CN1960285A - 一种机房软件环境多点还原增量同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过网络进行计算机磁盘数据同步更新的方法，特别涉及一种基于硬盘多点还原技术的机房硬盘数据的网络增量同步更新的方法，本发明的步骤为：选择任意客户端做模板机，在模板机上准备软件环境和建立还原点，然后将磁盘原始数据和还原点增量数据分别形成镜像文件上传到服务器。由服务器发起对其它客户端的网络克隆。对不同的客户端克隆不同的增量镜像，可使不同的客户端拥有不同的软件环境。利用本发明的方法，机房及网吧计算机硬盘数据环境可以随时变更，崭新的增量更新模式，节省了时间提高了效率。

Description

一种机房软件环境多点还原增量同步的方法

技术领域

本发明涉及一种通过网络进行机房软件环境同步更新的方法，特别涉及一种基于多点还原技术的机房软件环境的多点增量同步的方法。

背景技术

传统的机房(如网吧、学校机房)的软件环境维护模式为Ghost软件+硬盘保护卡(或蓝卡)：利用Ghost作磁盘克隆以准备软件环境，利用硬盘保护卡的数据保护及还原功能避免硬盘中的软件环境遭到破坏。90年代末期，一些硬盘保护卡将网络克隆功能集成进到保护卡中，又添加了IP地址和计算机名称自动修改功能及一些网络控制功能，大大的方便了网络管理员，很大程度的降低了机房及网吧的维护成本，提升了维护效率。

随着硬盘容量的增大，软件数据量爆炸性的增长，上面的维护模式已经远远不能满足用户需求。这主要是由于目前的公共机房所需安装的软件数据量巨大，网络安装所需的时间长，而任何的软件环境变更，甚至一个几十K字节的软件升级补丁，也需要管理员逐台计算机的安装，否则就必须对机房内所有计算机进行一次整体的网络克隆。

对于一些比较复杂的机房软件环境，可能不同的人对软件环境的要求不同，以学校机房为例，对于小学生、中学生、高中生来说要求的软件环境、操作权限可能都是不一样的，对于只实现单点还原和增量同步的方法来说，不能做到按需配置灵活安排。例如：对于小学生来说所需的软件环境为A，对于中学生来说所需的软件环境为B，对于高中生来说所需的软件环境为C。基于单点还原和增量同步的方法只能建立和保留一个最近的还原点，并以此还原点为基础做磁盘数据的增量同步。若所有年级的学生都要使用同一个机房，软件环境的配置就很难处理，若还原点配置为高中生所用的环境C，则对于低年级的学生来说可能是不适合的；还原点配置为小学生所用的环境A，则对于高年级的学生来说可能是不适合的。在不同的时间段要配置适合不同需求的人使用的软件环境，对基于单还原点的方式来说工作量还是非常大的，因此不能灵活、简单、快速的满足不同层次的软件环境的需求是现有机房软件环境同步方法及系统的一个很大的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种机房软件环境多点还原增量同步的方法，以解决现有技术中，软件环境一旦布署就无法变更只能重新克隆，以及基于单还原点的方式，工作量大，不能灵活、快速的满足不同层次的软件环境需求变化的技术缺陷。为解决上述技术问题，本发明提出一种机房软件环境多点还原增量同步的方法，其基于服务端和客户端的网络结构，具体步骤如下：

步骤一、在客户端安装多点还原系统客户端模块，在服务端安装还原点镜像管理模块；

步骤二、在服务端构造树形多还原点逻辑关系结构，并保存初始镜像文件及各还原点与其父还原点之间对应的增量镜像文件；

步骤三、若客户端需还原到所述多还原点逻辑关系结构中某一指定还原点，客户端首先还原到该还原点的父还原点，然后在客户端应用该还原点与其父还原点之间对应的增量镜像文件。

更进一步地，所述步骤二中使用如下步骤构建服务端多点还原逻辑关系结构：

步骤A：在模板机建立初始还原点，并制作初始还原点磁盘镜像文件；

步骤B：将所述初始还原点的磁盘镜像文件上传到服务端，服务端还原点镜像管理模块构建初始多还原点逻辑关系结构；

步骤C：模板机环境变更后，建立新的还原点，并将相对于其父还原点的增量镜像文件上传到服务端，由所述服务端还原点镜像管理模块更新多还原点逻辑关系结构。

更进一步地，所述步骤A和步骤C中，任何一台客户端均可以成为模板机，用于构造初始磁盘镜像文件或增量镜像文件

更进一步地，所述步骤三中，磁盘镜像文件中包含所述指定还原点的磁盘状态表和磁盘映射表，所述应用指定还原点与其父还原点之间的增量镜像文件到客户端包括如下步骤：

步骤1、将所述指定还原点与其父还原点之间增量镜像文件克隆到客户端；

步骤2、使用所述指定还原点的磁盘状态表和磁盘映射表覆盖当前磁盘状态表和磁盘映射表。

更进一步地，所述的客户端上保留有一份线性多还原点逻辑关系结构。

更进一步地，所述步骤三中，若客户端多还原点逻辑关系结构中包含有所要还原到的还原点的父还原点，则可直接通过设置磁盘块状态表和磁盘块映射表还原到父还原点；若没有，则需通过网络从服务端获取所要还原到的还原点增量数据。

更进一步地，所述多还原点逻辑关系结构中每一还原点对应一个逻辑数据结构，该数据结构至少包括的信息有：当前还原点标识、还原点的父还原点标识，还原点增量镜像文件名称。

通过使用本发明，在需要满足不同层次的软件需求时，可以选择增量数据最小的还原点，在还原后快速的应用较小增量数据，从而减少数据的传输量、提高效率，使得机房软件系统的管理更加的灵活，更高效的满足软件系统日益频繁的变化需求。

附图说明

图1为本发明所揭示的线性多还原点逻辑关系结构图；

图2为本发明所揭示的树形多还原点逻辑关系结构图；

图3为一具体实例的还原点逻辑关系结构图；

图4为基于图3的更新后的服务器还原点逻辑关系结构图。

具体实施方式

硬盘多点还原技术是备份及还原(BACKUP&RESTORE)技术的一种应用，支持用户在任意时刻对硬盘数据建立还原点。在将来的任意时刻用户均可以选择将硬盘数据恢复到先前建立的某一还原点时刻的状态。硬盘多点还原技术需要在计算机的整个使用过程中HOOK(截获)磁盘读写例程(基本输入输出系统中断13即BIOS INT13)和操作系统磁盘驱动程序，即在系统原有磁盘读写例程上面挂接多点还原系统提供的磁盘读写过滤例程，或者直接替换磁盘原有读写例程。

多点还原磁盘读写过滤例程简称过滤器，过滤器先于磁盘原有读写例程截获所有的来自上层应用程序的磁盘读写请求，并通过修改截获的请求以达到硬盘多点可还原的目的。

过滤器在安装时，将整个硬盘用逻辑块进行划分(这种划分只是逻辑上的，固称逻辑块)，并在硬盘空闲区域保留一定空间作为系统保留区，多点还原系统的关键数据结构(磁盘块状态表、磁盘块映射表等)均存储在系统保留区内。磁盘块状态表记录着磁盘中每个逻辑块的当前状态：已使用(块内扇区全部或部分已被文件系统占用)、未使用(块内全部扇区不属于任何文件系统)、已被映射(在还原点时刻，此块为‘已使用’，在还原点时刻之后的时刻被试图更新，系统已将更新数据写到映射块内)、新分配(在还原点时刻此块为‘未使用’，在还原点时刻之后的时刻被文件系统占用)。磁盘块映射表记录着磁盘块被映射的地址，当相应磁盘块状态为‘已被映射’或‘已使用’时，在磁盘块映射表中就会存在对应映射记录，映射表至少包含两个字段项：祖先还原点映射地址及本次映射地址，所述的祖先还原点映射地址是指在祖先还原点时刻映射磁盘块地址。过滤器对截获的磁盘读写请求不是直接下发，而是通过分析当前磁盘块状态表和当前磁盘块映射表来决定如何完成它们，具体的完成策略如下：

对于磁盘读请求，查找当前磁盘块状态表获得被请求块(设为A)的状态：

(1)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘已使用’状态，则首先查找当前磁盘块映射表，如果祖先映射地址字段值不为空，假设指向磁盘块B，则直接从B块读出内容，完成本次磁盘读请求；如果祖先映射地址为空，则直接读出请求块，完成本次磁盘读请求。

(2)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘新分配’状态，则直接下发磁盘读请求读出A块内容，完成本次磁盘读请求。

(3)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘已被映射’状态，则查找当前磁盘块映射表获得A块的‘本次映射地址’，假设为B，读出B块内容，完成本次读请求。

对于磁盘写请求，查找当前磁盘块状态表获得被请求块(设为A)的状态：

(1)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘已使用’状态，在磁盘空闲区或系统保留区分配一个空闲块，假设为块B，修改磁盘写请求为对B块写，下发写请求给磁盘原有读写例程。数据写入操作完成后，修改A块在磁盘状态表中状态为‘已映射’，修改B块状态为‘已使用’，并在当前磁盘块映射表中，将A块的映射记录项中的‘本次映射地址’字段置为B块的地址，本次磁盘写请求完成

(2)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘未使用’状态，修改A块磁盘块状态为‘新分配’，下发磁盘写给磁盘原有读写例程，完成本次磁盘写请求。

(3)：如果被请求块A在磁盘状态表中为‘已被映射’状态，则查找映射表获得A块的‘本次映射地址’字段中磁盘地址值，假设此地址指向B磁盘块，将请求转向到对B进行磁盘写操作。

本发明是基于多点还原的机房软件环境的增量同步方法及系统，所述多点即多个还原点，还原点是一个时刻，在这个时刻，用户或者多点还原系统建立一个磁盘快照。在多点还原系统的控制下，在未来的任意时刻，磁盘软件环境(有效数据集)都可以恢复到还原点时刻的状态。

在本多点还原系统中，每个还原点包括如下信息：还原点时刻的磁盘块状态表、还原点时刻的磁盘块映射表，另外还有诸如还原点标识、还原点逻辑位置的辅助管理信息，如建立还原点的时间，还原点时刻软件环境说明，还原点的父亲还原点标识，还原点增量镜像文件名称等。

还原点的建立主要是生成磁盘块状态表和磁盘块映射表的过程。

在本多点还原系统中，以还原点的建立时间来分类的话，分为初始还原点和非初始还原点。初始还原点是指系统第一次建立的还原点，非第一次建立的还原点称为非初始还原点。

初始还原点的建立：首先为初始还原点生成磁盘块状态表和磁盘块映射表。方法为：搜索磁盘各个文件系统分区，将磁盘已使用块在磁盘块状态表中的状态置为‘已使用’；将磁盘空闲块在磁盘状态表中的状态置为‘未使用’；清空整个映射表；拷贝初始还原点的磁盘块状态表和磁盘块映射表到当前磁盘块状态表和当前磁盘块映射表。当前磁盘块状态表是指建立还原点时刻之前系统中使用的磁盘块状态表，在建立初始还原点时，因为没有之前的磁盘块状态表，所以直接拷贝初始还原点的磁盘块状态表。

非初始还原点的建立：首先为非初始还原点创建新的磁盘块状态表，由当前磁盘块状态表中各块的状态设置新的磁盘块状态表中块的状态。设置规则如下表：

当前磁盘块状态	新建还原点磁盘块状态
		已使用	已使用
新分配	已使用
		已映射	已使用
未使用	未使用

然后创建新的磁盘块映射表，由当前的磁盘块状态表中各个块的状态和磁盘块映射表中各个块的映射表项设置新的磁盘块映射表，设置规则如下表：

当前磁盘块状态

当前磁盘映射表项

新建还原点磁盘块映射表项

已使用	祖先还原点映射地址不空	复制祖先还原点映射地址
			祖先还原点映射地址为空	设置祖先还原点映射地址为空
	已映射				设置祖先还原点映射地址为当前磁盘块映射表中‘本次映射地址’
新分配				设置祖先还原点映射地址为空；设置本次映射地址为空
	未使用				不作设置

根据前面的理论介绍，可以知道，要使当前的磁盘状态还原到某一还原点，只要将指定还原点的磁盘块状态表和磁盘块映射表覆盖到当前磁盘块状态表和当前磁盘块映射表中即可，磁盘中存储的的软件环境就切换(还原)到指定还原点时刻所处的状态。

在实际操作环境下，要实现本发明的目的，首先需要将磁盘数据形成镜像文件上传到服务器，磁盘镜像中只存储磁盘已用块的信息，这样可以节省空间。磁盘镜像文件有初始磁盘镜像文件和增量磁盘镜像文件两种。

初始磁盘镜像文件指在建立初始还原点的时刻，将所有磁盘已用块内容加上磁盘块地址存储成文件；将初始还原点的磁盘块状态表和磁盘块映射表以及还原点辅助管理信息也添加到文件中，形成初始磁盘镜像文件。具体实现时可以选择压缩存储。

增量磁盘镜像文件是指还原点之间的增量磁盘数据所形成的磁盘镜像。设在时刻T1用户建立还原点R(m)，在T1到T2时刻用户使用计算机并在T2时刻选择建立新的还原点R(n)。那么在建立还原点时，能够提取出T1时刻到T2时刻磁盘数据产生的变化数据。磁盘数据的变化包括两种类型：对磁盘原有已使用块的修改和新分配的空闲块。由前述过滤器的工作过程可知：

1、对磁盘原有已使用块的修改内容存储在映射块内，这些块由当前磁盘块状态表中状态为‘已映射’标示，映射地址存储于磁盘映射表中的‘本次映射地址’。

2、新分配的磁盘块，内容直接存储在新分配的磁盘块内。这些块由当前磁盘块状态表中状态为‘新分配’标示。

将T1时刻到T2时刻之间所有存储有对磁盘原有已使用块的修改内容的映射块加上被映射块地址(即原有内容块地址)、映射块地址存储在文件中；将所有新分配块内容加上块地址也存储在文件中；将还原点R(n)的磁盘块状态表、磁盘块映射表以及还原点辅助管理信息也一并存储在文件中。形成还原点R(m)到还原点R(n)增量镜像文件。

以下结合附图对多点还原的还原点结构逻辑图说明本发明说揭示的机房软件环境的多点还原增量同步的方法。图1揭示了线性结构的多点还原逻辑结构图，图2揭示了树形结构的多点还原逻辑结构图。

在多点还原系统中，对某一还原点的软件环境来说，它只依赖于初始还原点的已用磁盘块内容和此还原点到初始还原点路径上的其它还原点相对于其直接父亲还原点的数据增量。举例说，在还原点13的软件环境由初始还原点的磁盘数据块加上还原点1到初始还原点的增量数据、再加上还原点13到还原点1的增量数据组成。

下面对多点还原系统一具体实施例的实现步骤进行详细描述：

步骤1、准备一台服务器，服务器可以是普通PC机，也可以采用专用服务器，要求有大的硬盘容量。服务器和机房内所有客户端计算机共处于一个网络。服务器有网络克隆的功能并服务器安装有还原点镜像管理模块，还原点镜像管理模块用来维护所有的还原点文件和还原点逻辑关系结构。

步骤2、所有的客户端计算机拥有相同的配置，任选一台作为模板机。在模板机上安装操作系统及应用软件环境；在模板机上安装客户端硬盘多点还原系统客户端模块；在模板机上建立硬盘初始还原点，并建立初始磁盘镜像文件。

步骤3、模板机将初始磁盘镜像上传到服务器，服务器根据镜像文件中还原点信息由还原点镜像管理模块更新还原点逻辑关系图：生成根节点(初始还原点)。

步骤4、在机房内其它客户端登录到服务器后，服务器可以将步骤3中接收到的磁盘镜像网络克隆到客户端计算机上。克隆后，客户端计算机就拥有了同模板机一样的初始软件环境。由于初始还原点时刻的软件环境已经安装有多点还原系统，客户机在随后的使用过程中也是多点可还原的。

步骤5、客户端恢复到还原点R(x)。受客户端计算机磁盘容量的限制，客户端在任意时刻只存在线性还原点结构，即客户端计算机中仅存储着当前最近还原点到根还原点路径上的还原点数据。如果某客户端处于图2中还原点32状态，恢复到还原点13，那么客户端计算机必须还原到初始还原点，删除还原点3和还原点32的增量信息以回收资源。然后从服务器下载还原点1的增量信息(接受还原点1到初始还原点的增量镜像文件克隆)，再下载还原点13的增量信息，以构建还原点13的软件环境。而如果某一客户端计算机处于图2中的还原点12，可以简单的还原到还原点1，再下载还原点1到还原点13的增量镜像文件，以构建还原点13的软件环境。

步骤6、在机房的使用过程中，如果需要变更软件环境，那么选择一台客户端作为模板机，选择恢复到某一合适还原点的状态(设为R(x))，在其上准备需要的软件环境，如安装某一应用软件，并在软件环境准备完毕后建立新的还原点(设为R(y))。同时生成增量镜像文件上传到服务器，服务器接收到增量镜像后更新还原点逻辑关系结构：在节点R(x)下生成新的节点R(y)。

步骤7、机房内其它客户端登录到服务器后，由服务器控制客户端还原到还原点R(x)，然后将步骤6中的增量镜像文件网络克隆到客户端，使客户端计算机拥有所有的还原点R(y)的信息及数据。客户端在完成网络克隆后将还原点R(y)的磁盘块状态表拷贝到当前磁盘块状态表，将还原点R(y)的磁盘块映射表拷贝到当前磁盘块映射表。完成后，客户端即处于还原点R(y)状态，拥有同模板机在还原点R(y)时刻同样的软件环境。

步骤8、重复步骤6、7可以随时对机房整体软件环境进行变更。

以下为一具体的实例说明，设某一时刻，服务器上存在的还原点结构如图3。

root.img文件为在一台范本机上安装了操作系统X、多点还原系统、通用工具等软件环境后，建立初始还原点后，上传到服务器的初始磁盘镜像。root.img文件记录了初始还原点时刻的软件环境。

r1.img檔，为在一台处于初始还原点时刻软件环境的模板机上新安装软件1后，建立还原点1。并建立磁盘增量镜像文件r1.img上传到服务器。

r2.img檔，为在一台处于初始还原点时刻软件环境的模板机上新安装软件2后，建立还原点2。并建立磁盘增量镜像檔r2.img上传到服务器。

r3.img檔，为在一台处于初始还原点时刻软件环境的模板机上新安装软件3后，建立还原点3。并建立磁盘增量镜像檔r3.img上传到服务器。

列举一些可能的机房维护操作如下：

1：服务器将镜像文件root.img网络克隆到裸机PC#7，则PC#7拥有了初始还原点时刻的软件环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具)。

2：PC#9拥有初始还原点时刻的软件环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具)，服务器将镜像r1.img网络克隆到PC#9后，PC#9拥有还原点1时刻的软件的环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具+软件1)。

3：PC#6拥有还原点1时刻的软件环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具+软件1)，服务器控制PC#6还原到初始还原点时刻的状态(操作系统X+多点还原系统+通用工具)。然后，服务器将镜像r3.img网络克隆到PC#6后，PC#6拥有还原点3时刻的软件的环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具+软件3)。

4：PC#5处于还原点2的状态，拥有软件环境(操作系统X+多点还原系统+通用工具+软件2)。在PC#5上安装软件21，然后建立还原点21，并将还原点21到还原点2之间发生的磁盘增量数据打包形成镜像檔r21.img后上传到服务器。服务器中维护的原点结构图更新后如图4。

Claims (7)

1、一种机房软件环境多点还原增量同步的方法，基于服务端和客户端的网络结构，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在客户端安装多点还原系统客户端模块，在服务端安装还原点镜像管理模块；

步骤二、在服务端构造树形多还原点逻辑关系结构，并保存初始镜像文件及各还原点与其父还原点之间对应的增量镜像文件；

步骤三、若客户端需还原到所述多还原点逻辑关系结构中某一指定还原点，客户端首先还原到该还原点的父还原点，然后在客户端应用该还原点与其父还原点之间对应的增量镜像文件。

2、如权利要求1所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述步骤二中使用如下步骤构建服务端多点还原逻辑关系结构：

步骤A：在模板机建立初始还原点，并制作初始还原点磁盘镜像文件；

步骤B：将所述初始还原点的磁盘镜像文件上传到服务端，服务端还原点镜像管理模块构建初始多还原点逻辑关系结构；

步骤C：模板机环境变更后，建立新的还原点，并将相对于其父还原点的增量镜像文件上传到服务端，由所述服务端还原点镜像管理模块更新多还原点逻辑关系结构。

3、如权利要求2所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述步骤A和步骤C中，任何一台客户端均可以成为模板机，用于构造初始磁盘镜像文件或增量镜像文件。

4、如权利要求3所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述步骤三中，磁盘镜像文件中包含所述指定还原点的磁盘状态表和磁盘映射表，所述应用指定还原点与其父还原点之间的增量镜像文件到客户端包括如下步骤：

步骤1、将所述指定还原点与其父还原点之间增量镜像文件克隆到客户端；

步骤2、使用所述指定还原点的磁盘状态表和磁盘映射表覆盖当前磁盘状态表和磁盘映射表。

5、如权利要求4所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述的客户端上保留有一份线性多还原点逻辑关系结构。

6、如权利要求5所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述步骤三中，若客户端多还原点逻辑关系结构中包含有所要还原到的还原点的父还原点，则可直接通过设置磁盘块状态表和磁盘块映射表还原到父还原点；若没有，则需通过网络从服务端获取所要还原到的还原点增量数据。

7、如权利要求6所述的机房软件环境多点还原增量同步的方法，其特征在于，所述多还原点逻辑关系结构中每一还原点对应一个逻辑数据结构，该数据结构至少包括的信息有：当前还原点标识、还原点的父还原点标识，还原点增量镜像文件名称。

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