多版本塊備份數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和磁盤技術(shù)的成熟，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量急劇增長(zhǎng)，人類社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)信息依賴程度不斷的加劇。人為錯(cuò)誤、病毒攻擊、介質(zhì)失效、軟件故障甚至站點(diǎn)失效等原因都會(huì)引起數(shù)據(jù)的丟失。目前細(xì)粒度多版本備份技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，與傳統(tǒng)備份技術(shù)相比，可以減少版本之間丟失的數(shù)據(jù)量，為關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境。但是目前大量的研究集中在數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)上，在細(xì)粒度多版本備份條件下，備份數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性和恢復(fù)效率逐漸成為整個(gè)系統(tǒng)的核心問題。
　　本文以塊備

2、份數(shù)據(jù)源為研究對(duì)象，塊備份數(shù)據(jù)源具有與應(yīng)用無關(guān)的特性，可顯著降低數(shù)據(jù)保護(hù)成本。但是由于塊備份數(shù)據(jù)是無結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)源，隨著數(shù)據(jù)復(fù)制頻率的增加和數(shù)據(jù)保存版本數(shù)目的增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)管理越來越復(fù)雜，導(dǎo)致當(dāng)前的多版本索引技術(shù)、基于內(nèi)容索引技術(shù)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)管理方法都無法直接應(yīng)用于多版本塊備份數(shù)據(jù)管理中。基于上述背景，本文針對(duì)多版本塊備份數(shù)據(jù)管理中數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性和恢復(fù)效率等關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析、研究，具體內(nèi)容如下：
　　第一，為了實(shí)

3、現(xiàn)一種相對(duì)通用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，分析了影響多版本塊備份數(shù)據(jù)管理性能的主要因素，如數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)，多版本備份數(shù)據(jù)的構(gòu)成，數(shù)據(jù)備份恢復(fù)流程以及備份數(shù)據(jù)的分布特征等。在此基礎(chǔ)上提出本文研究的目標(biāo)，即在產(chǎn)生最少版本備份數(shù)據(jù)的條件下，保證任意版本的可恢復(fù)性。利用上述多版本備份數(shù)據(jù)分析、管理框架，明確了多版本備份數(shù)據(jù)管理中面臨的問題和解決思路，為后續(xù)章節(jié)提供理論基礎(chǔ)。
　　第二，為了適應(yīng)高頻數(shù)據(jù)復(fù)制對(duì)備份數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)的更新效率、檢索效率和存儲(chǔ)效率

4、的要求，以CDP（Continuous Data Protection）數(shù)據(jù)復(fù)制為背景，根據(jù)多版本間的時(shí)序性分析，建立同時(shí)滿足前滾和后滾的雙向檢索索引結(jié)構(gòu)。與當(dāng)前索引技術(shù)相比，使用同一種索引結(jié)構(gòu)支持雙向檢索操作。雙向索引結(jié)構(gòu)適于應(yīng)用在密集寫操作的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合檢查點(diǎn)技術(shù)可以提供面向應(yīng)用一致性的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法。
　　第三，備份數(shù)據(jù)中的快照技術(shù)可提供恢復(fù)狀態(tài)的起點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)恢復(fù)的正確性。本文采用基于版本融合的快照檢索思想，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以

5、版本融合為基礎(chǔ)的快照索引方法HCSIM（Hierarchical Clustering Snapshot Indexing Method），并進(jìn)一步通過BVSM（Bitmap Vector Snapshot Merging）算法消除由于磁盤數(shù)據(jù)寫偏移產(chǎn)生的索引項(xiàng)冗余現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，HCSIM滿足多版本塊備份數(shù)據(jù)中的快照檢索需求，比當(dāng)前備份系統(tǒng)中的快照技術(shù)在索引存儲(chǔ)效率和檢索效率方面取得更好的平衡關(guān)系，有效降低索引復(fù)雜度。

6、　　第四，針對(duì)長(zhǎng)期、多版本備份數(shù)據(jù)中位圖索引技術(shù)效率低下的問題，根據(jù)塊備份數(shù)據(jù)的分布特征，提出以可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊為索引單位的區(qū)間索引技術(shù)。并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊多版本管理方法，具體包括版本融合、快照檢索、版本刪除等算法。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：區(qū)間索引技術(shù)比位圖索引技術(shù)、傳統(tǒng)的多版本索引技術(shù)顯著提高索引數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率，更新效率以及版本檢索效率。
　　第五，結(jié)合上述研究，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了磁盤數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括三個(gè)基本組成部分：備