一种存储快照技术在镜像中的应用方法

摘要

本发明公开了一种存储快照技术在镜像中的应用方法，属于计算机数据处理领域。该方法旨在解决计算机在线数据恢复的问题，其特征是要求附属的镜像卷和主数据卷相联系，利用中断镜像，数据能够在时点来临之前不断地复制到“第三镜像”中，生成快照将数据恢复成快照产生时间点的状态。本发明作用主要是能够进行在线数据恢复，当存储设备发生应用故障或者文件损坏时可以进行及时数据恢复，将数据恢复成快照产生时间点的状态。

说明书

技术领域

本发明涉及存储快照技术在镜像中的应用方法，属于计算机数据处理领域。

背景技术

随着存储应用需求的提高，用户需要在线方式进行数据保护，单纯快照备份代表着我们要面临定格瞬间以外的时间数据有丢失的风险，定格时间之外，我们的数据安全将无法保护！选择单纯快照备份的方式，它所能带给企业的数据保护能力有限。而存储快照在镜像中的应用方法就是在线存储设备防范数据丢失的有效方法之一。现在，快照技术已经超越了简单的数据保护范畴。我们可以用快照进行高效且无风险的应用软件测试。用快照数据做测试，不会对生产数据造成任何的破坏。对于数据挖掘(data mining)和电子发现(eDiscovery)应用，快照也是理想的测试数据源。在灾难恢复方面，快照是一种非常有效的方法——甚至是首选，非常适合遭到恶意软件攻击、人为误操作和数据损坏等逻辑错误发生时的数据恢复。

目前有两大类存储快照，一种叫做即写即拷(copy-on-write)快照，另一种叫做分割镜像快照。其中基于镜像的存储快照技术引用镜像硬盘组上所有数据。这种使离线访问数据成为可能，并且简化了恢复、复制或存档一块硬盘上的所有数据的过程。

镜像快照所创建的是数据的完整副本。可以是一个存储卷、一个文件系统或者是一个LUN(logical unit number逻辑单元号)。镜像快照的优点是它们具有高可用性；缺点是所有的数据都要完整的复制一份，复制的过程也不可能在瞬间完成。我们可以分割一对保持同步状态的镜像卷来启用镜像快照，分割的过程瞬间即可完成。然而，当镜像被分割成镜像快照之后，数据卷也就失去了它的同步镜像。

发明内容

本发明是针对存储过程中存储快照技术在镜像中的应用方法，以解决计算机在线数据恢复的问题，利用快照技术将数据恢复成快照产生时间点的状态，用来防范数据丢失。

本发明提出的基于镜像的存储快照技术有以下三种方式：

冷快照拷贝：在进行任何大的配置变化或维护过程之前和之后，一般都需要进行冷拷贝，以保证完全的恢复原状(rollback)。冷快照拷贝完全恢复的最安全的方式。本发明中冷拷贝与克隆技术相结合复制整个服务器系统，以实现各种目的，如扩展、制作生产系统的复本供测试/开发之用以及向二层存储迁移。

暖快照拷贝：暖快照拷贝利用服务器的挂起功能。当执行挂起行动时，程序计数器被停止，所有的活动内存都被保存在引导硬盘所在的文件系统中的一个临时文件(.vmss文件)中，并且暂停服务器应用。在这个时间点上，复制整个服务器(包括内存内容文件和所有的LUN以及相关的活动文件系统)的快照拷贝。在这个拷贝中，机器和所有的数据将被冻结在完成挂起操作时的处理点上。

热快照拷贝：在这种状态下，发生的所有的写操作都立即应用在一个虚硬盘上，以保持文件系统的高度的一致性。服务器提供让持续的虚拟硬盘处于热备份模式的工具，以通过添加REDO日志文件在硬盘子系统层上复制快照拷贝。

一旦REDO日志被激活，复制包含服务器文件系统的LUN的快照是安全的。在快照操作完成后，可以发出另一个命令，这个命令将REDO日志处理提交给下面的虚拟硬盘文件。当提交活动完成时，所有的日志项都将被应用，REDO文件将被删除。在执行这个操作过程中，会出现处理速度的略微下降，不过所有的操作将继续执行。但是，在多数情况下，快照进程几乎是瞬间完成的，REDO的创建和提交之间的时间非常短。

本发明作用主要是能够进行在线数据恢复，当存储设备发生应用故障或者文件损坏时可以进行及时数据恢复，将数据恢复成快照产生时间点的状态。另一个作用是为存储用户提供了另外一个数据访问通道，当原数据进行在线应用处理时，用户可以访问快照数据，还可以利用快照进行测试等工作。

附图说明

图1是存储快照的流程图；

图2是存储快照的生成图。

具体实施方式

本发明是提出一种存储快照技术在镜像中的应用方法，这一技术要求附属的镜像卷和主数据卷相联系(主卷自身可能被RAID1实现镜像，因此“三重镜像”)。利用中断镜像，数据能够在时点来临之前不断地复制到“第三镜像”中。

以下是使用“镜像”技术的典型过程：

(1)首先创建数据的附属镜象。

建立虚拟磁盘A的磁盘检查点本质上就是建立磁盘的一个快照，这样就将虚拟磁盘的瞬间状态保存下来了。建立磁盘快照的具体步骤为：

a.将当前的L1 table保存为snapshot的L1 table。

b.更新虚拟磁盘中各磁盘块的引用计数，将当前所使用的所有磁盘块的引用计数+1。

qcow2磁盘格式最重要的部分之一就是引用计数，也是因为存在引用计数，才能保证引用计数不为0的磁盘块为只读磁盘块，不会被修改和删除，才能永久保存有用的磁盘块才能让qcow2磁盘格式支持快照，从而支持磁盘检查点。所以更新引用计数是建立磁盘检查点的一个重要地方。

在要求时点复制之前，一个新的镜卷与主卷相联系。接着，主卷的内含在后台被复制到新镜之中。然后，附加镜像将调整与主卷一致。附属镜卷也会得到与主卷一致的更新数据，以保证同步继续。

(2)使附属镜卷与主卷脱离

当建立了快照之后，原始的镜像变成备份镜像，同时，生成一个snapshot，与原始镜像相比，所有新的变化都将记录在活动镜像里，另外，还将原始镜像以只读的权限挂载。每一轮snapshot做完之后，snapshot与原始镜像合并，合并之后的镜像代替原来的镜像，成为新的活动镜像，在这个基础上，源镜像将生成新的快照，来记录虚拟镜像文件的状态改变。

虚拟磁盘镜像文件簇引用计数存储结构的改进，空闲簇的分配与回收，引用计数存储结构的改进，是提出了一种实际数据块外置的二级管理存储结构来存储每个簇的引用计数，从而降低建立快照时引用计数更新的时间开销。

空闲簇的分配与回收是引入数组记录未被分配的数据块的地址以及在引用计数更新过程中产生的新的数据块，实现比较高效的分配与回收管理。

虚拟磁盘镜像缓存备份优化策略是建立快照之后切换活动镜像，对源镜像的修改以增量的形式和以扇区为粒度存在活动镜像里。在虚拟机出错要回滚时，合并快照活动镜像和原始镜像，成为新的源镜像。

如果要创建一个能为后续程序所进入的时点映象。人们必须不时的暂停更新镜卷并中断镜象。换句话说。分离第三镜卷将中断主卷与附属卷的同步性，使时点复制独立出去。中断之后，附属镜像在时点保存了快速抽点的主数据，并且仅对主卷进行刷新。

(3)独立镜卷与主卷的再同步

分离之后，随着原程序和PIT程序的独立运行，主卷和独立镜卷的各自影像而逐渐大相径庭。这就是所谓的非同步化。再同步是这样一个过程：它能使一个影像又一次变成它所对应的信息的“克隆”。依据时点复初始化过程的不同，再同步技术分为好几类。

在引入了磁盘镜像检查点之后，通过对引用计数存储结构的改进和虚拟磁盘镜像文件中的簇的分配与回收管理达到降低虚拟磁盘镜像检查点设置时间开销；另一方面，通过实行一种扇区粒度的写前复制技术来保存建立快照之后对镜像文件的修改，达到降低磁盘空间开销的目的。

(4)镜像被分割成镜像快照

在一个快照生成期间，从一个发起备份的命令开始,该命令告诉系统在特定的时间点停止正在运行的文件系统和应用程序。接着文件系统执行清空操作，完成所有等待执行的文件操作，然后创建快照，将自上次快照以来所有的重定向写数据所对应在源介质中的数据复制出来生成这个时间点的快照，然后再将这些重定向写数据写回到源介质中的相应位置上，从而完成一个快照生成过程。最后，文件系统和应用程序被释放从而恢复正常运行。