文件级持续数据保护系统的设计与实现

论文摘要

信息化时代,数据具有高度的私有性、重要性和不可替代性,且时刻面临着各种风险,很有可能被损坏或丢失,造成无法弥补的严重后果。因此,数据保护势在必行,数据容灾刻不容缓。传统的数据容灾系统由于成本高、部署复杂等问题未能进入日常的办公环境,桌面用户无法享受其带来的好处。基于快照等的数据保护系统的备份距离短且备份窗口大,无法满足持续、异地数据保护的需求。因此,研究可对数据进行持续异地保护的技术,构建适用于办公环境的持续数据保护(CDP)架构,设计轻量级、经济型的持续数据保护系统具有重要的理论意义和实用价值。本文主要的研究工作和贡献有:1.讨论了数据容灾的相关概念,分析了桌面用户的数据容灾需求,设计了与平台无关的文件级CDP系统的总体结构,并在Windows平台上进行了原型系统实现。2.通过无损数据压缩和文件级重复数据删除技术实现了数据缩减,提升了文件的同步效率,降低了备份中心对存储空间的需求。3.扩展了文件系统上层过滤驱动的Fast Io通道,实现了文件操作的透明、持续截获,并减少了对主机性能的影响。4.制定了数据传输协议,实现了广域网上文件操作信息的可靠传输,解决了文件操作序列的顺序性保持问题。5.实现了操作还原算法,保证了文件操作的准确重放和数据的一致备份,解决了逆向日志的独立存储问题。6.实现了恢复点显示算法和操作回退算法,完成了恢复目录树的动态构造与文件恢复点的图形化显示,并解决了文件的独立恢复问题,且可进行文件恢复的演练。论文还通过构造适当的测试用例,验证了文件级CDP系统的功能特性,评测了系统的性能指标。测试结果显示:CDP系统的备份空间代价较小,对主机系统的性能影响较小,且恢复点目标(RPO)可以达到分钟级。该系统促进了数据容灾的平民化,可广泛应用于桌面用户的数据保护,重点解决人为误操作、病毒入侵等软错误带来的数据损失问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 数据容灾发展概况
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 研究目标及意义
• 1.3 研究基础
• 1.4 研究内容与难点
• 1.5 完成情况
• 1.6 论文组织结构
• 第二章 数据容灾相关概念与技术分析
• 2.1 数据容灾概述
• 2.1.1 数据容灾的相关概念
• 2.1.2 数据容灾的技术指标
• 2.2 数据备份
• 2.2.1 数据复制
• 2.2.2 数据备份策略
• 2.2.3 数据备份方式
• 2.3 CDP 技术
• 2.3.1 CDP 的定义
• 2.3.2 CDP 的属性与类型
• 2.3.3 CDP 的实现层次
• 2.3.4 CDP 的技术特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 文件级CDP 系统的设计
• 3.1 总体设计
• 3.1.1 需求分析
• 3.1.2 系统结构
• 3.1.3 系统特性
• 3.2 容灾管理子系统设计
• 3.2.1 备份恢复策略
• 3.2.2 文件同步
• 3.3 操作截获子系统设计
• 3.3.1 截获的操作类型
• 3.3.2 备份代理的层次
• 3.3.3 操作截获流程
• 3.4 数据传输子系统设计
• 3.4.1 传输协议
• 3.4.2 复制代理
• 3.4.3 操作顺序性
• 3.5 操作还原子系统设计
• 3.5.1 操作还原模式
• 3.5.2 逆向日志
• 3.5.3 储存库组织结构
• 3.6 文件恢复子系统设计
• 3.6.1 数据恢复点
• 3.6.2 数据恢复方式
• 3.6.3 恢复演练
• 3.7 本章小结
• 第四章 文件级CDP 系统的实现
• 4.1 数据缩减
• 4.1.1 无损数据压缩
• 4.1.2 文件级重复数据删除
• 4.2 操作截获
• 4.2.1 文件系统过滤驱动
• 4.2.2 备份代理的工作流程
• 4.3 复制代理
• 4.4 操作还原
• 4.4.1 内核级文件操作
• 4.4.2 操作还原算法
• 4.5 文件恢复
• 4.5.1 恢复点显示算法
• 4.5.2 操作回退算法
• 4.5.3 恢复流程
• 4.6 系统整合
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统测试分析
• 5.1 测试指标与环境
• 5.2 测试分析
• 5.2.1 文件恢复测试
• 5.2.2 恢复点类型对 RTO 和 RPO 的影响
• 5.2.3 备份代理对主机性能的影响
• 5.2.4 空间代价分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢