一种基于 NDMP 块级备份 恢复方法及实现.pdfVIP

一种基于NDMP 的块级备份 恢复方法及其实现* 贺翔 李军 徐伟 范中磊 hexiang@ 摘 要：随着数据重要性的日益提升，数据保护显得尤为重要，而业务的全球化又使得备份的时间窗口逐渐缩短，如 何快速有效地对数据进行备份成为数据保护领域亟待解决的关键问题之一。本文对业界广泛使用的文件级备份协议 NDMP 进行了扩展，提出并实现了基于 NDMP 的块级备份和恢复方法。与文件级备份相比，块级备份在备份性能 和空间利用率上都得到了很大的提高。本文还提出了数据融合和数据抽取技术，此技术可以获得更高的块级恢复性 能。 关键词：NDMP ；块级备份；恢复 1 引言 随着信息网络时代的演进，数据呈爆炸性增长。图灵奖获得者吉姆.格雷（Jim Gray ）提出了一 [1] 个经验定律：网络环境下每 18 个月产生的数据量等于有史以来的数据量之和 。同时，数据的重要 性也日益提升，数据的丢失、破坏往往对机构造成致命的打击。因而，数据保护显得尤为关键。根 据美国Strategic Research Corporation （战略研究公司）对2004 年企业在存储中六大方面的费用调查， 数据备份方面的投资占据了第二位[2]，数据备份的重要性由此可见一斑。 为了降低数据备份和恢复的复杂性，美国NetApp （网域存储技术有限公司）等公司提出了网络 数据管理协议（NDMP ），提供通用的备份恢复接口。目前的NDMP版本主要针对的是NAS 1设备， 只提供文件级备份接口。但是，文件级备份有其明显的缺陷，如增量备份时数据量大、大量小文件 的备份效率比较低，并且不同文件系统往往不能使用统一的备份软件，支持多平台备份的复杂度较 大。而块级备份则根据存储层提供的块修改位图做块级增量备份，数据量小、性能高，又能够对不 同的应用提供统一的备份。 本文提出通过对 NDMP 协议的扩展，实现块级备份和恢复，利用数据融合和抽取技术来提高 块级恢复性能。数据融合通过对备份版本进行整合（每次备份称为一个版本），把多个版本融合成 一个，减少恢复的版本数；数据抽取通过从备份版本中抽取指定块的历史数据进行恢复，实现只恢 复修改过的块而不是恢复整个系统。 本文第二节介绍 NDMP 及其相关研究状况，第三节描述了基于 NDMP 的块级备份和恢复的实 现，第四节对试验结果给出分析，最后总结并给出未来研究方向。 2 相关工作 NDMP 定义的是备份软件、备份数据源和备份存储设备三者之间的公共协议，三者通过 NDMP 消息进行通信。基本的 NDMP 架构如图 1 所示，各部分功能如下： * 本课题得到国家自然科学基金项目“面向网络存储的集群系统的体系结构”（受理号）的资助。 1 Network Attached Storage ， 网络附连存储 DMA2 ：控制、管理备份和恢复任务。 数据服务器（DATA server ）：提供备份数据源。 文件服务器（FILE server ）：保存数据到磁盘文件系统。 磁带服务器（TAPE server ）： 保存备份数据到磁带设备。 数据服务器、文件服务器和磁带 服务器在 DMA 的控制下，共同完成 D2D2T （Disk to Disk to Tape, 磁盘到 磁盘到磁带）的整个备份过程。当然 也可以不使用文件服务器而直接备 份到磁带服务器。 图1． NDMP系统结构[3] 3 设计实现 3.1 设计目标 为了不影响原有的文件级备份，我们的设计目标是充分利用 NDMP 的现有定义，以最小的改 动来完成块级备份扩展。我们选择备份到文件服务器而不是磁带服务器，主要有两个考虑：备份到 磁盘利于发挥块级备份的性能优势；块级增量备份的数据量比较小，如果直接备份到磁带，版本报 废将导致磁带上出现大量小空洞，不利于磁带的管理。 块级恢复通常采用的是按时间点恢复的方式，即将设备上所有数据恢复到某个时间点的映像。 通常的做法是从最近的全量备份开始，将所有版本逐一恢复。我