信息的步骤之后。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器接收故障切换指示，所述故障切换指示表示所述主机放弃对至少一个主机任务的控制；以及

基于所述存储的主机状态执行所述至少一个主机任务。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器接收来自所述外界的一个或多个外界消息；

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器，在所述数字数据存储器中记录所述一个或多个外界消息；以及

通过与所述数字数据存储器合作的所述处理器，基于所述状态信息和所述一个或多个记录的外界消息，同步更新的主机状态。

5.一种在主机和外界之间的路由路径上的数字消息处理装置，其中所述外界是预期接收者，所述数字消息处理装置包括：

数字数据存储器；和

可通信地连接到数字数据存储器的处理器，所述处理器被配置为：

从主机接收输入消息；

从主机接收状态信息；

基于所述状态信息同步存储的主机状态；以及

基于所述输入消息向外界发送输出消息。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，其中发送转发的消息的步骤发生在接收对应的状态信息的步骤之后。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

接收故障切换指示，所述故障切换指示表示所述主机放弃对至少一个主机任务的控制；以及

基于所述存储的主机状态，执行所述至少一个主机任务。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

从所述外界接收一个或多个外界消息；

在所述数字数据存储器中记录所述一个或多个外界消息；以及

基于所述状态信息和所述一个或多个记录的外界消息，同步更新的主机状态。

9.根据权利要求5所述的装置，还包括：

可通信地耦合到所述处理器的I/O接口，所述I/O接口被配置为接收所述输入消息和所述状态信息。

10.根据权利要求5所述的装置，其中所述装置能够远离所述主机放置。