CN112130760A - 一种基于True CDP的数据写入方法、装置及介质 - Google Patents

一种基于True CDP的数据写入方法、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于True CDP的数据写入方法、装置及介质，方法包括：为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；根据写入操作将文件写入至目标写入位置。由于Reflink在进行文件备份时并不进行真正的数据空间分配及备份，只保存了文件的元数据，因此其所需的存储空间开销极小；只有在执行数据写入操作时，才会以写时复制的方式写入对应的文件，即本方法利用reflink的CoW特性规避了数据“双写”的问题，有效提高了数据备份的效率，从而提高了数据写入的效率，提高了存储空间的利用率。

Description

一种基于True CDP的数据写入方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及数据IO领域，特别涉及一种基于True CDP的数据写入方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
在云计算、虚拟化场景中，传统的数据备份方案主要是周期性对数据进行备份，包括全量备份及增量备份，主要方案就是快照(snapshot)技术；然而在一些对数据安全要求较高的应用场景中，用户对数据恢复的粒度具有更高的要求，需要能够将数据恢复到任意时间点，因此CDP(Continuous Data Protection，持续数据保护)技术应用而生。CDP持续数据保护，也称数据实时备份(real-time backup)，会对数据的任意修改都自动备份，本质上是保存了用户对数据修改的任意版本，因此可支持用户将数据恢复到任意时刻。其中，CDP实现方案包括True CDP和Near CDP；True CDP实现技术主要有基于硬件和基于日志的两种实现方式。基于硬件的True CDP通过专用硬件旁路，将数据写入专用CDP硬件设备中；该方案性能较好，但实现起来成本较高，只应用在一些对成本不敏感的专用场合；另一种TrueCDP方案是基于日志 (journal)实现，也即每次数据写入前，都会以日志的形式将系统运行CDP 期间的每一个数据IO记录到备份区域；该方案的优势是成本低，缺点是出现了数据“双写”的问题——数据要先写入日志(journal)中再写入目标写入位置中，因而使得存储空间的利用率低，数据写入效率低。
因此，如何提高基于True CDP的数据写入的效率，提高存储空间的利用率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于True CDP的数据写入方法，能够提高基于True CDP的数据写入的效率，提高存储空间的利用率；本发明的另一目的是提供一种基于True CDP的数据写入装置及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于True CDP的数据写入方法，包括：
为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；
在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置。
优选地，所述在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
利用QEMU跟踪所述数据IO，并判断所述数据IO是否为写入操作；
若是，则基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行 reflink操作。
优选地，在所述基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作之后，进一步包括：
记录进行reflink操作的备份时间；
当获取到数据恢复指令时，从各所述备份时间中确定出与所述数据恢复指令中的目标恢复时间对应的目标备份时间，并利用与所述目标备份时间对应的备份数据进行数据恢复操作。
优选地，进一步包括：
按照预设备份粒度策略清理所述备份数据。
优选地，所述按照预设备份粒度策略清理所述备份数据的过程，具体包括：
按照预设时间周期和所述预设备份粒度策略清理所述备份数据。
优选地，在所述根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置之后，进一步包括：
发出对应的提示信息。
优选地，所述在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
在确定出跟踪到的所述数据IO为所述写入操作时，对所述写入操作进行安全性验证，并在验证通过的情况下基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种基于True CDP的数据写入装置，包括：
设置模块，用于为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；
备份模块，用于在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
写入模块，用于根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种基于True CDP的数据写入装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种基于True CDP的数据写入方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种基于TrueCDP的数据写入方法的步骤。
本发明提供的一种基于True CDP的数据写入方法，包括：为目标盘设置用于TrueCDP数据备份的配置参数；在跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink备份操作；根据写入操作将文件写入至目标写入位置。可见，由于Reflink在进行文件备份时并不进行真正的数据空间分配及备份，只保存了文件的元数据，因此其所需的存储空间开销极小；只有在执行数据写入操作时，才会以写时复制的方式写入对应的文件，即本方法利用reflink的CoW特性规避了数据“双写”的问题，有效提高了数据备份的效率，从而提高了数据写入的效率，提高了存储空间的利用率。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于True CDP的数据写入装置及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于True CDP的数据写入方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于True CDP的数据写入装置的结构图；
图3为本发明实施例提供的另一种基于True CDP的数据写入装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的核心是提供一种基于True CDP的数据写入方法，能够提高基于True CDP的数据写入的效率，提高存储空间的利用率；本发明的另一核心是提供一种基于True CDP的数据写入装置及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于True CDP的数据写入方法的流程图。如图1所示，一种基于True CDP的数据写入方法包括：
S10：为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数。
具体的，在实际操作中，首先确定出需要进行True CDP保护的目标盘，即需要基于True CDP进行数据写入的系统盘或者数据盘，并根据用户信息、虚拟机运行状态等信息确定当前是否需要对虚拟机启动基于True CDP的数据备份的进程，在根据实际需求确定需要开启True CDP进程时才开启该进程，以节省系统资源。在确定出需要开启True CDP进程的情况下，为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数，包括进行reflink操作时备份数据的保存位置等。需要说明的是，在实际操作中，对备份数据的保存位置不做限定，一般将保存位置设置为与写入操作对应的目标写入位置的同一目录下。
S20：在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
S30：根据写入操作将文件写入至目标写入位置。
具体的，虚拟机在运行期间会按照数据保护策略设定，实时监测跟踪数据IO，并在跟踪到数据IO时，判断跟踪的该数据IO具体为写入操作还是读取操作，对于读取操作，则直接忽略；如果是写入操作，则在将文件写入后端文件，即目标写入位置之前，先执行reflink操作，文件中的元数据进行备份保护，然后再执行数据写入操作，将文件写入至与该写入操作对应的目标写入位置，目标写入位置可以具体为本地磁盘等，本实施例对此不做限定。
可以理解的是，本实施例需要确保进行数据写入操作所在的文件系统支持reflink特性。Reflink是大多数现代文件系统都提供的一个轻量级数据拷贝方法，如ext3/4(Third/Forth extended filesystem，第三/四代扩展文件系统)、btrfs(b-treefilesystem，由Oracle开发的基于CoW的文件系统)、xfs(一种高性能的日志文件系统)、ocfs2(Oracle Cluster Filesystem version 2，第二代 Oracle集群文件系统)等文件系统都支持reflink特性。Reflink基于CoW (Copy-on-Write，写时复制)技术实现，在进行文件拷贝时并不进行真正的数据空间分配及拷贝，只保存了文件的元数据，因此其空间开销极小；只有真正发生数据写入时，才会以写时复制的方式写入对应的文件。Reflink备份实际上只有新写入的数据占用了空间，而对于未修改部分，Reflink提供了数据段粒度的文件间数据共享，有效提高了磁盘空间利用率和拷贝效率。
本发明实施例提供的一种基于True CDP的数据写入方法，包括：为目标盘设置用于True CDP数据备份的配置参数；在跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink备份操作；根据写入操作将文件写入至目标写入位置。可见，由于Reflink在进行文件备份时并不进行真正的数据空间分配及备份，只保存了文件的元数据，因此其所需的存储空间开销极小；只有在执行数据写入操作时，才会以写时复制的方式写入对应的文件，即本方法利用reflink的CoW特性规避了数据“双写”的问题，有效提高了数据备份的效率，从而提高了数据写入的效率，提高了存储空间的利用率。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例中，在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
利用QEMU跟踪数据IO，并判断数据IO是否为写入操作；
若是，则基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作。
需要说明的是，在本实施例中，通过执行预先进行修改设置的QEMU (QuickEmulator，一种开源的能够进行硬件虚拟化的管理程序)来启动虚拟机，虚拟机在运行期间会按照数据保护策略设定，跟踪每个用户的数据IO并做reflink备份。
具体的，本实施例具体是通过对QEMU的BlockDriver进行修改以实现支持数据IO的跟踪，具体修改方法如下：
修改QEMU block下的file backing的BlockDriver实现，对数据写入方法 (bdrv_co_pwritev)进行修改，在此增加一个钩子函数(Hook function)。当监测到数据IO时，利用钩子函数对该数据IO进行判断，确定出该数据IO是否为写入操作，若是，则基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作，调用底层文件系统的reflink接口对写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作，即进行reflink备份。
可见，本实施例利用QEMU跟踪数据IO，以便在数据IO为写入操作时进行reflink备份，能够提高监测写入操作的准确度和便捷度。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例在基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行 reflink操作之后，进一步包括：
记录进行reflink操作的备份时间；
当获取到数据恢复指令时，从各备份时间中确定出与数据恢复指令中的目标恢复时间对应的目标备份时间，并利用与目标备份时间对应的备份数据进行数据恢复操作。
具体的，在本实施例中，是在基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作之后，进一步记录进行reflink操作的备份时间，记录的方式多种多样，例如可以是在备份数据的后面新增用于表示备份时间的字段，本实施例对具体的记录方式不做限定。
在实际操作中，在记录了进行reflink操作的备份时间的基础上，当获取到数据恢复指令时，则根据数据恢复指令确定出目标恢复时间，即需要目标恢复时间这一时间点对应的备份数据；从预先记录的各备份时间中确定出与目标恢复时间对应的目标备份时间，再利用与目标备份时间的reflink操作对应的备份数据进行数据恢复操作；具体是以该reflink操作对应的备份数据来启动系统或者恢复数据盘，完成数据恢复操作。
可见，相较于现有技术中在进行数据恢复操作时需要遍历日志中的各数据IO，并根据各数据IO对目标写入位置的文件的数据进行迭代追溯，确定出进行数据恢复操作对应的备份数据的方式，本实施例的方法可以直接根据备份时间进行数据恢复操作，因此本方法进行数据恢复操作的效率高。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例进一步包括：
按照预设备份粒度策略清理备份数据。
具体的，基于空间开销的考虑，在实际操作中，可预先设置备份粒度策略，并按照预设的备份粒度策略对底层的reflink操作对应的备份数据进行清理，例如可以是清除重复的备份数据，或者清除预设时间点之前的备份数据等，在本实施例中，预设备份粒度策略指的是对近期的备份数据进行较细粒度的保护，而对较为久远的备份数据只进行粗粒度的数据保存，因此按照预设备份粒度策略删除多余的备份数据。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例进一步包括：
按照预设时间周期和预设备份粒度策略清理备份数据。具体的，在本实施例中，进一步预先设置预设时间周期，并按照预设时间周期和预设备份粒度策略清理备份数据。也就是说，按照预设时间周期定期进行备份数据的清理操作，清理的原则是按照预设备份粒度策略执行的。可见，本实施例通过按照预设时间周期和预设备份粒度策略清理备份数据，能够减少对存储空间的占用，进一步提高存储空间的利用率。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例在根据写入操作将文件写入至目标写入位置之后，进一步包括：
发出对应的提示信息。
具体的，在本实施例中，是在根据写入操作将文件写入至目标写入位置之后，进一步触发提示装置发出对应的提示信息。需要说明的是，提示装置可以具体是蜂鸣器和/或指示灯和/或显示器，通过触发蜂鸣器/指示灯/显示器等提示装置发出对应的提示信息，如蜂鸣音/闪烁灯/显示文字或图像等，以直观地提示用户当前已经完成写入操作，已将写入操作对应的文件写入至目标写入位置中，从而能够进一步提升用户的使用体验。
在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，具体的，本实施例中，在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，对写入操作进行安全性验证，并在验证通过的情况下基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行 reflink操作。
具体的，在本实施例中，在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，则先对写入操作进行安全性验证，并在验证通过的情况下进入后续基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的步骤；若验证未通过，则表示该写入操作存在安全性问题，因此忽略掉该写入操作，或者更进一步地发出对应的警示信息。
需要说明的是，在本实施例中，对写入操作进行安全性验证的方式，可以是获取该写入操作中携带的数字签名，通过验证该数字签名是否合法有效来确定对该写入操作的安全性验证是否通过；在其他的实施方式中，还可以利用其他的验证方式对该写入操作进行安全性验证，本实施例对安全性验证的具体方式不做限定。
可见，本实施例通过进一步对写入操作进行安全性验证，在安全性验证通过的情况下才响应该写入操作，因此能够进一步数据写入操作的安全性。
上文对于本发明提供的一种基于True CDP的数据写入方法的实施例进行了详细的描述，本发明还提供了一种与该方法对应的基于True CDP的数据写入装置及计算机可读存储介质，由于装置及计算机可读存储介质部分的实施例与方法部分的实施例相互照应，因此装置及计算机可读存储介质部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
图2为本发明实施例提供的一种基于True CDP的数据写入装置的结构图，如图2所示，一种基于True CDP的数据写入装置包括：
设置模块21，用于为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；
备份模块22，用于在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
写入模块23，用于根据写入操作将文件写入至目标写入位置。
本发明实施例提供的基于True CDP的数据写入装置，具有上述基于True CDP的数据写入方法的有益效果。
作为优选的实施方式，一种基于True CDP的数据写入装置进一步包括：
记录模块，用于记录进行reflink操作的备份时间；
恢复模块，用于当获取到数据恢复指令时，从各备份时间中确定出与数据恢复指令中的目标恢复时间对应的目标备份时间，并利用与目标备份时间对应的备份数据进行数据恢复操作。
作为优选的实施方式，一种基于True CDP的数据写入装置进一步包括：
清理模块，用于按照预设备份粒度策略清理备份数据。
作为优选的实施方式，清理模块具体包括：
清理单元，用于按照预设时间周期和预设备份粒度策略清理备份数据。
作为优选的实施方式，一种基于True CDP的数据写入装置进一步包括：
提示模块，用于在根据写入操作将文件写入至目标写入位置之后，发出对应的提示信息。
作为优选的实施方式，备份模块具体包括：
备份单元，用于在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，对写入操作进行安全性验证，并在验证通过的情况下基于配置参数对与写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作。
图3为本发明实施例提供的另一种基于True CDP的数据写入装置的结构图，如图3所示，一种基于True CDP的数据写入装置包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序时实现如上述基于True CDP的数据写入方法的步骤。
本发明实施例提供的基于True CDP的数据写入装置，具有上述基于True CDP的数据写入方法的有益效果。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述基于True CDP的数据写入方法的步骤。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质，具有上述基于True CDP的数据写入方法的有益效果。
以上对本发明所提供的基于True CDP的数据写入方法、装置及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种基于True CDP的数据写入方法，其特征在于，包括：
为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；
在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
利用QEMU跟踪所述数据IO，并判断所述数据IO是否为写入操作；
若是，则基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作之后，进一步包括：
记录进行reflink操作的备份时间；
当获取到数据恢复指令时，从各所述备份时间中确定出与所述数据恢复指令中的目标恢复时间对应的目标备份时间，并利用与所述目标备份时间对应的备份数据进行数据恢复操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括：
按照预设备份粒度策略清理所述备份数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按照预设备份粒度策略清理所述备份数据的过程，具体包括：
按照预设时间周期和所述预设备份粒度策略清理所述备份数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置之后，进一步包括：
发出对应的提示信息。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作的过程，具体包括：
在确定出跟踪到的所述数据IO为所述写入操作时，对所述写入操作进行安全性验证，并在验证通过的情况下基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作。
8.一种基于True CDP的数据写入装置，其特征在于，包括：
设置模块，用于为目标盘设置基于True CDP的数据备份的配置参数；
备份模块，用于在确定出跟踪到的数据IO为写入操作时，基于所述配置参数对与所述写入操作对应的文件的元数据进行reflink操作；
写入模块，用于根据所述写入操作将所述文件写入至目标写入位置。
9.一种基于True CDP的数据写入装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于True CDP的数据写入方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于True CDP的数据写入方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112905391A (zh) * 2021-05-07 2021-06-04 南京云信达科技有限公司 一种基于页写时复制的数据同步方法及系统
CN114416431A (zh) * 2022-03-28 2022-04-29 成都云祺科技有限公司 基于kvm的无代理持续性数据保护方法、系统及存储介质
WO2023116109A1 (zh) * 2021-12-23 2023-06-29 郑州云海信息技术有限公司 一种请求处理方法、装置、设备及非易失性可读存储介质

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