CN102012851A - 一种持续数据保护方法及服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种持续数据保护方法及服务器，该方法包括：服务器接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。该方法能够合理管理日志数据，实现快速查找和数据恢复。
Description
技术领域
本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种持续数据保护方法及服务器。
背景技术
数据的快速增长及数据的高可用性、安全性的要求刺激了存储技术的发展，存储技术己成为IT基础架构的一个关键因素，存储网络为海量存储数据和共享数据提供了一个有效的硬件基础。面对海量数据，数据的保护和灾难恢复也越来越重要，而原有的数据保护方法，如磁带备份，存在备份窗口大、恢复时间长、实时响应差、影响正常业务等弊端，已经无法满足当前的需求。使用磁盘的在线复制和数据冗余成为流行的数据保护技术。
连续数据保护(Continuous Data Protection，CDP)是一种在不影响主要数据运行的前提下，可以实现持续捕捉或跟踪目标数据所发生的任何改变，并且能够恢复到此前任意时间点的方法。连续数据保护方法可以保护从某时刻开始的卷或者文件在此后的任意时刻的数据状态，也就是数据的每次改变，都会被无一遗漏地记录下来。
与传统的灾难恢复技术相比，持续数据保护技术具有明显的优点：首先，提高了数据信息***的恢复时间目标(Recovery Time Object，简称RTO)，传统备份技术保护数据的时间间隔从几天到几周不等，当发生灾难时，用户面临着几天到几周内数据的损失，快照技术可将数据的损失量降低到几个小时以内，而CDP技术则可将数据的损失量降低到几分钟到几秒，甚至完全避免数据的损失。其次，可以避免由于人为的逻辑错误或病毒攻击所造成的数据损失，在用户数据遭到破坏时，传统的备份和复制技术将使用错误的数据覆盖以前的备份数据，造成用户数据的永久丢失，而技术则可以将数据恢复到被破坏前的任意时间点，避免了数据损失的风险。最后，CDP技术的恢复时间及恢复粒度更细，功能较强的CDP产品甚至支持单个I/O的恢复，这在很大程度上方便了用户的使用，并最终有可能替代当前主要的备份和恢复技术。
杨庆等提出一种连续数据保护和恢复方法，见Qing Yang，Weijun Xiao and Jin Ren.“TRAP-Array：A Disk Array Architecture Providing Timely Recovery to Any Point-in-time”，In Proceedings of ISCA：The 33rd Annual International Symposium on Computer Architecture，Boston，USA，2006。但是这种连续数据保护数据方式，存在随着数据的增多特别是保护PB级海量数据的时候数据的***和恢复时间过长问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种持续数据保护方法及服务器，能够合理管理日志数据，实现快速查找和数据恢复。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种持续数据保护方法，包括：
服务器接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述服务器还根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型；
所述服务器还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述服务器在存储所述日志数据时，和/或在存储所述第二索引时，如果当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述服务器在查找日志数据时，是先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：
所述服务器通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块；
所述服务器还在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
为了解决上述技术问题，本发明还提出一种持续数据保护服务器，包括：
存储处理模块，用于接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
查找处理模块，用于根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
进一步地，上述服务器还可具有以下特点：
所述存储处理模块，还根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型；
所述存储处理模块，还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
其中，所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。
进一步地，上述服务器还可具有以下特点：
所述存储处理模块，在存储所述日志数据时，和/或在存储所述第二索引时，如果当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。
进一步地，上述服务器还可具有以下特点：
所述查找处理模块，在查找日志数据时，先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
进一步地，上述服务器还可具有以下特点：
所述存储处理模块，通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块；
所述存储处理模块，还在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
本发明提供的一种持续数据保护方法及服务器，能够合理管理日志数据，实现快速查找和数据恢复，开销低、***性能影响小的优点，可靠性更高。
附图说明
图1是本发明实施例一种持续数据保护方法流程图；
图2是本发明实施例两级索引结构示意图；
图3是本发明实施例日志数据块的结构示意图；
图4是本发明实施例第一索引数据块的结构示意图；
图5是本发明实施例第二索引数据块的结构示意图；
图6是本发明实施例一种持续数据保护服务器方框图。
具体实施方式
下面将结合附图来详细说明本发明实施方案。
参见图1，该图示出了本发明实施例一种持续数据保护方法，包括步骤：
步骤S101：服务器接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
步骤S102：所述服务器根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；
步骤S103：所述服务器在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
本发明实施例提出以数据块为单位存储日志数据，并通过建立数据块之间的关联关系，确保数据存储连续性，这种做法巧妙地摆脱了存储位置上的制约，能够方便地实现磁盘空间的扩展，易于数据的管理维护。另外，通过建立两级索引，能够实现快速查找，提高了数据恢复的效率。
在执行步骤S101时，考虑到数据删除将会造成数据块中还存在空闲空间，为了优化磁盘空间，有效利用这些空闲空间，较佳地，所述服务器可以在当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。例如，可以对数据块进行编号，按照从小到大的顺序使用，在当前数据块10写满后，先查找之前使用过的数据块1至9，如果发现其中一个数据块未写满，则优先将数据写入该未写满的数据块中，如果数据块1至9均已写满，则使用一个新的数据块11，开始写入。
在执行步骤S103时，建立的两级索引结构如图2所示。为了实现快速查找，较佳地，所述服务器可以先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
为了增加索引的可扩展性，较佳地，所述服务器还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入。为了与日志数据区分开，所述服务器需根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型。在存储日志数据，或者存储索引时，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块时，要求所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。这样，第一索引，即一级目录索引可以指向下一个一级目录索引，从而实现对一级目录索引的扩展。同理，第二索引，即二级目录索引可以指向下一个二级目录索引，从而实现对二级目录索引的扩展。
所述第一索引中存储的数据为第二索引对应的地址，由于被保护的磁盘的大小确定后，一级索引中的表项就确定了。而第二索引是对数据块中数据的索引，会随数据发生变动，因此，为了优化磁盘空间，有效利用这些空闲空间，较佳地，所述服务器可以在写入第二索引时，在当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，再将当前数据块指向一个新的数据块。从而充分利用由于数据删除操作导致的第二索引相应删除导致的空闲空间。
所述服务器可以通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块。所述服务器还可以在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
采用上述方法实现的日志存储格式、第一索引存储格式以及第二索引存储格式依次参见图3、4、5。
在执行步骤S103时，所述服务器还建立虚拟磁盘，在进行数据恢复时，查找日志数据，如果能够查找到对应时间点的日志数据，则将其保存至所述虚拟磁盘中，如果不能够查找到对应时间点的日志数据，则查找距离所述对应时间点最近的日志数据，将其保存至所述虚拟磁盘中。
虚拟磁盘本质上为一个Linux块设备驱动，在/dev目录下，服务器可以通过使用ioctl，创建虚拟磁盘。控制虚拟磁盘主要通过ioctl进行设备管理，包括挂载和卸载虚拟磁盘命令。
在执行步骤S101之前，还包括客户端上传日志数据的步骤。为了进一步对日志数据细化管理，方便数据恢复，可以是，客户端执行连续数据保护任务，按照原子数据块写入日志数据，并将所述日志数据及其描述信息发送至所述服务器，所述描述信息包括任务标识ID、原子数据块号、以及日志时间点。在执行步骤S101时，所述服务器可以在所述数据块中按照原子数据块写入日志数据，以及写入日志数据的描述信息；以及在所述数据块中建立并维护用以指示所述数据块空闲空间状态的空间位图，以及在所述数据块中存储下一数据块的地址信息。其中，所述原子数据块的大小可以为2K、4K、8K、16K或32K中的一种；所述服务器按按块存储时，所述数据块的大小可以设置为，例如1024K大小。当然，数据块的大小，以及原子数据块的大小可以根据需要设置，这里不做限制。
为了进一步保证数据存储的可靠性，较佳地，所述服务器可以对于元数据采用了一定量的冗余设计，以求在丢失部分元数据的情况下，还是能读出用户的数据。为了保证这一点，可以采用块号和时间的方式保存冗余元数据。同时，对超级块这样的关键元数据进行备份。即使外部数据库中信息丢失，也可以手动指定的方式恢复。对于所有元数据的写入操作，采用order的方式，数据直接写入，元数据以事务的方式写入，以保证数据写入的原子性。
为了实现上述方法，本发明实施例还提供了一种持续数据保护服务器，如图6所示，包括：
存储处理模块，用于接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入。
查找处理模块，用于根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
较佳地，所述存储处理模块，还根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型。所述存储处理模块，还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入。其中，所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。
较佳地，所述存储处理模块，在存储所述日志数据时，和/或在存储所述第二索引时，如果当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。
较佳地，所述查找处理模块，在查找日志数据时，先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
较佳地，所述存储处理模块，通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块。所述存储处理模块，还在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种持续数据保护方法，其特征在于，包括：
服务器接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述服务器还根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型；
所述服务器还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述服务器在存储所述日志数据时，和/或在存储所述第二索引时，如果当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述服务器在查找日志数据时，是先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
5.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于：
所述服务器通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块；
所述服务器还在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
6.一种持续数据保护服务器，其特征在于，包括：
存储处理模块，用于接收客户端的日志数据，将其按照数据块存储，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
查找处理模块，用于根据所述数据块的块号建立并维护一级索引，根据各数据块中的日志数据的时间点，建立并维护二级索引；以及在进行数据恢复时，根据所述一级索引和所述二级索引查找日志数据。
7.如权利要求6所述的服务器，其特征在于：
所述存储处理模块，还根据在数据块中写入的数据的类型，在数据块中写入数据类型信息，所述数据类型信息包括：日志数据类型、第一索引类型、第二索引类型；
所述存储处理模块，还按照数据块存储所述第一索引和所述第二索引，当前数据块写满后，将当前数据块指向另一有可用存储空间的数据块，在所述另一数据块中继续写入；
其中，所述当前数据块与所述另一数据块中封装的数据类型信息相同。
8.如权利要求7所述的服务器，其特征在于：
所述存储处理模块，在存储所述日志数据时，和/或在存储所述第二索引时，如果当前数据块写满后，先查找使用过的且存储有相同数据类型信息的数据块中是否有可用存储空间，如果有，则将当前数据块指向所述查找到的数据块，如果没有，则将当前数据块指向一个新的数据块。
9.如权利要求6所述的服务器，其特征在于：
所述查找处理模块，在查找日志数据时，先使用哈希算法在所述一级索引中查找，再使用B树算法在所述二级索引中查找。
10.如权利要求6-8中任何一项所述的服务器，其特征在于：
所述存储处理模块，通过在所述数据块中写入下一数据块的地址信息，以将当前数据块指向另一数据块；
所述存储处理模块，还在所述数据块中建立并维护空闲空间位图，指示所述数据块存储空间的空闲状态。
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