Linux平台上基于文件的主机式CDP关键技术研究与实现

论文摘要

连续数据保护(Continuous Data Protection,CDP)是数据存储和灾难恢复领域的一种新兴技术,在信息系统可生存性研究中有着广泛的应用前景,它的实现能够大幅度减少受保护系统关键数据的丢失以及业务连续性和可靠性要求较高的系统从灾难发生到数据恢复所用的时间,从而为提高受保护系统的生存能力提供任意的恢复点目标和极小的恢复时间目标。本文得到国家863项目“基于全息机制的网络可生存性系统模型及关键技术研究”的支持。主要工作和研究成果包括:(1)研究了CDP技术可能的解决方案和实现方法及未来的发展趋势,分析了Ext3日志文件系统的实现机制和工作过程,阐述了当前主流快照技术的原理和优缺点,为综合运用Ext3fs日志技术和基于文件的软件快照技术构建Linux平台上基于文件的主机式CDP系统打下了坚实的理论基础。(2)在Ext3日志文件系统平台上,提出了一个基于文件的连续数据保护模型,依据这个模型,设计了一种基于文件的主机式CDP系统架构,详述了其实现的功能模块和数据流程,并给出了CDP系统关键环节实现的解决思路。(3)在基于文件的软件快照算法基础上,研究并设计了基于文件的主机式CDP核心算法,同时把快照的版本信息融入CDP算法之中,实现了合成参考数据模式,以及在此基础上进行两次快照点之间写操作的连续捕获和任意指定时间点数据的快速恢复。(4)以数据块追加操作为例,实现了一个Linux平台上基于文件的本地主机式CDP原型系统,运行结果证明了原型系统结构和核心算法设计的可行性。对原型系统的性能和效率进行分析,得出了初步的结论:在实施块级别的连续数据保护时,CDP原型系统连续时间点数据捕获能力和任意时间点数据恢复能力较强,表现出稳定的性能和较大的优势,能够满足服务漂移系统模型对数据可生存性的需求。所研究的成果是国家863项目的重要组成部分,在武警公文流转系统中有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究现状及面临的主要技术挑战
• 1.1.3 课题研究的理论和实践意义
• 1.2 课题研究的目标和主要工作
• 1.3 论文结构
• 1.4 主要研究成果
• 第二章 CDP 技术相关理论分析研究
• 2.1 CDP 技术设计和实现理论研究
• 2.1.1 CDP 技术的特点
• 2.1.2 CDP 应用的分类
• 2.1.3 CDP 解决方案的设计方法
• 2.1.4 CDP 关键技术的实现模式
• 2.1.5 CDP 技术的发展前景展望
• 2.2 Ext3 日志文件系统相关理论分析
• 2.2.1 日志文件系统原理
• 2.2.2 Ext3 日志文件系统的实现机制
• 2.2.3 Ext3 日志文件系统的实现模式
• 2.2.4 Ext3 日志文件系统的工作过程
• 2.3 快照技术原理及分析
• 2.3.1 主流快照技术原理
• 2.3.2 主流快照技术对比分析
• 2.3.3 基于文件的软件快照技术原理分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 CDP 架构的设计与CDP 实现的解决思路
• 3.1 CDP 架构的设计
• 3.1.1 总体架构设计
• 3.1.2 基于文件的主机式CDP 架构设计
• 3.1.3 基于文件的主机式CDP 架构功能模块设计
• 3.2 CDP 架构数据流程设计
• 3.2.1 总体架构工作流程设计
• 3.2.2 基于文件的主机式CDP 数据流程设计
• 3.3 CDP 实现关键环节的解决思路
• 3.3.1 初始参考数据拷贝的建立
• 3.3.2 受保护文件连续时间点写操作的捕获
• 3.3.3 捕获数据的组织及APIT 的快速恢复
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于文件的主机式CDP 算法实现研究
• 4.1 建立参考数据拷贝算法设计
• 4.1.1 快照文件数据结构、文件结构的设计
• 4.1.2 快照建立的算法设计
• 4.1.3 恢复指定版本快照信息的算法设计
• 4.2 基于文件的主机式CDP 算法设计
• 4.2.1 CDP 文件数据结构、文件结构的设计
• 4.2.2 建立CDP 文件的算法设计
• 4.2.3 APIT 数据恢复的算法设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 Linux 平台上基于文件的主机式CDP 原型系统实现
• 5.1 原型系统CDP 文件建立的实现
• 5.1.1 写操作数据捕获的实现
• 5.1.2 CDP 文件初始化的实现
• 5.1.3 对所捕获写操作进行处理的CDP 实现
• 5.2 受保护文件APIT 数据恢复的实现
• 5.2.1 重建快照版本链表和CDP 指针树
• 5.2.2 恢复指定快照版本数据的实现
• 5.2.3 恢复快照点之后指定时间点数据的实现
• 5.3 原型系统主程序的实现与运行
• 5.3.1 主程序的构成
• 5.3.2 主程序的实现及运行示例
• 5.4 性能测试及分析
• 5.4.1 测试环境
• 5.4.2 写操作捕获CDP 原型系统性能测试分析
• 5.4.3 任意时间点恢复CDP 原型系统性能测试分析
• 5.4.4 性能测试结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文