CN111966529A - 一种数据库文件实时增量同步备份的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据库文件实时增量同步备份的方法及系统，其包括：在用户态获取本地同步备份配置策略；在内核态获取用户态的同步配置策略；在内核态设置文件操作行为的处理模块，并在内核态和用户态之间建立消息同步通信机制；在内核态实时监控、分析、校验文件的状态与操作行为；若内核态监控到需要同步的数据则实时将内核态的数据同步到用户态，用户态再通过异步网络通信形式同步传输至备份机用户态应用程序，经校验确认后更新至目标文件。本发明所述方法通过驱动层监控、分析、校验，应用层网络传输、校验机制解决数据库文件实时增量同步备份的目的，不限于数据库文件，也适用于普通文件，具有真正实时高效、简单实用、安全性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全领域中的数据备份技术，具体涉及数据库实时备份的信息安全技术。
背景技术
近年来，数据文件的重要性和安全性方面都呈现着加速上升趋势，对数据的备份技术及要求也越来越高，传统意义上解决数据库的容灾问题，便于在数据库发生灾难时可以及时、准确、安全恢复原有的数据。从文件量能要求，分文为全量复制和增量复制；从时间要求上，分为实时性和非实时性；从技术实现上，依赖于数据库自身技术、操作系统文件技术等。
目前常用的数据库备份技术数据库厂商针对自身产品提供的一些定制化技术服务，如Oracle的日志分析Data Guard技术，SQL Server的SQL脚本技术、关系型数据库相对应的映射关系文件技术等，这些备份技术存在以下不足：
(1)灵活性差：需要人工操作，无法进行自动化备份。
(2)非实时性：无法做到实时同步，可能会造成备份数据不完整。
(3)效率低：每次进行全量备份，耗时大且占用资源更多。
(4)适用性差：仅针对特定的数据库。
另外，还有一些依赖于操作系统提供的文件监控技术和磁盘级监控技术，如基于LINUX系统INotify技术，CDP技术，rsync技术等，这些备份技术存在以下不足：
(1)性能差：系统提供的文件监控技术无法监控到文件具体变化位置点，只能通过用户态进行进一步的分片校验比对后再进行同步；基于磁盘级监控技术，只能到磁盘的写操作，监控粒度最小只能到卷级别，也无法区分具体的日志文件与数据文件之分等。
(2)非实时性：无论是基于提供的文件监控技术，还是磁盘级监控技术，无法区分出具体的读写文件全路径及其行为和文件位置信息，导致要么应用层进行进一步校验比对后再进行处理，要么进行磁盘级写，从而导致一些无效的文件读写，无法做到真正实时。
(3)效率相对低：由于无法定位出具体的操作行为详细信息，导致一些不必要的计算、核对和同步操作，性能相对较低。
(4)适用性差：基于LINUX的INotify技术只能适用于特定的操作系统。
(5)安全性差：同步的数据缺少安全性校验，以及加密处理，容易发生被篡改、泄密风险。
由此可见，提供一种安全、高效且实时的数据库文件同步备份方案为本领域急需要解决的问题。
发明内容
针对现有数据库文件同步备份方案所存在的问题，需要一种新的安全可靠的文件数据同步备份方案。
为此本发明的目的在于提供一种数据库文件实时增量同步备份的方法及系统，其能够实现真正的实时、安全、高效的文件同步备份。
为了达到上述目的，本发明提供的数据库文件实时增量同步备份的方法，包括：
在用户态获取本地同步备份配置策略；
在内核态获取用户态的同步配置策略；
在内核态设置文件操作行为的处理模块，并在内核态和用户态之间建立消息同步通信机制；
在内核态实时监控、分析、校验文件的状态与操作行为；
若内核态监控到需要同步的数据则实时将内核态的数据同步到用户态，用户态再通过异步网络通信形式同步传输至备份机用户态应用程序，经校验确认后更新至目标文件。
进一步地，所述的同步备份配置策略包括文件/文件夹地址信息、IP地址、端口号、密码算法、数字证书等信息。
进一步地，所述处理模块包括：
在操作系统驱动层挂载过滤驱动，注册文件的新建、打开、写入和文件属性设置等回调函数地址；
在操作系统驱动层监控文件操作行为，分析、校验是否与备份配置策略一致，一致则对写入的数据进行封包。
进一步地所述方法在内核态与用户态之间建立同步通信机制时，基于Linux的Netlink网络通信机制，由用户态提供网络服务，进行侦听内核态的网络请求；内核态和用户态可自定义数据包结构，通过socket API使用Netlink协议，在内核态与用户态之间完成数据双向同步和异步交换。
进一步地，所述方法在用户态与备份机用户态之间建议异步通信机制。
进一步地，备份机用户态对接收的同步数据进行校验时，首先对数据报文进行格式校验，若是加密的报文则进行数据报文解密，接着对数据报文进行完整性校验，确认无误后，根据数据报文中的操作信息，新建文件则先创建文件再写入，更新文件则直接写入到相应的文件。
进一步地，所述方法还包括通过异步通信网络的方式将备份的状态返回至本地，状态正确则完成一次同步，否则会在本地进行持久化缓存，待下一次进行数据同步。
进一步地，在备份机用户态完成数据同步写入后，返回写入的状态；用户态收到同步状态后，状态成功则完成一次同步，否则对需要同步备份的数据按时间序列的方式在本地存储设备上进行持久化缓存，便于下一次进行同步。
为了达到上述目的，本发明提供的数据库文件实时增量同步备份系统，包括处理器以及处理程序，所述处理器可执行处理程序，以按照上述的数据库文件实时增量同步备份的方法进行数据库文件实时增量同步备份。
与现有技术相比，本发明所述方法通过驱动层监控、分析、校验，应用层网络传输、校验机制解决数据库文件实时增量同步备份的目的，不限于数据库文件，也适用于普通文件，具有真正实时高效、简单实用、安全性高等特点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
本实例提供了一种数据库文件实时增量同步备份方案，其具体基于操作系统内核，在内核层分析、定位、校验文件的具体操作行为，且可直接定位具体的写操作行为(文件名称、写操作、写入的位置、长度、内容等)，从而发起针对特定更新的数据进行同步，做到真正的实时、安全、高效的文件备份，为进一步推动信息化建设增添技术安全保障。
具体的，本实例给出的数据库文件实时增量同步备份的方法，其主要包括步骤：
(1)在系统的用户态获取本地数据库文件同步备份配置策略。
这里的同步备份配置策略包括但不限于文件/文件夹地址信息、IP地址、端口号、密码算法、证书等信息。
(2)在系统的内核态获取本地数据库文件的同步备份配置策略。
这里的同步备份配置策略，与用户态的同步备份配置策略信息内容是相同的，由用户态将同步备份配置策略信息传输到内核态。
(3)在系统的内核态设置文件的操作行为处理模块，进行监控、分析、校验文件变化及状态。
这里的处理模块可在操作系统驱动层挂载过滤驱动，注册文件的新建、打开、写入和文件属性设置等回调函数地址。
该处理模块还可在操作系统驱动层监控文件操作行为(操作类型：新建文件和更新文件)，分析、校验是否与备份配置策略一致，一致则对写入的数据进行封包，封包的数据格式包括但不限于文件名称、操作类型、操作时间、文件位置、数据长度、数据内容、杂凑算法名称、除摘要信息外的数据包摘要信息等。
具体的，本处理模块在LINUX系统的虚拟文件系统VFS层获取内核层的全局文件访问表，并遍历文件系统，设置拦截VFS层文件操作函数接口地址(打开操作和写操作)，对指定的文件及文件目录进行监控过滤处理。
当文件的操作行为为写操作行为时，进一步分析文件的在存储设备上是否已存在，不存在即为新建文件，已存在的即为更新文件操作。
本处理模块在对新建文件和更新文件的操作，在内核层对文件名称、操作类型、操作时间、文件位置、数据长度、数据内容、摘要值、杂凑算法名称等信息封包，在内核层，通过调用netlink网络通信接口，将数据包信息异步传到用户态。
(3)在系统的内核态与用户态之间，建立同步通信机制，将用户态的同步备份策略传输到内核态，同时在内核态需要同步数据到用户态时则通过同步消息通信机制将数据发送至用户态。
本步骤在内核态与用户态之间建立同步通信机制时，基于Linux的Netlink网络通信机制，由用户态提供网络服务，进行侦听内核态的网络请求。内核态和用户态可自定义数据包结构，通过socket API使用Netlink协议，在内核态与用户态之间完成数据双向同步和异步交换。
在操作系统的内核态与用户态之间，建立同步消息通信机制，确保用户态的同步备份策略可以同步到内核态，在内核态需要备份数据时，可以同步传输到用户态。
(4)在用户态再通过异步网络通信的方式将数据传输至备份机。
具体的，首先在本地用户态(A)与备份机用户态(B)之间建立高效的异步通信机制，确保需要同步到备份机的数据可以及时、高效传输到备份机，同时需要恢复时也可以高效恢复。数据发送前，可根据同步备份配置策略，对发送的数据报文包进行加密保护，确保传输的安全性。
(5)在备份机收到需要同步的数据，则对数据进行校验，确认无误后写入到目标文件。
具体的，本步骤在备份机用户态(B)收到数据后，对数据报文进行格式校验，若是加密的报文则进行数据报文解密，进一步对数据报文进行完整性校验，确认无误后，根据数据报文中的操作信息，若为新建文件则先创建文件再写入，若为更新文件则直接写入到相应的文件。
由此操作能够实现从数据库源机器的内核态监控到数据文件的变化，将变化的数据从内核态发送至用户态，再将变化的数据从数据库源机器安全备份至备份机的目标。
(6)通过异步通信网络的方式将备份的状态返回至本地，状态正确则完成一次同步，否则会在本地进行持久化缓存，待下一次进行数据同步。
具体的，本步骤在备份机用户态(B)完成数据同步写入后，返回写入的状态。本地(A)收到同步状态后，状态成功则完成一次同步，否则对需要同步备份的数据按时间序列的方式在本地存储设备上进行持久化缓存，便于下一次进行同步。
其中，系统启动时，当本地存在持久化缓存数据时，则优先同步本地持久化的缓存数据到备份机(B)，新的同步数据继续缓存在本地，直至本地持久化缓存消耗完毕。从而达到实时高效的数据同步，并可避免因外部原因，导致初始化时，进行再次全量数据校验和同步。
由上可知，本实例方案通过驱动层监控、分析、校验，应用层网络传输、校验机制达到解决数据库文件实时增量同步备份的目的。
针对本实例方案给出的数据库文件实时增量同步备份方案，在具体应用时，可构成相应的软件程序，形成数据库文件实时增量同步备份系统。该软件程序在运行时，将执行上述的数据库文件实时增量同步备份方法，同时存储于相应的存储介质中，以供处理器调取执行。
由此形成的数据库文件实时增量同步备份系统在功能上主要包括：配置策略模块、操作行为处理模块、同步模块、输出传输模块、校验模块以及状态恢复模块。
其中，配置策略模块配置成在系统的用户态获取本地数据库文件同步备份配置策略。
操作行为处理模块配置成在系统的内核态设置文件的操作行为处理模块，进行监控、分析、校验文件变化及状态。
同步模块配置成在系统的内核态与用户态之间，建立同步通信机制，将配置策略模块在用户态获取的同步备份策略传输到内核态，同时通过操作行为处理模块进行监控、分析、校验文件变化及状态；同时在内核态需要同步数据到用户态时则通过同步消息通信机制将数据发送至用户态。
输出传输模块配置成用于在用户态再通过异步网络通信的方式将数据传输至备份机。
校验模块配置成用于在备份机收到需要同步的数据，则对数据进行校验，确认无误后写入到目标文件。
状态恢复模块配置成通过异步通信网络的方式将备份的状态返回至本地，状态正确则完成一次同步，否则会在本地进行持久化缓存，待下一次进行数据同步。
在运行时，系统的处理器从存储介质中调取并执行该软件程序时，将可实现按照上述的数据库文件实时增量同步备份方法，完成数据库文件实时增量同步备份。
这里以构成的数据库文件实时增量同步备份系统实现将数据库源机器的数据实时备份至数据目标机器为例，对本方案的应用过程进行说明。
本实例中给出的数据库文件实时增量同步备份系统实现将数据库源机器的数据实时备份至数据目标机器的过程主要包括如下步骤：
1、用户态与内核态的数据交换。
1)、用户态作为网络服务端，建立网络服务，对内核态的网络请求进行侦听；
2)、内核态作为网络客户端，发起连接请求。
3)用户态将监控的文件目录、文件名称及杂凑算法等等策略信息传输到内核态；
4)内核态监控、分析目标文件及文件件的写变化，分析出是写操作时，将需要写的信息封包，通过网络传输到用户态。
2、内核态的文件监控、分析。
1)内核态在LINUX系统的虚拟文件系统VFS层获取内核层的全局文件访问表，并遍历文件系统；
2)设置拦截VFS层文件操作函数接口地址(打开操作和写操作)；
3)对接收到用户态的文件及文件目录等策略，对指定的文件及文件目录进行监控过滤处理；
4)根据文件操作行为进行细粒度分析，获得文件是新建文件行为、更新文件行为。
3、在数据库源机器的用户态与数据库目标机器的用户态数据交换。
1)在数据库目标机器获得备份策略(备份目录、IP、端口等)，并启动；
2)数据库目标机器的用户态建立网络服务，作为网络服务端，侦听来自数据库源机器的用户态的连接请求；
3)在数据库源机器的用户态发起连接请求，建立网络连接。
4)当数据库源机器的接收到数据后，通过网络服务将数据发送至数据库目标机器；
5)数据库目标机器接收到数据后，按策略要求进行数据校验，校验成功则写入到数据库目标机器的文件并返回成功信息；不成功则返回错误信息。
6)数据库源机器接收到数据库目标机器的校验信息后，根据验验信息对数据包进行处理：成功则删除本地的已发送的数据包；失败则转存错误信息性进行人工校验；
7)若数据库目标机器无法连接、处理错误或无法及时处理等情况，则在数据库源机器的用户态自动进行磁盘级缓存，便于下次进行数据备份同步。
上述本发明的方法，或特定系统单元、或其部份单元，为纯软件架构，可以透过程序代码布设于实体媒体，如硬盘、光盘片、或是任何电子装置(如智能型手机、计算机可读取的储存媒体)，当机器加载程序代码且执行(如智能型手机加载且执行)，机器成为用以实行本发明的装置。上述本发明的方法与装置亦可以程序代码型态透过一些传送媒体，如电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，当程序代码被机器(如智能型手机)接收、加载且执行，机器成为用以实行本发明的装置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，包括：
在用户态获取本地同步备份配置策略；
在内核态获取用户态的同步配置策略；
在内核态设置文件操作行为的处理模块，并在内核态和用户态之间建立消息同步通信机制；
在内核态实时监控、分析、校验文件的状态与操作行为；
若内核态监控到需要同步的数据则实时将内核态的数据同步到用户态，用户态再通过异步网络通信形式同步传输至备份机用户态应用程序，经校验确认后更新至目标文件。
2.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，所述的同步备份配置策略包括文件/文件夹地址信息、IP地址、端口号、密码算法、数字证书等信息。
3.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，所述处理模块包括：
在操作系统驱动层挂载过滤驱动，注册文件的新建、打开、写入和文件属性设置等回调函数地址；
在操作系统驱动层监控文件操作行为，分析、校验是否与备份配置策略一致，一致则对写入的数据进行封包。
4.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，所述方法在内核态与用户态之间建立同步通信机制时，基于Linux的Netlink网络通信机制，由用户态提供网络服务，进行侦听内核态的网络请求；内核态和用户态可自定义数据包结构，通过socket API使用Netlink协议，在内核态与用户态之间完成数据双向同步和异步交换。
5.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，所述方法在用户态与备份机用户态之间建议异步通信机制。
6.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，备份机用户态对接收的同步数据进行校验时，首先对数据报文进行格式校验，若是加密的报文则进行数据报文解密，接着对数据报文进行完整性校验，确认无误后，根据数据报文中的操作信息，新建文件则先创建文件再写入，更新文件则直接写入到相应的文件。
7.根据权利要求1所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，所述方法还包括通过异步通信网络的方式将备份的状态返回至本地，状态正确则完成一次同步，否则会在本地进行持久化缓存，待下一次进行数据同步。
8.根据权利要求7所述的数据库文件实时增量同步备份的方法，其特征在于，在备份机用户态完成数据同步写入后，返回写入的状态；用户态收到同步状态后，状态成功则完成一次同步，否则对需要同步备份的数据按时间序列的方式在本地存储设备上进行持久化缓存，便于下一次进行同步。
9.数据库文件实时增量同步备份系统，包括处理器以及处理程序，其特征在于，所述处理器可执行处理程序，以按照权利要求1-8中任一项所述的数据库文件实时增量同步备份的方法进行数据库文件实时增量同步备份。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201120 |