CN1704903A - 一种快照备份的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据备份技术领域，具体来说是涉及一种通过快照技术实现主机不间断读写访问的数据备份方法。其包含步骤：快照初始化步骤，即获取源卷和目标卷的信息，建立结构变量，设置快照起始标志，建立位图并进行初始化；注册读写处理函数，创建后台拷贝进程；读写请求处理步骤，即接收读写请求，根据读写请求类型做相应处理；后台拷贝步骤，即扫描位图，按照优先级复制对应的区域，直至源卷所有的数据区域都拷贝到目标卷，设置本次快照结束标志，更新位图标记。该方法实现了快照期间主机读写请求的无阻塞，有效减少快照对读写性能的影响，进而能有效提高快照期间的主机响应速度。

Description

一种快照备份的方法

技术领域

本发明涉及数据备份技术领域，具体来说是涉及一种通过快照技术实现主机不间断读写访问的数据备份方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展与计算机技术的普遍应用，互联网上信息的迅速增加以及电子商务的发展，保护数据安全、实现数据的存储备份在企业应用系统中占有重要的位置。然而，备份过程要求不中断服务器业务，要求尽可能减少对数据访问性能的影响。因此，存储阵列快照技术作为一种新的技术应运而生，在很大程度上解决了这一问题。

快照技术是通过软件对要备份的磁盘子系统的数据快速扫描，从而建立即时的数据映像。其现有的通过快照实现备份的方式有两种：写前拷贝和拆镜像对。其中，写前拷贝方式就是指快照过程中，对于主机更新源卷的写请求，快照程序若发现该写请求在源卷上的对应部分尚未被拷贝到辅卷，则先悬挂主机请求，将源卷上对应的旧数据拷贝到快照辅助卷上之后才进行响应。该方式对系统性能的影响较拆镜像对方式小一些。

目前，针对写前拷贝方式有相关的专利，其主要是在快照过程先依次扫描源卷的各磁道，拷贝未被主机更新过的源卷磁道到辅卷，然后依次拷贝快照辅助卷(与主卷位于同一数据存储系统内，临时存储快照期间主机更新部分的旧数据)上的旧数据到辅卷。

该专利快照期间，主机对于源卷的更新写请求时，先悬挂主机请求，将旧数据拷贝到快照辅助卷上之后才进行响应。显然，若没有旧数据尚未被拷贝到快照辅助卷，则仍然要先悬挂主机请求，这样会对主机的写性能影响比较大。

另一相关专利，其主要是主机快照期间读数据时，直接从快照辅助卷中读，若读不到则再从源卷中读取。显然，该专利对主机的性能影响也较大。

发明内容

本发明提出了一种快照备份的方法，以解决现有的快照技术均对主机的读写性能有较大影响的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种快照备份的方法，其中，所述方法包含以下步骤：

a、快照初始化步骤

获取源卷和目标卷的信息，建立结构变量，设置快照起始标志，建立位图并进行初始化；注册读写处理函数，创建后台拷贝进程；

b、读写请求处理步骤

接收读写请求，根据读写请求类型做相应处理：

读操作：如果读源卷，则直接读取源卷上的数据；如果读快照卷，则先扫描快照位图，判断是否已经拷贝到目标卷，若已经拷贝到目标卷上，则读取目标卷上的数据，否则直接读取源卷上的数据；

写操作：先扫描快照位图，如果位图标识为其源卷数据区域都已经拷贝到目标卷，则将数据直接写到源卷中；否则现将源卷中对应区域中的数据拷贝到目标卷中，并更新位图的对应标识，然后将要写的数据写回源卷中；

c、后台拷贝步骤

扫描位图，按照优先级复制对应的区域，直至源卷所有的数据区域都拷贝到目标卷，设置本次快照结束标志，更新位图标记。

其中：CACHE接收到快照请求后，禁止处理主机写请求，启动快照初始化步骤；CACHE对需要做快照的整个卷做回写标记，完成后允许处理主机写请求；CACHE做回写处理后通知快照程序刷新完成。

所述的初始化步骤更具体包含有：获取源卷和目标卷的信息后，进行合法性检查，并设置目标卷为只读状态。

所述的后台拷贝步骤更具体为：

扫描位图，优先复制对应的位图标记为01的区域之后，再复制标记为00的区域，同时更新位图标记直至位图全部标记为10为止，本次快照结束，释放快照资源。

所述方法还包含有异常情况处理步骤，具体为当存储系统繁忙需要放弃所有快照时，接收到放弃快照的命令后，首先注销快照读写处理函数，然后检查是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止快照线程，释放资源。

所述方法还包含有异常情况处理步骤，具体为当存储系统繁忙需要放弃某个快照时，接收到放弃快照的命令后，首先将此快照的状态标记设置为放弃，不再处理对此快照的读请求，对于源卷的写请求也不再查询此快照的位图，然后检查此快照是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止此快照线程，释放资源。

本发明涉及一种快照备份的方法，其主要是为存储系统提供在线快照的同时，尽最大可能提高对主机读写请求的响应。本发明对写前拷贝技术做了优化，将CACHE写机制同快照技术结合起来。CACHE每次接收到主机写请求，就将位图中写请求对应区域的相应位置标记为01。快照进程首先扫描位图，优先对位图标记为01的区域做快照复制，在没有标记为01的情况下，复制标记为00的区域。CACHE每次回写该快照所在卷前，先查找位图，只将标记为10的区域回写。在通常情况下，该技术实现了快照期间主机读写请求的无阻塞，有效减少快照对读写性能的影响，进而能有效提高快照期间的主机响应速度。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程图；

图2是快照模块总体结构图；

图3是快照初始化流程图；

图4是快照写处理流程图；

图5是快照后台拷贝流程图。

具体实现方式

为了更加清楚本发明所述的方法，以及整体运作方式，兹配合附图和具体实施例详细说明如下：

快照模块介于CACHE模块(高速缓冲存储器)和RAID模块(独立冗余磁盘阵列；RAID：Redundant Arrays of Inexpensive Disk)之间，其包含有三个子功能模块：即初始化模块、读写处理模块和后台拷贝模块。其中，初始化模块接收并初始化CACHE传来的源卷和目标卷的信息，并注册写处理函数；读写处理模块用于处理对源卷和快照卷的读写请求；后台拷贝模块用于将数据从源卷拷贝到目标卷。

如图2所示，快照模块从CACHE模块接收源卷和快照卷信息，及对源卷和快照卷的读写请求信息。快照模块的读写处理模块和后台拷贝线程从RAID模块中读取源卷的数据，然后写入目标卷中，完成数据从源卷到目标卷的拷贝。快照模块还需要对快照卷属性进行设置，查询逻辑单元号(LUN：Logic Unit Number)使用情况、LUN大小，查询和设置快照拷贝单元ZONE(区域，快照拷贝单元)大小等信息。

快照模块对每个快照LUN维护一个位图，每个位图采用2bit(位)来标识，用以纪录当前快照拷贝单元的状态。快照后台拷贝线程优先将CACHE有可能回写的区域(位图标识为01)拷贝到快照目标卷。CACHE每次回写该快照所在的RAID组前，先查找位图，将位图标志为10的区域回写。

对于位图的置位标识具体说明如表1所示：

表1

标识	说明
		00	用于标识未进行拷贝的源卷数据区域，其快照后台拷贝的优先级低；
01	用于标识CACHE收到主机写请求后将位图相应区域位置位，该区域尚无回写到磁盘的要求，其快照后台拷贝的优先级高；

10	用于标识已完成拷贝到目标卷的源卷数据区域。

下面结合图2详细说明快照模块各个子模块的功能。

1、初始化模块：判断命令类型，如果是事故恢复后重启，则从系统备份装置读取控制信息数据以及注册读写函数和创建I/O线程；如果是正常开始，则根据传递数据建立控制信息结构、注册读写函数和创建后台拷贝线程。

2、读写处理模块：只有当初始化模块注册好读写处理函数后，该模块开始接收读写请求。具体是：

读写模块/读处理：下发的读请求，直接调用读处理接口函数，由处理函数根据数据搬移情况将目标定向到正确的目标卷：读源卷，重定向到源卷；读快照卷，则先判断位图，若标识为10则重定向到快照卷，否则重定向到源卷，并将重定向的结果作为接口函数的输出返回给调用者。

读写模块/写处理：有写请求时，调用写处理接口函数。如果系统中无读写处理线程，则由接口函数创建读写处理线程；如果系统中存在读写处理线程，则将读写处理线程设为活动状态，将写请求放入写消息队列。读写处理线程每次从写消息队列中读出一个写命令，根据位图判断是否执行写前拷贝工作。

3、后台拷贝模块：初始化模块创建好后台拷贝线程后，该模块才开始工作。每一个快照对应一个后台拷贝线程，该线程由初始化模块创建。后台拷贝线程需将源卷数据拷贝到快照卷，拷贝时根据位图标识的优先级别进行拷贝，即先拷贝位图为01的，然后再拷贝位图为00的区域。

下面结合图1和3详细说明快照流程的具体过程：

1、快照初始化时CACHE的处理过程：

(1)CACHE接收到快照请求，禁止处理主机写请求，并启动快照初始化线程；

(2)CACHE开始对整个需要做快照的卷做回写标记，回写标记完成时允许处理主机写请求；

(3)CACHE开始回写，回写完成后，CACHE通知快照程序刷新完成。

2、正常快照初始化线程：

(1)获取源卷和目标卷的信息，进行合法性检查，设置目标卷为只读状态；

(2)将源卷和目标卷的信息写入快照控制信息结构变量，设置快照的开始标志；

(3)根据源卷结构，建立源卷逻辑区域的位图，初始化位图；

(4)  收到CACHE刷新完成通知后，向CACHE模块注册处理函数，并启动源卷和目标卷之间的后台拷贝进程。

3、读写请求处理线程：

处理函数完成注册后，接受CACHE模块传来的读写请求，根据不同读写请求类型做相应处理，具体如下：

(1)读操作：

判断读操作是读源卷还是读快照盘，其操作分别如下：

读源卷操作：读取源卷上的数据；

读快照操作：先查找读操作中区域对应的快照位图，若为00或01则直接读取源卷上的数据；若为10则读取目标卷上的数据。

(2)写操作：

对于写操作，采用写前拷贝方法。首先查找该区域对应的所有快照的位图，如果对应快照位图标志为00和01，则先将源卷中对应的区域中的数据拷贝到目标卷中去，并将标志为00和01的快照位图置位为10，然后将要写的数据写回源卷中。如果全部快照位图的置位标志为10，则将数据直接写到源卷中。

4、后台拷贝线程：

(1)进程首先扫描位图，优先复制对应的位图标志为01的区域，在没有标记为01的情况下，复制标记位为00的区域。复制完毕修改位图标记。当位图全部标记为10，设置此次快照的结束标志，并通知CACHE释放此次快照的资源，此次快照完成。然后，判断是否还有正在进行的快照，如果全部快照都完成，通知CACHE注销快照处理函数；

(2)对该区域进行复制操作，将源卷中的数据拷贝到一个或多个目标卷中。对于将一个源卷拷贝到多个目标卷的情况，首先拷贝源卷到一个目标卷，再从此目标卷拷贝到其他目标卷。

另外，对于异常情形需要放弃快照流程，情况如下：

(1)放弃所有快照

当存储系统繁忙需要放弃所有快照时，接收到放弃快照的命令后，首先注销快照读写处理函数，然后检查是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止快照线程，释放资源。

(2)放弃单个快照

当存储系统繁忙需要放弃某个快照时，接收到放弃快照的命令后，首先将此快照的状态标记设置为放弃，不再处理对此快照的读请求，对于源卷的写请求也不再查询此快照的位图，然后检查此快照是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止此快照线程，释放资源。

本发明一种快照备份的方法，其主要是为存储系统提供在线快照的同时，尽最大可能提高对主机读写请求的响应。本发明对写前拷贝技术做了优化，将CACHE写机制同快照技术结合起来。CACHE每次接收到主机写请求，就将位图中写请求对应区域的相应位置为01。快照进程首先扫描位图，优先对位图标记为01的区域做快照复制，在没有标记为01的情况下，复制标记位为00的区域。CACHE每次回写该快照所在卷前，先查找位图，只将标记为10的区域回写。在通常情况下，该技术实现了快照期间主机读写请求的无阻塞，有效减少快照对读写性能的影响，进而能有效提高快照期间的主机响应速度。

Claims (6)

1、一种快照备份的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

a、快照初始化步骤

获取源卷和目标卷的信息，建立结构变量，设置快照起始标志，建立位图并进行初始化；注册读写处理函数，创建后台拷贝进程；

b、读写请求处理步骤

接收读写请求，根据读写请求类型做相应处理：

读操作：如果读源卷，则直接读取源卷上的数据；如果读快照卷，则先扫描快照位图，判断是否已经拷贝到目标卷，若已经拷贝到目标卷上，则读取目标卷上的数据，否则直接读取源卷上的数据；

写操作：先扫描快照位图，如果位图标识为其源卷数据区域都已经拷贝到目标卷，则将数据直接写到源卷中；否则现将源卷中对应区域中的数据拷贝到目标卷中，并更新位图的对应标识，然后将要写的数据写回源卷中；

c、后台拷贝步骤

扫描位图，按照优先级复制对应的区域，直至源卷所有的数据区域都拷贝到目标卷，设置本次快照结束标志，更新位图标记。

2、如权利要求1所述的一种快照备份的方法，其特征在于：CACHE接收到快照请求后，禁止处理主机写请求，启动快照初始化步骤；CACHE对需要做快照的整个卷做回写标记，完成后允许处理主机写请求；CACHE做回写处理后通知快照程序刷新完成。

3、如权利要求1所述的一种快照备份的方法，其特征在于：所述的初始化步骤更具体包含有：获取源卷和目标卷的信息后，进行合法性检查，并设置目标卷为只读状态。

4、如权利要求1所述的一种快照备份的方法，其特征在于：所述的后台拷贝步骤更具体为：

扫描位图，优先复制对应的位图标记为01的区域之后，再复制标记为00的区域，同时更新位图标记直至位图全部标记为10为止，本次快照结束，释放快照资源。

5、如权利要求1所述的一种快照备份的方法，其特征在于：所述方法还包含有异常情况处理步骤，具体为当存储系统繁忙需要放弃所有快照时，接收到放弃快照的命令后，首先注销快照读写处理函数，然后检查是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止快照线程，释放资源。

6、如权利要求1所述的一种快照备份的方法，其特征在于：所述方法还包含有异常情况处理步骤，具体为当存储系统繁忙需要放弃某个快照时，接收到放弃快照的命令后，首先将此快照的状态标记设置为放弃，不再处理对此快照的读请求，对于源卷的写请求也不再查询此快照的位图，然后检查此快照是否有正在进行或悬挂的快照读写请求，如果有则等待其处理完成后，终止此快照线程，释放资源。

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