CN108255642B - 一种连续数据保护中io数据管理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续数据保护中IO数据管理的方法，一、当生产系统数据被删除或者破坏时，根据IO日志表生成用户指定任意时间点的IO映射表，根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据即用户指定时间点的数据，用户可使用该数据进行恢复，或使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务；二、回收用户设定时间点之前的IO存储空间。本发明通过对磁盘IO数据进行高效的管理，可以快速的索引和重组任意一个时刻的磁盘数据，并且可以动态的分配空间及回收空间，可以实现快速的演练和接管。
Description
技术领域
本发明涉及数据保护技术领域，具体涉及一种连续数据保护中IO数据管理的方法。
背景技术
CDP(Continuous data protection连续性数据保护)是一种备份技术方法，它可以捕获或跟踪生产数据的变化，并将其独立存放在生产数据之外，以确保当生产系统或者生产数据发生逻辑错误或者自然灾难等造成数据损坏或者丢失后，可通过备份数据恢复生产数据到过去的任意时间点。持续数据保护可以基于块级、文件级或应用级实现，可以提供足够细的恢复粒度，可以恢复到任意时间点、甚至任意一次IO后的状态。
不管是块级、文件级或者是应用级的CDP系统，都要求CDP服务器对每一次IO数据都要进行存储和索引，IO日志会越来越庞大，对存储性能和存储空间要求会比较高，同时数据量越大，索引和重组任意时间点数据的时间就会越长。
目前市面上有的CDP产品将生产系统上每个时间点的数据定时备份到服务器上，并且备份成vmdk虚拟磁盘文件(VMware公司的虚拟机磁盘格式)，使用vmdk自身的快照技术，为了减少备份的数据量，定时对数据进行备份，并对备份到服务器上的vmdk做快照，该方法存在一个问题是不能恢复到任意时间点，只能恢复到快照时间点，另外该方法与虚拟化平台绑定的比较紧密，不能迁移到KVM、XEN等其它虚拟化平台。
当需要生成某一个时间点的数据时，需要进行数据回拷，效率低下，耗时较长，不能动态的分配空间及回收空间。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于磁盘连续数据保护的IO数据管理的方法，解决了目前CDP技术当需要生成某一个时间点的数据时，需要进行数据回拷，效率低下，耗时较长，不能动态的分配空间及回收空间的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征在于：包括步骤：
一、当生产系统数据被删除或者破坏时，根据IO日志表生成用户指定任意时间点的IO映射表，根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据即用户指定时间点的数据，用户可使用该数据进行恢复，或使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务；
二、回收用户设定时间点之前的IO存储空间，根据步骤一生成指定时间点的IO映射表；遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，否则，继续遍历下一个IO日志记录，直到IO日志表遍历完成。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述步骤一中，根据IO日志表生成用户指定任意时间点的IO映射表，具体步骤包括：
1)获取用户指定的时间点参数，生成空的IO映射表；
2)从IO日志表中读取第一条IO日志记录，获取块号，根据块号查询IO映射表记录，判断IO映射表记录是否为空，若IO映射表对应的块记录为空，则将IO日志表中的索引及时间戳记录到IO映射表中对应的块上，转步骤5)；
3)若IO映射表记录不为空，则判断IO日志表中该IO日志记录写入时间是否比用户指定的时间点参数晚；若是，则转步骤5)；
4)若IO日志表中该IO日志记录写入时间比用户指定的时间点参数早，则判断IO日志表中该记录的时间戳是否比IO映射表中对应块的时间戳更接近用户指定的时间，若是，则将IO日志表中的索引及时间戳更新到IO映射表中对应的块；若否，则转步骤5)；
5)判断是否是IO日志表中最后一个记录；若否，则转步骤2)继续遍历IO日志表；若是，则结束遍历过程，得到用户指定时间点IO映射表，该IO映射表描述的就是用户指定时间的与IO数据文件的映射关系，在服务器上，通过虚拟块设备驱动，生成一个虚拟磁盘，在虚拟块设备驱动中根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据即用户指定时间点的数据；用户可使用该数据进行恢复，如果备份的是系统，也可以使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述步骤二中，回收用户设定时间点之前的IO存储空间，具体步骤包括：
1)设定存储空间回收时间点参数，用于回收该时间点之前的IO存储空间；
2)生成指定时间点的IO映射表；
3)遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，释放该数据块空间；转步骤4)；
4)若IO日志记录写入时间比IO映射表中对应块的时间晚，则判断是否是IO日志表中的最后一条记录；若是，则结束遍历IO日志表；若不是，则取IO日志表中的下一个记录，继续遍历IO日志表，转步骤3)。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO日志表记录IO属性，IO属性包括时间戳、块号、实际数据在IO数据文件中的索引。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO数据文件用来记录实际的IO数据，不预先分配空间，IO数据文件初始时为空。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO映射表描述指定的一个时间点下每一个块的数据在IO数据文件中的索引；IO映射表的大小与磁盘的总分块数对应。
前述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述块定义为：磁盘的每32个扇区看作一个分块，块号即扇区号/32。
本发明所达到的有益效果：本发明通过对磁盘IO数据进行高效的管理，可以快速的索引和重组任意一个时刻的磁盘数据，并且可以动态的分配空间及回收空间，可以实现快速(秒级)的演练和接管。
附图说明
图1是本发明生成指定时间点数据流程图；
图2是本发明空间回收流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
通过安装在生产环境中的磁盘过滤驱动实时地截获生产系统上被保护磁盘写操作，截获到的信息包含IO数据、要写入的扇区号以及大小，在内存中旁路复制一份写操作的IO数据，将发生IO的时间戳以及该IO的块号(将磁盘的每32个扇区看作一个分块，块号就是扇区号/32)作为属性，发送到CDP服务器，CDP服务器对IO数据和属性进行管理和存储。
块定义：将磁盘看作是按32个扇区分块，因此第一个块指的是0-31扇区，第二块指的是32-63扇区。
本发明通过自定义IO数据文件、IO日志表、IO映射表来统一管理和组织磁盘IO数据。
IO数据文件用来记录实际的IO数据，不预先分配空间，IO数据文件初始时为空；
IO日志表记录IO属性，IO属性包含时间戳、块号、实际数据在IO数据文件中的索引；IO日志表可以无限增长，每一次IO都会记录到日志表中。
IO映射表描述指定的一个时间点下每一个块的数据在IO数据文件中的索引；IO映射表的大小与磁盘的总分块数对应。IO映射表不是开始就存在的，只能当用户需要生成某一时间点的数据时，再会生成该时间点的IO映射表。
IO日志表、IO映射表和IO数据文件都存放在CDP服务器上的文件系统中；生产系统上的每一次IO被捕获后，IO数据、时间戳、块号都会被发送到CDP服务器上，CDP服务器将IO数据写入IO数据文件，将IO数据在数据文件中的索引、时间戳、块号记录到IO日志表中。
一种连续数据保护中IO数据管理的方法，包括：
一、当生产系统发生逻辑错误或者硬件故障等，导致数据被删除或者破坏时，可以根据IO日志表生成任意用户指定时间点的IO映射表，根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据就是用户指定时间点的数据，用户可使用该数据进行恢复，或使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务；
二、回收用户设定时间点之前的IO存储空间，根据步骤一生成指定时间点的IO映射表；遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，否则，继续遍历下一个IO日志记录，直到IO日志表遍历完成。
步骤一中，生成任意用户指定时间点的IO映射表，具体步骤包括：
1)获取用户指定的时间点参数，生成空的IO映射表；
2)从IO日志表中读取第一条IO日志记录，获取块号，根据块号查询IO映射表记录，判断IO映射表记录是否为空，如IO映射表对应的块记录为空，则将IO日志表中的索引及时间戳记录到IO映射表中对应的块上，转步骤5)；
3)如IO映射表记录不为空，则判断IO日志表中该IO日志记录写入时间是否比用户指定的时间点参数晚；若是，则转步骤5)；
4)若IO日志表中该IO日志记录写入时间比用户指定的时间点参数早，则判断IO日志表中该记录的时间戳是否比IO映射表中对应块的时间戳更接近用户指定的时间，若是，则将IO日志表中的索引及时间戳更新到IO映射表中对应的块；若否，则转步骤5)；
5)判断是否是IO日志表中最后一个记录；若否，则转步骤2)继续遍历IO日志表；若是，则结束遍历过程，得到用户指定时间点IO映射表，该IO映射表描述的就是用户指定时间的与IO数据文件的映射关系，在服务器上，通过虚拟块设备驱动，生成一个虚拟磁盘，在虚拟块设备驱动中根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据就是用户指定时间点的数据。用户可使用该数据进行恢复，如果备份的是系统，也可以使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务。
步骤二中，回收用户设定时间点之前的IO存储空间，具体步骤包括：
1)设定存储空间回收时间点参数，用于回收该时间点之前的IO存储空间；
2)按照上述方法，生成指定时间点的IO映射表；
3)遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，释放该数据块空间；转步骤4)；
4)若IO日志记录写入时间比IO映射表中对应块的时间晚，则判断是否是IO日志表中的最后一条记录；若是，则结束遍历IO日志表；若不是，则取IO日志表中的下一个记录，继续遍历IO日志表，转步骤3)。
空间回收：用户可设置IO数据保留的天数，可以回收超过保留天数、且不再被使用的IO数据。如果保留天数为N，则首先生成N天前对应的IO映射表，再遍历一次IO日志表，如果对应的数据写入时间比IO映射表中记录的还要早，则该块空间可以回收，在IO日志表中标记该块为空，释放该数据块空间，否则，继续遍历下一个IO日志记录，直到IO日志表遍历完成。
本方法可以减少对存储空间的占用，可以不预先分配存储IO数据文件的空间，当需要使用的时候再分配，并且可以动态的回收数据空间，同时可以快速的重组任意一个时间点的IO数据状态。
本方法利用简洁的二维IO日志表结构，可以快速的遍历IO日志表，生成指定时间点的数据。将读和写操作重定向到需要的数据位置，无需回写操作，大大提高了生成任意时间点数据的速度。
根据高效的IO数据索引，快速的定位和释放超过保留天数的IO日志空间。
可以生成任意时间点的数据，可以动态回收IO日志空间。生成指定时间点数据速度很快，不需要真实的数据回写，时间复杂度为O(logn)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征在于：包括步骤：
一、当生产系统数据被删除或者破坏时，根据IO日志表生成用户指定任意时间点的IO映射表，根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据即用户指定时间点的数据，用户可使用该数据进行恢复，或使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务；
二、回收用户设定时间点之前的IO存储空间，根据步骤一生成指定时间点的IO映射表；遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，否则，继续遍历下一个IO日志记录，直到IO日志表遍历完成；
所述步骤一中，根据IO日志表生成用户指定任意时间点的IO映射表，具体步骤包括：
1）获取用户指定的时间点参数，生成空的IO映射表；
2）从IO日志表中读取第一条IO日志记录，获取块号，根据块号查询IO映射表记录，判断IO映射表记录是否为空，若IO映射表对应的块记录为空，则将IO日志表中的索引及时间戳记录到IO映射表中对应的块上，转步骤5）；
3）若IO映射表记录不为空，则判断IO日志表中该IO日志记录写入时间是否比用户指定的时间点参数晚；若是，则转步骤5）；
4）若IO日志表中该IO日志记录写入时间比用户指定的时间点参数早，则判断IO日志表中该记录的时间戳是否比IO映射表中对应块的时间戳更接近用户指定的时间，若是，则将IO日志表中的索引及时间戳更新到IO映射表中对应的块；若否，则转步骤5）；
5）判断是否是IO日志表中最后一个记录；若否，则转步骤2）继续遍历IO日志表；若是，则结束遍历过程，得到用户指定时间点IO映射表，该IO映射表描述的就是用户指定时间的数据与IO数据文件的映射关系，在服务器上，通过虚拟块设备驱动，生成一个虚拟磁盘，在虚拟块设备驱动中根据该IO映射表对虚拟磁盘进行读取映射，该虚拟磁盘中的数据即用户指定时间点的数据；用户可使用该数据进行恢复，如果备份的是系统，也可以使用该数据启动系统，接管原来的生产系统的业务。
2.根据权利要求1所述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述步骤二中，回收用户设定时间点之前的IO存储空间，具体步骤包括：
1）设定存储空间回收时间点参数，用于回收该时间点之前的IO存储空间；
2）生成指定时间点的IO映射表；
3）遍历IO日志表中的IO日志记录，判断IO日志记录时间戳是否比IO映射表中对应块的时间早，若是，则在IO日志表中标记该块为空，释放该数据块空间；转步骤4）；
4）若IO日志记录写入时间比IO映射表中对应块的时间晚，则判断是否是IO日志表中的最后一条记录；若是，则结束遍历IO日志表；若不是，则取IO日志表中的下一个记录，继续遍历IO日志表，转步骤3）。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO日志表记录IO属性，IO属性包括时间戳、块号、实际数据在IO数据文件中的索引。
4.根据权利要求3所述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO数据文件用来记录实际的IO数据，不预先分配空间，IO数据文件初始时为空。
5.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述IO映射表描述指定的一个时间点下每一个块的数据在IO数据文件中的索引；IO映射表的大小与磁盘的总分块数对应。
6.根据权利要求1所述的一种连续数据保护中IO数据管理的方法，其特征是：所述块定义为：磁盘的每32个扇区看作一个分块，块号即扇区号/32。
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