CN107544865A - 一种备份数据快速可用的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种备份数据快速可用的方法，包括：根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。本发明还同时公开了一种备份数据快速可用的装置。
Description
技术领域
本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种备份数据快速可用的方法和装置。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，克隆、逻辑单元号(LUN，Logical Unit Number)拷贝是将存储系统中的源卷数据进行完整物理拷贝的常用技术。数据的备份卷，有时又称之为克隆卷、目标卷或拷贝、复制卷，是源卷数据的完整复制副本，且数据的源卷与备份卷所占用的空间大小相同。其中，在备份源卷数据时，根据应用和实现的不同，一般有两种备份方式：(1)始终保持和源卷数据一致，是源卷的完整备份；(2)仅备份某个时刻的源卷数据，是源卷在某个时间点的完整备份。
然而，无论采用上述哪种备份方式，都首先需要一次完整的数据同步-初始同步，或称为全量同步。由于需要将源卷的所有数据拷贝到备份卷，数据量较大，故初始同步的速度较慢；且同步过程中支持应用输入/输出(IO，Input/Output)操作流程的复杂性，会部分影响源卷的读写性能。因此，传统技术应用中，需要等待同步结束后，才可使用备份数据。而全量数据备份的同步时间可能会很长，尤其是对于容量非常大的备份数据，则需花费更长时间来实现数据同步。在当今社会生活节奏加快，用户数据迭代速度也更加快速的情形下，目标用户难以接受需等待较长时间，才能使用备份数据，如：在处理用于虚拟机部署的克隆技术时，用户希望在申请完虚拟机后，可以立即使用备份数据，不需要等待几个小时、甚至到第二天才能使用该备份数据，而此时现有的同步技术难以满足此类需求。
针对上述现有技术中需等待较长数据同步时间，才能使用备份数据的问题，目前尚未提出有效解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种备份数据快速可用的方法和装置，以至少解决现有技术中需等待较长数据同步时间，才能使用备份数据的问题。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种备份数据快速可用的方法，所述方法包括：
根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。
上述方案中，在所述根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块之前，所述方法还包括:
预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式；其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份。
上述方案中，所述根据检测结果执行相应的读写操作，包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
上述方案中，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；其中，所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
上述方案中，采用原子变量标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
上述方案中，所述粒度大小采用4K或4K的整数倍。
本发明实施例还提供一种备份数据快速可用的装置，所述装置包括：划分模块、检测模块、执行模块；其中，
所述划分模块，用于根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
所述检测模块，用于在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷；
所述执行模块，用于根据所述检测模块的检测结果执行相应的读写操作。
上述方案中，所述装置还包括：设置模块，用于在所述划分模块根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块之前，预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式；其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份。
上述方案中，所述执行模块根据所述检测模块的检测结果执行相应的读写操作，包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
上述方案中，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；其中，所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
上述方案中，采用原子变量标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
上述方案中，所述粒度大小采用4K或4K的整数倍。
本发明实施例所提供的备份数据快速可用的方法和装置，根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。如此，加速了备份数据的可用性，达到了预期目的，使得在数据同步过程中，不需等待较长数据同步时间，就可立即使用备份数据，节省了用户时间，提高了用户满意度。
附图说明
图1为本发明实施例备份数据快速可用的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例备份数据快速可用的方法的技术原理示意图；
图3为本发明实施例记录全量同步进度示意图；
图4为本发明实施例备份数据修改管理原理示意图；
图5为本发明实施例源卷增量数据管理原理示意图；
图6为本发明实施例备份数据立即可用时用户主机读备份卷的流程示意图；
图7为本发明实施例备份数据立即可用时用户主机写备份卷的流程示意图；
图8为本发明实施例备份数据快速可用的装置的组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中备份数据快速可用的方法的实现流程，包括以下步骤：
步骤101：根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
在执行本步骤之前，所述方法还包括：
预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式；其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份。
这里，根据用户需求确定数据的源卷和备份卷，比如，某一数据卷A，有可能在此次操作过程中作为源卷，在下一次操作过程中作为备份卷。
这里，由于WIN32操作系统为每个进程都分配了内存空间，其中，对于分页大小，表示的是页面的大小，在32位操作系统中，4K是内存管理的最小单位，因此，所述粒度大小可采用4K或4K的整数倍，如：64K、128K等。其中，可以根据业务数据特性和操作系统性能来确定划分为多大粒度的数据块。
步骤102：在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。
这里，可采用原子变量来判断源卷中的数据块是否已同步到备份卷，若备份卷相应的数据块已经写过，则表明源卷中的数据块必已同步过。
这里，所述根据检测结果执行相应的读写操作，具体包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
具体如何将未同步的数据和已同步的数据进行归并属于现有技术，这里不再一一赘述。
这里，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；其中，所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
需要说明的是，本发明可采用原子变量来标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。其中，所述原子变量是一种终端的变量标志，当在同步过程中出现增量同步时，该标志不会随变化被修改。
下面结合图2对本发明的备份数据快速可用的技术方案原理做进一步详细阐述。
为了便于数据操作和管理，同时考虑到系统资源占用和性能、以及常规用户数据宽度，将源卷数据和备份数据按固定粒度大小的块进行划分，其中，粒度大小可以采用4K、或4K的整数倍，如：64K、128K等。由于源卷和备份卷的容量相当，故这些数据块可以做到一一对应，即：源卷有n个数据块，备份卷也对应有n个数据块。
在源卷数据同步到备份卷过程中，并不禁止源卷和备份卷的应用层IO读写。图2是本发明实施例备份数据快速可用的方法的技术原理示意图，如图2所示，源卷中存储有五个数据块，分别为A、B、C、D、E，备份卷中也对应存储有五个数据块，分别为1、2、3、4、5；当备份卷无外部IO时，源卷的数据会完全同步到备份卷，也就是说，将源卷中的数据块A同步到备份卷中的数据块1，将源卷中的数据块B同步到备份卷中的数据块2，以此类推；当备份卷有外部IO时，同步进度为：A-＞1、B-＞2、C-＞3、D-＞4、E-＞5，在同步过程中，假设备份卷中的数据块2被用户改写为B’，备份卷中的数据块4被用户改写为D’，那么，在后续源卷同步时，会保留备份卷中数据的修改，即：B’、D’不变，而只是跳过备份卷中被用户修改过的数据块，继续同步下一个未被用户改写的数据块。因此，同步结束后，备份卷中的数据块变为：A、B’、C、D’、E。这样，在源卷数据同步到备份卷的过程中，不需等待同步结束后才可使用备份数据，而是在同步过程中就可以进行源卷和备份卷的应用层IO读写，提升了备份数据的可用性速度。
图3给出了本发明实施例记录全量同步进度的示意图，在本发明实施例中，源卷和备份卷被划分成大小相等的数据块集合，使用进度标志记录全量同步进度。所述进度标志可以为一原子变量，即：采用一原子变量标志全量同步进度，如图3所示，该原子变量指向当前同步数据块C，表明目前全量同步的进度已同步到数据块C。
需要指出的是，在全量同步开始前，该进度标志指向第一个数据块；在全量同步结束后，该进度标志指向最后一个数据块，若后续有增量同步，则该进度标志不变化。在全量同步过程中，若发现备份卷中的某一个或某几个数据块已被用户改写，则跳过被用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
如图4和图5所示，本发明中同时建立了两个位图，其中，图4中的位图用于管理备份卷数据的修改，将备份卷划分为n个数据块，备份卷中的每个数据块用位图标志是否被用户应用修改过，其中，0表示未被修改，1表示已被修改，也就是说，在备份卷的某个数据块被用户应用修改后，则将其对应的比特位置为1，当需重新发起全量同步时，则需将该位图清零。这样，可以便于同步流程和用户IO的使用，尤其是在同步流程中，可以作为是否跳过同步的判断，以及在用户IO中，作为决定从哪读取、写入数据的判断。
图5中的位图用于管理源卷数据的增量同步，将源卷划分为n个数据块，源卷中的每个数据块用位图标志全量同步后是否被用户应用修改过，其中，0表示未被修改，1表示已被修改，需再次同步到备份卷。若有用户写IO到源卷，系统检测该数据块是否已经同步过，如果已经同步过，且对应备份卷的数据块没有被用户改写过，那么需对源卷位图中对应的比特位置位，置为1，否则不用置位，而对于已置位的数据块，在完成同步后将该比特位清零。
在用户配置完备份关系后，存储系统内部完成管理数据的初始化，之后即可将备份数据供给用户使用，用户可继续发起数据同步操作。在备份数据立即可用的实际应用时，涉及读、写两种用户数据操作。下面结合附图对这两种用户数据操作进行详细说明。
图6为本发明实施例备份数据立即可用时用户主机读备份卷的流程示意图，如图6所示，包括以下步骤：
步骤601：用户发起读操作指令；
步骤602：存储系统收到该读操作指令后，将读区域LBA(X-Y)转换为对应的管理数据区块A(m-n)；
步骤603：判断管理数据区块A(m-n)是否均已同步到了备份卷，若是，则转入步骤604；若否，如全部未同步到备份卷，则转入步骤605，如部分同步到备份卷，则转入步骤606；
这里，对于备份卷对应数据块被用户改写的，视为已同步。
步骤604：从备份卷读取数据给用户，然后转入步骤608；
步骤605：从源卷读取数据给用户，然后转入步骤608；
步骤606：从源卷读取未同步过的数据，从备份卷读取已同步过的数据；
步骤607：归并有效数据返回给用户；
步骤608：结束本次读操作，返回用户读操作完成。
图7为本发明实施例备份数据立即可用时用户主机写备份卷的流程示意图，如图7所示，包括以下步骤：
步骤701：用户发起写操作指令；
步骤702：存储系统收到该写操作指令后，将写区域LBA(X-Y)转换为对应的管理数据区块A(m-n)；
步骤703：判断管理数据区块A(m-n)是否均已同步到了备份卷，若是，则转入步骤704，否则转入步骤705；
这里，对于备份卷对应数据块被用户改写的，视为已同步。
步骤704：直接将用户数据写入备份卷的对应区域，然后转入步骤708；
步骤705：挂起用户操作，从源卷读取未同步过的数据到临时数据区；
步骤706：归并用户写数据和已读取的源卷数据为有效数据；
步骤707：将归并后的有效数据写入备份卷；
步骤708：标记备份卷的对应区块已被用户写入过，返回用户写操作完成。
这里需要特别指出的是：在标记备份卷的对应区块已被写入过，则后续同步时需跳过此数据区块，且同步结束后的状态应变为非一致态，因此，此时数据源卷和备份卷中的数据可能不一致。
数据同步过程可区分为全量同步流程和增量同步流程，全量同步流程是数据同步过程中的必有部分，而增量同步流程则在某些备份模式下才具备，下面结合图3-5，对全量同步流程和增量同步流程分别进行描述：
全量同步流程的具体步骤如下：
a:用户配置、发起同步；
b:在同步开始前，将标志变量指向第一个数据块；
c:判断标志变量指向的数据块在备份卷中是否已经被改写过，若没有，则转入步骤d，否则转入步骤f；
d:读取对应源卷数据块；
e:写入对应备份卷；
f:判断当前指向的数据块是否是最后一个全量同步数据块，若否，则转入步骤g，否则转入步骤h；
g:将标志变量指向顺序的下一个数据块，然后转入步骤c；
h:结束全量同步。
增量同步只在用户写源卷时发生，其中，增量同步流程的具体步骤分为两个流程：标识流程和同步流程。
标识流程的步骤如下：
a:用户写源卷完成；
b:存储系统将写指令写区域转换为对应的管理数据区块；
c:判断对应管理数据区块是否已同步，且对应备份卷数据区块没有被改写，若是，则转入步骤d，否则转入步骤e；
d:置位比特位图，标识需同步；
e:完成标识；
同步流程的步骤如下：
f:用户配置需增量同步的数据备份；
g:启动增量同步守护程序；
h:查询增量修改记录比特位图；
i:标识为需要同步的，读取源卷数据同步写入备份卷，然后将该比特位图清零；
j:备份关系是否保持，若是，则转入步骤h，否则转入步骤k；
k:结束同步守护程序。
本发明实施例数据备份的方法，适用于对源卷数据进行实时备份或时间点备份，其中，备份出来的数据，既可以在源卷数据遭受破坏或需要回滚时，对源卷数据进行恢复，又可以用于数据分析、升级演练、虚拟机部署等应用场景。
为实现上述方法，本发明实施例还提供了一种备份数据快速可用的装置，如图8所示，该装置包括划分模块801、检测模块802、执行模块803；其中，
所述划分模块801，用于根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
所述检测模块802，用于在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷；
所述执行模块803，用于根据所述检测模块802的检测结果执行相应的读写操作。
其中，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
这里，可采用原子变量标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
这里，所述装置还包括：设置模块804，用于在所述划分模块801根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块之前，预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式。
其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份；所述粒度大小采用4K或4K的整数倍。
这里，所述执行模块803根据所述检测模块802的检测结果执行相应的读写操作，包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
在实际应用中，所述划分模块801、检测模块802、执行模块803、设置模块804均可由位于存储设备上的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，MicroProcessor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
本发明实施例根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。如此，加速了备份数据的可用性，达到了预期目的，使得在数据同步过程中，不需等待较长数据同步时间，就可立即使用备份数据，节省了用户时间，提高了用户满意度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种备份数据快速可用的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷，根据检测结果执行相应的读写操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块之前，所述方法还包括:
预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式；其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据检测结果执行相应的读写操作，包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；其中，所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用原子变量标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒度大小采用4K或4K的整数倍。
7.一种备份数据快速可用的装置，其特征在于，所述装置包括：划分模块、检测模块、执行模块；其中，
所述划分模块，用于根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块，所述数据卷包括数据的源卷和备份卷；
所述检测模块，用于在数据同步过程中接收到读写操作指令后，检测源卷中所有数据块是否均已同步到备份卷；
所述执行模块，用于根据所述检测模块的检测结果执行相应的读写操作。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：设置模块，用于在所述划分模块根据数据卷的大小和备份方式，将所述数据卷划分为相应粒度大小的数据块之前，预先确定所述数据的源卷和备份卷，以及选择备份方式；其中，所述备份方式至少包括之一：完整备份、时间点备份。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述执行模块根据所述检测模块的检测结果执行相应的读写操作，包括：
若所述源卷中所有数据块均已同步到备份卷，则从所述备份卷读取数据或将数据写入所述备份卷；若所述源卷中所有数据块均未同步到备份卷，则从所述源卷读取数据或将数据写入所述源卷；若所述源卷中部分数据块已同步到备份卷，则将从所述源卷读取的未同步的数据，与从所述备份卷读取的已同步的数据进行归并，将归并后的有效数据返回给用户，或将从所述源卷读取的未同步的数据和用户数据进行归并，将归并后的有效数据写入所述备份卷。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据同步过程至少包括之一：全量同步流程、增量同步流程；其中，所述增量同步流程包括：标识流程和同步流程。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，采用原子变量标志全量同步进度，其中，在全量同步过程中，若所述备份卷的数据块已被用户改写，则保留用户的修改，跳过所述用户改写的数据块后，继续同步下一个未被用户改写的数据块。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述粒度大小采用4K或4K的整数倍。
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