一种磁盘级数据备份系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁盘级数据备份系统和其运行方法，该系统包括备份控制装置、写前读装置、备份读装置、磁盘过滤驱动装置、换页装置、备份快照表、内存缓存队列和硬盘缓存文件。系统首选获取用于记录磁盘扇区数据是否需要备份的备份快照表；根据获取的备份快照表从磁盘上依次读取需要备份的磁盘扇区数据进行备份，同时开始监控磁盘操作；监控并截获写磁盘操作；如果在备份期间截获到写操作信号，从被写磁盘读取并存储数据至内存缓存队列，当内存缓存队列的数据超过预定长度时，将数据移出到硬盘缓存文件，发送写操作放行信号，完成写前读操作。本发明专利技术能够在上层业务不中断的情况下保证备份数据时间一致，避免死锁；且具有较高业务应用无关性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息安全
，特别涉及一种容灾数据备份方法，更 具体地，涉及一种可保证备份点状态一致性的^f兹盘级数据备份系统和方 法。
技术介绍
随着计算机技术的不断发展和信息化程度的不断提高，人们对信息的依赖程度越来越高。信息在IT环境中的高度集中存储，在很大程度上提 高了信息和数据管理的自动化，提高了运营效率，降低了运营成本。但同 时，风险性也在不断增加，灾难发生所造成的数据丢失，可能会导致巨大 的损失。为了避免灾难带来的不利影响，就需要对数据进行定时或者实时的备 份。随着信息化程度的不断提高，信息化规模的不断扩大，需要备份的数 据量就越来越大，并且数据之间存在很大的时间点相关性，如果一个时间 点备份的数据存在状态不一致的情况，就会导致备份数据的不可用，使备 份失去了应有的作用；另外，随着信息化系统业务应用的不断繁忙，重要 性越来越大，业务应用可以停止的时间越来越短，而在短时间内完成数据 量不断增减的数据备份变得越来越不可能，特别是很多业务应用是24x7 持续运行的，是无法停止的。因此，数据备份系统就需要能够保证在业务 应用不中断的情况下备份数据的时间点 一致性，该问题是实现关键信息业 务系统数据备份的关键问题。目前存在以下保证计算机系统的数据信息备份时时间点一致性的方法(1) 备份时锁定文件通过拒绝进程的写访问防止别的用户修改该文 件。如果别的进程已获得写访问权限，备份进程必须跳过该文件或等到获 得独占的写权限时再操作该文件；(2) 检测文件的改变在复制文件之后，备用进程可以利用操作系统 检查复制操作期间是否进行过修改，如果进行过修改，必须重做复制或者跳过该文件；(3) 申请号为PCT/GB94/01581的PCT申请提出了 一种运行具有一个 在几个应用中共享的存储设备的计算机的方法，该方法使用一个辅助存储 区来保存备份过程中写进程所写的数据，以避免写操作改写原始数据，备 份进程可以从原始存储区读取数据，而其它读进程可以从辅助存取区读取 数据；(4) 申请号为PCT/GB96/00651的PCT申请是对上面(3 )中所述方法 的改进，基本思路类似。在上述(1)和(2)两种方法中，在进行数据备份时都要求有效的把 其它应用程序锁定，因此这两种方法在备份期间无法支持业务应用的不中 断执行。随着数据量的增加，数据复制所需要的时间也越来越长，而业务 数据处于不断的使用之中，是无法终止的。所以，这两种方法无法满足当 前的关键信息业务系统的灾备需求。上述(3)和(4)两种方法是针对文 件系统层次的数据备份提出的，和上层业务应用是相关的，不适用块设备 层次的数据备份，应用范围有限；另外，使用这两种方法还需要额外的存 储装置实现备份进程和应用进程对数据的同时防范；最后，这两个专利提 出的方法只适用于Dos、 Novell NetWare、 OS/2或Unix以及采用6800及 PowerPC系列的CPU的Macintosh计算机上实现，并不适用现有的windows 系列的操作系统。
技术实现思路
为解决上层业务不可停止和需要保证备份数据时间点一致性的矛盾， 本专利技术提供一种在数据备份的过程中，保证其它业务应用的持续正常执行 的同时，实现在线备份期间备份数据的时间 一致性的磁盘级数据备份系统 和方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种磁盘级数据备份系统，包括下列 装置备份控制装置、写前读装置、备份读装置、磁盘过滤驱动装置、换页装置、备份快照表、内存緩存队列和硬盘緩存文件；其中，所述备份快照表用于记录磁盘扇区数据是否需要备份；所述备份控制装置用于控制所述备份读装置和所述写前读装置的启动禾口终止；所述备份读装置用于根据所述备份快照表读取需要备份的磁盘扇区数据进行备份；所述磁盘过滤驱动装置用于监控并截获磁盘写操作，向所述写前读装置发送磁盘写操作信号；所述写前读装置用于在备份过程中接收所述磁盘过滤驱动装置发送 的磁盘写操作信号并向所述磁盘过滤驱动装置发送写操作放行信号；所述 写前读装置根据磁盘写操作信号和备份快照表读取目标扇区数据进行备 份，并将所述目标扇区数据放入内存緩存队列中；所述换页装置用于定时检查内存緩存队列，内存緩存队列的数据超过 预定长度时，将数据移出到硬盘緩存文件。其中，所述系统还包括监控快照表，所述监控快照表用来记录增量监 控期间被更改的磁盘扇区数据，标记磁盘写操作的目标扇区，用做增量备 份的依据；当所述磁盘过滤驱动装置截获到磁盘写操作后，在所述监控快 照表中记录所述》兹盘写操作的目标石兹盘扇区信息。其中，所述写前读装置接收到所述磁盘写操作信号后，根据备份快照 表，完成读取目标扇区数据后，向所述磁盘过滤驱动装置发送写操作放行 信号。其中，所述磁盘过滤驱动装置截获并辨别对磁盘的读写操作；其中， 所述磁盘过滤驱动装置获取上层应用层对所述磁盘的读写操作其中，所述系统进行全量备份和增量备份；在全量备份时，所述备份 读装置根据备份磁盘的使用状况备份使用扇区的数据；在增量备份时，所 述备份读装置从所述磁盘过滤驱动装置获取进行数据备份使用的备份快 照表，备份自上次增量备份后更改过的磁盘扇区数据。其中，优选的，所述监控快照表存放在内核态。其中，优选的，所述备份快照表存放在用户态。其中，所述备份快照表记录备份分区中每一个磁盘扇区簇是否需要备份。其中，所述监控快照表记录备份分区中每一个磁盘扇区簇的数据在增 量监控期间是否被更改过。其中，所述磁盘过滤驱动装置包括四种状态:空闲状态，阻塞状态，写 前读监控状态和完全监控状态；所述磁盘过滤驱动装置处于空闲状态时， 对磁盘读写操作进行简单的转发；所述磁盘过滤驱动装置处于阻塞状态时，转发磁盘的读操作，阻塞磁盘写操作；当开始进行全量/增量备份时，所述磁盘过滤驱动装置进入写前读监控状态，向所述写前读装置发送截获到的写操作信号；当全量/增量备份操作完成后，所述磁盘过滤驱动装置进入完全监控状态，直接放行截获到的磁盘写操作。根据本专利技术的另一方面，提供了一种磁盘级数据备份方法，包括 步骤10)、获取用于记录磁盘扇区数据是否需要备份的备份快照表； 步骤20)、根据所述获取的备份快照表从磁盘上依次读取需要备份的磁盘扇区数据进行备份，同时开始监控磁盘操作； 步骤30)、监控写磁盘操作，截获写磁盘操作；步骤40)、如果在备份期间截获到写操作信号，从所述被写磁盘读取 并存储数据至内存緩存队列，当内存緩存队列的数据超过预定长度时，将 数据移出到硬盘緩存文件，发送写操作放行信号，完成写前读操作。其中，步骤30)进一步包括步骤31)、截获到磁盘写操作后，将写操作的目标扇区标记在监控快 照表中，其中，所述监控快照表用来记录增量监控期间被更改的磁盘扇区 数据并标记写操作的目标扇区。其中，所述方法进一步包括步骤50)、读取所述监控快照表，进行增量备份，同时保持监控磁盘 操作。其中，当增量备份时，根据监控快照表生成备份快照表。其中，步骤20)进一步包括获取对备份快照表的访问锁；读取备份快照表中对应的需备份的磁盘扇区数据；修改备份快照表，释放对备份快照表的访问锁；备份完成后进入增量监控状态。 其中，步骤31)进一步包括步骤310)、截获到应用层发送的信号和磁盘写操作； 步骤320)、获取对监控快照表的访问锁；步骤33本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁盘级数据备份系统，包括下列装置：备份控制装置、写前读装置、备份读装置、磁盘过滤驱动装置、换页装置、备份快照表、内存缓存队列和硬盘缓存文件；其中所述备份快照表用于记录磁盘扇区数据是否需要备份；所述备份控制装置用于控制所述备份读装置和所述写前读装置的启动和终止；所述备份读装置用于根据所述备份快照表读取需要备份的磁盘扇区数据进行备份；所述磁盘过滤驱动装置用于监控并截获磁盘写操作，向所述写前读装置发送磁盘写操作信号；所述写前读装置用于在备份过程中接收所述磁盘过滤驱动装置发送的磁盘写操作信号并向所述磁盘过滤驱动装置发送写操作放行信号；所述写前读装置根据磁盘写操作信号和备份快照表读取目标扇区数据进行备份，并将所述目标扇区数据放入内存缓存队列中；所述换页装置用于定时检查内存缓存队列，内存缓存队列的数据超过预定长度时，将数据移出到硬盘缓存文件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树鹏，云晓春，崔祥，吴志刚，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]