（计算机系统结构专业论文）网络备份系统元数据存取方法的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 = = = _ = = # = = = # 目= = = = 撼要 照羞倦悬量的快速增长，攘感麴重隳性也在不断豹提越，碟数据作为信息鹩衰 骥澎式，冀竞蘩帔稳安全瞧藏毙系筑安垒熬羹要海客。蘩谂渡术是缍势蘸绕安垒犍 和可用性的最重戮的手段之一。构建基于网络存储系统的网络备份系统，可以材效 熬瀵怒鑫藤器馥鼹熬簧求。 嘲终绺镰将档镰鞠嘲络嬉合越来，爨强蘸委嶷遮逮黢矮麴裁寒。缀襻罐潮在 黪壤土采鼷萋予猿懿存镶灏终，铡爨奏锉虔羧稳搜零嫠骥襻罐霹络，将n a s 露s a n 融台越来。通过拱观存储系统的数据共冰，减少襻储系娩盼管理开销，达到优化使 臻雾赣系绞爨鹜戆。 分帮亍了莓舔阚络备徐系统的骧邋帮襟缝鲔鞠，并辩每辩络镛徐相关靛些熬装 捺爨避嚣了深天游磷宠。 网络铸份是网络存储焱统的鼹体应用。设计与实现了一个基予t c p l p 姻网络簧 豁系绫。它怠攒三簿分；蒸子w i n d o w s 激务鼗鹣蘩徐鞭器蘩营建较转；蕊予数掇瀵 的鬻户端和备徐源代理软件；旗予存储捺源的备份目的端代理软件。从遮几个方面 黠霭羧蠢鼹筵建滋露了竣嚣，最嚣黠接必数援缩爨、羲；数攥菇鬻数据接器囊嚣译 绷设计。 舞了避一梦攥交黼绻蛰癸系绫瓣整栽，雩i a 数臻雾浚( h a s h ) ，诗簿密文斧秘豢 粥块的指缎，利糟超索引作用婀树形结= f 訇实现快照，可以避免备份和恢复性能的掰 凌，提供澄臻誊囊 凄髭，挺襄綦绕黥鼗捺嶷垒煎，维护数撂致穗。 农1 0 0 m 屡域瓣垮境中对鼹终餐份系撬进行按憩溅漩，臻果液褥：这个瓣络祷髂 襞绞鼗蚤辫子毽怒f 糟协议籍输鳃数囊鼹输攀。 鬟溪瀵：瓣络蒜静，嚣络露耱，元皴霆，教翔冀法 华中科技穴学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h er a p i dg r o w t ho fi n f o r n a a f i o n , t h ei m p o r t a n c eo fi n f o r m a t i o ni s i n c r e a s i n g , t h ec o m p l e t e n e s sa n ds e c u r i t yo fd a t a - - - - - - - - - t h ec o r r e l a t i v eo b j e c t i v e so fi n f o r m a t i o n b e c o m et h em o s ti m p o r t a n tt h i n g so ft h ew h o l es y s t e m t h eb a c k u pt e c h n o l o g yi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tm e t h o d st om a i n t a i nt h es e c u r i t ya n da v a i l a b i l i t yo ft h es y s t e m 。b a s e d o i ln e t w o r ks t o r a g e ，an e t w o r kb a c k u ps y s t e mc s nb eb u i i tt o s a r i s f j ，t h en e e d so f a p p l i c a t i o n sa n dp e r f o r m a n c e n e t w o r k s t o r a g e t h a tb a n d t o g e t h e rs t o r a g ea n d n e t w o r ki sb e i n gd e v e l o p e dr a p i d l y u s n ( u n i f i e ds t o r a g en e t w o r k ) b a s e d o n s t o r a g eo v e r i pi sm e r g e d b ys a n a n db i a s t h r o u g ht h e m a n a g e m e n to fs t o r a g ev i 盘m l i z a t i o n 。i tc a no p t i m i z et h es t o r a g es y s t e mb yr e d u c i n gt h e e x p e n s eo f r n a r m g e m e n t a n d s h a r i n g t h es t o r a g ed a t a , b ya n a l y z i n gt h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo f t h en e t w o r k b a c k u p 蜀嘲聪毽s o m ei m p o r t a n t t e c h n i q u e so f n e t w o r kb a c k u p a r et h o r o u g h l yr e s e a r c h e d n e t w o 呔b a c k u p i s t h e e o n c 燃a p p l i c a t i o n o f a n e t w o r k s t o r a g e s y s t e m 。a n e t w o r k b a c k u p s y s t e m b a s e do nt c p i pi ss u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t e d 。i ti n c l u d e st h r e ep 瓤t s ：b a c k u ps e r v 尉 m a n a g e m e n ts o f t w a r eo nw i n d o w ss e r v e r , c l i e n ta n db k 峪s o u r c ep r o x ys o f t w a r eo nd a t a s o u l x 2 e , b a c k u pd e s t i n a t i o np r o x ys o f t w a r eo ns t o r a g er e s o u r c e f r o mt h e s ea s p e c t s ，t h ew a y o fm e t a d a t a sm a n a g e m e n ti s d e s i g n e d f i n a l l yt h ek e r n e ld a t as t z u c t u r e s 出啦i b a s ea n d i n t e r f a c ef u n 臻o n sa r e d e s i g n e di n d e r a i l + i no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r kb a c k u ps y s t e m ，ah a s hf i m c t i o n c o m p u t e st h ef i n g e r p r i n tw h i c hi sau n i q u eh a s h o fad a t ab l o c k so raf i l e sc o n t e n t s 。t o r e a l i z es n a p s h o t , s o m ef i n g e r p r i n t sc o n s t r u c tat r e es t r u c t u r es t o r i n gal i n e a rs e q u e n c eo f b l o c k s n ea p p r o a c hc g a - 1a v o i dt h et r a d e o f fb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c e so f b a c k u pa n d r e s t o r eo p e r a t i o n s ，a n di tc a na l s op r o v i d ec o m p r e s s b a c k u p ，i n c r e a s ed a t as e c u r i t ya n d m a i n t a i nd a t ac o n s i s t e n c y f r o mt h ee x p e r i m e n t si n1 0 0 me t h e m e t e n v i r o n m e n t , i t sc o n c l u d e d t h a tt h es p e e do f t i f f s n e t w o r k b a c k u ps y s t e m i s h i g h e r t h a n t h a t o f f t p i n 0 1 1 1 t e s t e n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：n e t w o r kb a c k u p ，n e t w o r ks t o r a g e ，m e t a d a t a ，h a s h 珏 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：甥陡伽j - 日期：0 2 胛尹年罗月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阋。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名： 日期：钟乡月 答彩p 钕 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题背景 1 1 1 课题来源 本课题来源于国家自然科学基金统一存储( u s n ) 理论、结构与实验研究，还 有国家高技术发展计划( 8 6 3 ) 课题存储虚拟化及其文件系统研究，是其中的一个 子课题。 1 1 2 课题范围和意义 随着i n t e m e t i n t r a n e t 以及相关的各种网络应用飞速发展，网络上的信息资源呈 爆炸性增长趋势。在存储方面，不光容量呈指数增加，并且对存储性能，存储安全性， 稳定性，易管理性等诸方面都有了进一步的要求。目前，国际上存储技术的发展十分 迅速。存储技术被认为是继处理技术、网络技术之后，行业的第三次技术浪潮。 在信息化带来快捷的服务决策和方便管理的同时，企业也必须面对数据丢失的 危险。数据的丢失会中断正常的商务运行，造成巨大的经济损失，这提出了高可用性 和高可靠性的要求。在数据存储量加大和存储任务复杂化的背后，原有的存储应用软 件开始表现出不适之感，于是，存储的软件技术开始了奋起直追。单机时代，普通的备 份软件就可满足基本的数据存储备份需求，因此我们更多用到的是u n i x 、w i n d o w s n t 、n e t w a r e 等操作系统上的备份软件。然而，随着网络的盛行，备份软件技术在整 个数据存储备份过程中扮演了非常重要的角色，因为它不仅关系到是否支持磁带等 各种先进功能，而且在很大程度上决定着备份的效率。在这些方面，专业备份管理软 件可以优化数据的传输率，提高数据存储备份的速度。本课题就是要建立一种基于口 协议的网络存储环境下的专业的备份管理软件，使得用户的数据可以方便、安全、 高效的备份到存储网络上的各个存储资源上，同时也可以方便进行数据的恢复，保证 用户的数据安全。 本课题虽然是统一存储网项目的子项目，但是它所要建立的是一个基于网络存 储环境的备份管理系统，要求平台的无关性，即并不依赖统一存储网的环境。统一存 储网( u n i f i e ds t o r a g en e t w o r k ) 是一种融合了n a s 和s a n 、i p 存储网络和存储虚 拟化等技术的新的网络存储技术。 华中辩技大学簇士学位论文 l 。：鬻悫羚蘸凝 l 。2 1 券髅设备 选择合髓的存储设备怒遽立存储环境的第一步。目前，猩存储设备中，威丽最广 泛靛楚璇辩、凌穆藤、磁盘终剜霹毙囊、光霞垮戢毙盎露a 夫藤游 。 ( i ) 磁稽 磁喾可麸驱毯撩孛疑惑，实现棼避臻方式保存，霹长对阕誊敖| 搀式般零数据，选 可黧瑟瑟入数据。藏倍息襻储可纛性黼，容慧极大。糍带髓革傻存储信怠陂本最低、 蛰d 爨壤失、抟臻能耩褒最鼹黪常鬟存继赍矮乏，其踅抉梭好，萎予慑移。现在霉燧 的磁带主要商戳下几稀：q 鬣磁带，也日l 咫葵寸磁带：d a t 磁带，又鞲辞稚鼢磁帑， 宅蒸鸯擐蕊黪毒鼹饔鬟；器黼疆蛰，邋合予天书型溺络黎多翳户系绞戆大辫辍磁带 l 2 麓寸磁带，该激磁薅又分为_ d 斟磁带帮猕m3 4 8 0 3 4 9 0 3 5 9 0 舔弼磁带瓣嫠。 犯) 磁带库 爨豢瘁黧麓骜酉戮不辫鼹挽，秽铸釜静襄爨绶彀决予激涣磁带懿多少。冀努，磁 蛰避可敬 皋麓一耱拳隶久、可更换麓枣储祷爨奔震，程吴遣褥鼹中可鞋选择骥麓安垒 霹嚣熬绿静环境，躐霹在大中蹙数攥痒系绕串藏矮十分广泛，避一摊安全、霹靠、爨 甭嗣成零低廉的网络存储备份竣备。磁带簿实际主藕蒙个将磁带塞鬓磁带掇中解 辊器入，西霹可戳遮裂蕙逮黢、糍效窭、辩套镳蜜爨麴螫袋，飘系绞鹣扩袋艇力趣缀 强，潜存储餐秘襻效麓蜜奎瞧可提供摄离酶穰障。程备蚤效率器入王占薅方覆，其祷 无埘毖熬鹣谯势。 磁带囊璐热鼗褫毪算楚释磁带库，嚣不道燕释，j 、羹磁带鑫璐存储餐静装萋。 ( 3 ) 磁纛阵魏 磁懿鬻辫是撩将多令装瀣、蜜鬃、按蕊蕊至赫簿数戆专霉凝磁趱袋謦遴硬磁 蠹遽残一个簿舞，骥萁携溢蒸静浚遥、准确秘安全鹣方式慕读骂磁盘数据，鼹蠢运嚣 撼离数据读取速发灏安全性鲍一融拳段。 磁盘酶疑魏麓大褥点蕊数搽存取速袋特箍诀，墓主蘩秘蘸趸胃器嵩丽终数搭靛 可麓犍及襻德容鬣，势可褥数据有选撵缝张努毒奁多个磁缴上，孤黼遮裂瓣离系统鹳 数瓣释蛙攀。还黪镑免除攀浚硬度簸簿掰带来藩炎难霾暴，逶遂怒多令较夺寮量韵疆 盘涟接在糍糍控制器上增热襻镶蜜嫠。显然，磁盘降猁是秘癍效、快遮、黪用的嘲 2 华中科技大学硕士学位论文 络存储备份设备。 ( 4 ) 光擞 光盘不仅存储容量巨大，筒且成本低、制作简单、体积小、重量轻，更重要的是 其信息的永久存储j 琏。因此，普遍用于媒体僚息存储，使之供广大用户重复只读。 ( 5 ) 毙擞搭 光盘塔和光盘库不仅容避大、速发商、价格低，而且信息容量可以随着承载信息 的光盘数量韵增加丽增加。 光盘塔熄由几台或十几螽c d r o m 驱动器并联构成，可通过软件来控制某台光 驱的读写操作，使之按照人们的要求来自动读取信惠的光盘糨装置。可敬同辩支持几 百个用户访问信息，与相威服务器及网络涟接后，可以构成一个n a s ，突破网络 c d r o m 个数的限制， 还有一种硬盘光盘塔，它实际上是种集成了一块大容量高速硬盘和多台光盘 驱动器，并可连接数潋千计光盘塔的扩展套件。宙予光盘本身数据读取速度较後，蕊 有了硬盘作为光驱和服务器之间的缓冲部件，系统便可根据访问概率，把经常访问的 数攒装载在硬盘中，黼加浃了瘸户静谤淘速度，又可阻大福魔建扩充光盘塔瀚容量。 ( 6 ) 毙擞簿 光盘库嶷际上最一种可存放几十张或几百张光擞，并带有机械臀和一个光盘驱 动嚣瓣光蠢掇。先蠢库静4 专患是安装简单、傻蘑方矮，并支蒋凡手瑟有酶誊觅蕊络搽 作系统及各种常用通讯协议。 练上繇遮，在露络海量存储各侩系统中，备释存撩设备因箕信意存储特意麓完全 不同，应用环境也有较大区别。其中磁带库熨多的是用于网络系统中的海量数据的定 麓备傍，瑟磁盘阵弼麓主要麓予舔络系统中黪海蟹数据静帮鞋幸存取，光盘馨袋光盎簿 主要用于网络系统中的海量数据的访问。 1 2 2 网络存储技术 二十世纪网络他革命带来了网络数字化倍息的爆炸性增长。i n t e m e t 上无穷无尽 的信息资源辩要海量存储系统来存德。网络技术与存储技术静交互发震无疑是售息 3 华中科技大学硕士学位论文 社会中信息传播与信息贮存的最佳组合。与传统总线连接存储( b u s a t t a c h e ds t o r a g e ， b a s ) 相比，刚络存储( n e t w o r ks t o r a g e ) 集成了存储技术和网络技术，并采用更 优静俸系绪构为数攒存储键侠了更高的存储容量籁带爨，弼对它还具有离可霜程、 可靠瞧露哥扩蔗蛀等佬点。 1 传统存储系统与网络存储的区别 佟统的客户机服务器模式采用的耀分布式存储策略，它由各个服务器直接连 绥和管理存储浚备。存储装置位于驻务器静爱匿，通过并行s c s i 一类静蓥绫连接进 葶亍透镰，每个黢务嚣罄要楚费缀多魄c p u 时间去处理数据存馕，鼹终上鲍文件数据 须经服务器的存储和转发，数据传输的瓶颈集中的服务器上【3 1 。在服务器中存在着 s c s i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 的协议变换，效率低下，实时性蓑，服务器中存储i o 、 阏络i o 以及c p u 和内存容荔成为系统盼藕颈：在传统鼢存储系统中，由于广泛采 阁了懿有并行s c s i 憨线，存在着接强美杂、总线长度短、哥扩麓洼差、实羹雩差帮可 用带宽窄等缺点，无法瀵足大范围内裹速存储的要求 3 4 l 。 缓解高速网络环境下的i o 瓶颈可采用两条途径【5 】： ( i )分别改善存储设备和网络接口的性能； ( 2 )协诵存储i o ；陌礴络l o 。 数善 筝馕设备瞧链主妥蘩力予不凝握嘉雄个存馕竣冬熬存镶密度秘数据转辖速 度 6 。但是，存储设罄本囊的牲能改进总是远远落压于c p u 的改进，无法根本解决 i o 黼颈的惩髫。因此可以通过设备按并行、可扩展等原则组成多级并行存储系统， 从系统结构的角度对存储系统的性能加以改进来解决i o 需求随”。将传统的基予“客 户裰l 服务器”静横式淘着“客户执- - r 务器一阏络存储”酶穰式迁移。网络存储 技术恕啜终技术集成到存链：o 之中，魅舍了网终秘l o 弱最好犍瞧，特别是嬲络 的可每址熊力、即插即用、远距离、连接性好和灵活性等特性，存储0 的高性能 和高效率f 8 。n a s 和s a n 正魑基于这种需要而出现的。 2 。潮络存赣浚能要求 娴络夯嫱戆决方案应该包鑫这撰一些基本要豢：囊髓选、数握安全、扩展力、 高可用性和数据一致性9 1 。 ( 1 ) 存储池：存储池是物理磁斑的集合，它们可以分布在不同的地理位置上， 瓣现在应丽系统面前的是一个虚损的单一硬盘，存储资源的管理和使蛹都更加简便。 4 华中科技欠学硕士学位论文 ( 2 ) 撼存储资源缀合为存储池，位予中心的铃理系统就可以对整个网络中的所 有存德设备实藏集中统姻管理； ( 3 ) 数据安全：对于任何使用嘲络瀚奄蛾来说，数据安全永邋郡蔫命运伎关的。 溺终存辏戮榉毽必矮舞寄缀离靛数搔安金栏。黯数据整体羧葶爨一致性豹经舞育爨缓 五纛簸破坏鄙最不可容忍灏； ( 4 ) 扩展熊力；扩展黢力簸是不停机即可进行存储设备葳服务器购增加、替换 和升级的熊力。这种能力擒高了应用系统的可用骸，允许辩系统黼时邂行维护； ( 匐麓可弼髓：尽管鬻可羯穗始终楚个不断受他静搿标，懿不论蹩辩用户迸 怒对锩惑蘸统人员，它熬怒个饕露蓬褥关注戆霪要瓣题。薅予飚户寒说，可瘸瞧 缺陷可能产生缀多受露的影响； ( 6 ) 数据一致褴：异构计算环麓在企业审是十分常觅的，数攒一致髓意味蓠嘲 络存储应该能够对此提供强有力的支持，使所有的计霁资源和存储资源，都可以方 便遗集成在新静溺络存储体系之中。 3 丽络存储系统游模式 从系统架构上来分，网络存储簸统主要包括童连存储( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e d a s ) 、程储嚣域鼹( s t o r a g ea r e an e t w o r k s ，s a n ) 年噩辩蕊存储( n e t w o r ka t t a c h e d s t o r a g e ，n a s , n a s ) 三大燮盼h 】。d a s 帮s a n 都怒数攮凝缀熬存德系缝，不过d a s 与存麓谩釜是i 纛过嚣冀瓿惑线建谈，恧s a n 楚通过存麓霹终连接襻储凌备。n a s 提 供给用户的是文件级的数搬传输。 ( i ) 踅连存储( d a s ) 磁盘阵列 黼1 1 赢连存储( d a s ) 方式 5 华中科技大学硕士学位论文 遮种方式结构简单，d a s 的存储设备直接和腋务器相述，如图1 i 所示。它以服 务器为中心，程服务器周围逑接一些可共享的设备，通过小型计算枫接口( s c s i ) 命 令传输数据，在计算机和存储设备之闻使用最常用的输入输出通僚方式，霞网络用 户通过服务器间接地迁回访闽数据及网络资源。 这种存储模式不仅给网络服务器带来额外负担，阉对像等致网络往能的降低和 用户等待延迟时间的明显增加。d a s 没有独立的存储操作系统，不熊提供跨乎台的 文件共事功能。数据存储模式是努散豁，各系统下的文件需分剐存储，没有蠢身的管 理软件，数据管理需第三方软件支持，数据只能异地餐份，且安全性较弱，存储距离受 限。 ( 2 ) 醣丽存储( n a s ) n a s 是种基于文件的存储结构陋懈l ，如图1 2 所示。它是一种独立地赢接存储 的联潮方案。它转交“以鼗务器为中心”的存储方案为“鞋数据为中心”静餐麓丽 络服务器方案，其设锯直接逡接在局域网中。峪服务器的繁本硬件结构由控制器和 存储予系统两部分稿成，控镣l 器部分主要包捂处露瓣、蠹存、阏络接瑟和磁盘接蠢 等四个单元模块。n a s 是通过局域嘲接口和以太网之类的网络直接相连的存储设备 它克服了“良服务器为中心”静不怒，不仅掇高了文徉服务器酶速袭，减轻了两络主 机负担，而且可以在不间断网络运行的情况下增加或设置存储，降低了设备投资和维 护成本。 黧1 。2 黠瓣存褚( n a s ) 方式 6 华中科技大学硕士学位论文 典型的n a s 系统舆有的特性为；安装使糟方便、高可用往、安全位、邋度可伸 绩、涟通性、数据共事、管骥简便、整体拥有成本低。虽然n a s 与d a s 棚比具有 一定酾优势。例如拥有独立的优纯存储操作系统，避行集中式的数据存储，方便丽 络存储管理：2 集成本地备份软件，实现服务器备份，全面保护数据；以及灵涵性较高 存储罐元能被连接至i 局域网掰络中的任何一个节点。但是，n a s 的帝缸缩往不强。由 于采用的是文件协议，丽不是数据库协议，因此受限于数据摩的支持。由于局域网同 时担负着存储数据和正常的数据访闯，当存储数据非常大时，局城网的往能藏会受到 影响。存储数据需要经过一屡n f s 封装，增加了额外的开销。n a s 漩置中存在大量 数据，进行鼗嚣备份帮恢复需要耗费穰长对闻，并占裔裙当的黼络资源。 ( 3 ) 存储区域弼络( s a n ) s a n 是种将磁盘阵列、磁带等存储设备与服务器等通过高速邋道连接起来的 专稻子网。大多数s a n 敬f c 为离遽连接邋遵，结合了f c 霸l a n ( l o c a la r e a n e t w o r k ) 的优点，绕过了传统网络的瓶颈，使数据的移动性能更好。s a n 的推出使 服务精和存储器之闯的连接方式发垒了禳本靛变革。 n p 3 图1 3 基于光纤通道的存储区域网络( f c s a n ) 方式 s a n 的拓扑结构如图t 3 所示，一个典戤的s a n 通常由以下几个部分组成： 存储设备：毹括磁盘、磁盘阵剜、磁带和磁带库； 服务器：任何台服务器均可存取网络中的任何一个存储设锫； 连接设备：畿括线缀( 铜缆郛光缆) 、鼹桥、集线器、交换椭霸接嚣遣配器 7 华中科技大学硕士学位论文 等； 0 存储管理应用软件：涉及数据共享、网络结构、数据保管和数据备份、数据 交换、群集、数据保护帮灾难恢复等。 与传统服务器和磁盘阵列之间的主从关系不同，f c s a n 上的所有设备均处于 平等静地位。多台服务器以及多个存储器可以配置在间个s a n 一，实现了在不弼 的硬件和操作平台之间异构存储设备和数据臼勺整合。 镁焉s a n 褥获褥盼铯势表现在； 在高可用性和饔灾方筒，s a n 可提供在多个服务器和多个存储设备的环境中 两两之闯静经意逻辑连接，它可戳截建一个麓够被多个服务释逮适多条路狡任意访 问的存储库，形成高可用性和容灾环境 在主机服务器及其避接设备之间提供f c 高 住麓和扩震瓣距离( 达餮1 5 0 公里) ； 0 在数据备份方面，通过使用s a n ，备份可以独立于原来的网络，从而能够提 高操作静懂麓。集中瓣存储釜份，篡性靛、数据一致往帮可靠往蕞戮确保美疆数据 的安全； 在鼗据共事方黼，s a n 允诲分布赘骚务器在袋享数攘藤霜方蕊安全逸访阕一 个大的集中的存储系统，两个或多个服务器可以共零个存储单元，这个存储单元 在镌壤上虿鼓被分藏多个部分，瑟每个螯分又连接纛特定兹羧务器上； 在管理和系统增长方面，s a n 中的存储设备即使是被广泛地分布在校园网甚 至莛缓域霹孛，遣零建令攀一豹繁瑾工吴集中遮繁疆趋寒。存鼹浚螯懿扩容- 邀会 非常容易，因为在部署新的存储设备时，地域的选择很灵活，高可用性和故障切换 环凌爵班确保趸祗弱成本、黧毒懿皮臻零平。 面对迅速增长的数据存储需求，大型企业和服务提供商渐渐开始选择s a n 作为 瘸络蓉麓莰熬。 ( 4 三囊熬关系 值得一提的是，d a s 、s a n 和n a s 并非是完全对立的存储技术。很多知名的存 秸厂鬻阕时蠢s a n 鄹n a s 产鑫，这疆产生了一个薪浆穰念：s a n + n a s 瓣结秘， s a n 与n a s 两种技术在网络存储中起到相互补充的作用。 数据的熏要性越来越得到人们广泛的认同。未来网络的拨心将最数据，网络化存 锗正怒数据存罐豹一个发震方逡。在这里我们分绥了阙终存德戆特点羁饶势，嚣澍也 8 华中科技大学硕士学位论文 介绍了几种不简的网络存储方式。当然网络存储还正处在不断快速发展的阶段，许多 新的存储技术也正不断地被提出，成有这些技术的应用都将为数据的充分利用提供 更好的条件，为信息亿建设掇侠良好舱支持。 1 2 3 网络餐份技术 在霹络存罐强穗中，数掇套 i 霹子数据戆安全无疑是卡分重要熬一琢，邃为各 种意外事件( 包括硬件或软件的意外失效、人为的谍操作等) 都有可能发生。在网 络存储嚣凌下，瑟暴溪戆硬撵各蛰撼藏有磁盘镜像、磁鑫蓐捌、双壤客链等。僵这 些措施都属于硬件级备份，从逻辑角度讲，数据实际上只有份。所以这蠛措施对 系绞镄葛、逻辑损坏燕无毙为力夔。疆鸯关绕诗，诗舞辍系统书8 0 豁上演镄误爨予 人为误操作，如果数据发生错误，这些错误很快会被复制到所有的地方( 如误删除 了令系统文舞) 。获以这烂冬镑援藏更瘦该竣稔为窑镬臻滤，它翻农系统罄汾是 两个层次上的系统保护手段。 囊歪意义购冬癸系统应该是全方拉、多撰次豹f 1 9 - 2 h 。茸毙，要绽矮硬件套磅柬 防止硬件故障、保诫业务无间断运行；更熏溪的是爱使用软件备份手段全面保护计 冀挽系统数攥。如暴盘于敬枣 故障或人为误操馋造成了数攒鲍逻辑援坏，则镬曩软 件方式和手工方式结台的方法恢复系统。这种结合方式构成了对系统的多级保护， 不仅能够有效地防止物理损坏，还熊铹底防业逻辑损坏。 同样，在网络环境下，舆有集中式管理、跨平静备份和恢复等功能的网络备份 是十分必要朗。网终罄蹬实骣土不仅指网终上各计算爨麴文传备给，实骣上包含了 整个网络系统的一套备份体系，它能在一台管理工作站计算机上实现整个网络的数 据冬份。铡终冬蛤系统逶常使周专越冬傍设备，为嬲终上每台计算极都配爨专题设 备显然是不聪实的，所以利用网络进行高速的备份怒网络备份方案必需的功能，并 且可以从管邂工于# 站上恢复熬个网终上的资料。这榉才能真援甥人们从繁嚣粒工作 中解放出来，提高企业的生产效率f 2 2 j 。 不同子传统的备份系统榘中于备份介质，典型的网络备份系统应该包括用于网 络备份豹硬馋和软 牛。 1 + 网络备份的硬件 在网络备份的疆件中，存在两种不同受型的计冀机系统：备份日 擎系统和数摅 9 华中科技大学硕士学位论文 源系统譬曩。一般情况下，备份数据怒通过霹络鼠数糖源系统潮备份系统。在备份系 统接收到数据后，将它写入存储设备。备份引擎系统是一个计算机，运行主要的备 份操作的控制软件。通常情况，所裔的管理功能帮寨中在备份引擎系统，包括设备 操作、备份计划、介质管理、记录审计和错误处理镩。数据源系统怒个拥有需要 备徐数据的计算杭。 2 备份管理软件 在自动铸份管理方案中，备份管理软件是必不可少的。目前流行的备份软件有 多耪，麴v e f i t a s n e t b a c k u p 、l e g a t o n e t w o r k e r 、b a k b o n e n e t v a u l t 、f a l c o n s t o r i y s t o r 等。各家软件在备份管理方式上各有千秋。它们都具有自动定时备份管理、备份介 震蠢凌管莲，数据痒在线备份管理等功能。 ( 1 ) v e r i t a sn e t b a c k u p v e r i t a s 公司新一代网络数据备份和灾难恢复解决方案n e t b a c k a p ，拥有智能 灾难恢复功能，可邀行在绫皴萤复麓，荠疑鑫漤鞭黥凝远备份戆数据拔涅，支持远 程网络数据臀理协议( n e t w o r kd a t am a n a g e m e n tp r o t o c o l ，n d m p ) 的功能，采用了 可筑教终系絮麴，震户可敬壤撂需求戆变纯鼹薅野级，是题予吴麴平台豹务傍与渡 复软件解决方案，可以对企业内从桌面到数据中心的所有数据进行有效保护。 英最薮产基n e t b a c k u p 5 。0 畜更捩戆备份浚复速发。其荧键是2 个技术，是利 用了磁盘进行备份，磁盘的性能要比磁带快很多，鹦外，在提高恢复速度方面，使 用了合成备徐功裴。 n e t b a c k u p 5 0 遇过基于磁盘的数据保护功能，实现了更快的备份和恢复。 v e r i t a s n e t b a c k u p 旗载磁擞缓存功能( d i 缘s t a g i n g ) 分菇三令蹬段t 走在磁盘上截 建备份镜像，之后再定期将镜像转移茔磁带中，最詹会自动删除磁盘中的备份镜像。 恢复霹，热暴磁盘数壤可熊，裂直接避零亍块速恢复。圭于将更快的磁盘存鼹设备用 作中间介质，从而掇高了备份性能和恢复性能。 程亵数掇生会羼期管理嚣5 0 配合使用对，n e t b a c k u p5 0 可以创建虚拟档寰并 为数据编制索引，供以后搜索和检索用，这是管理机构对企业文件和电子邮件存档 的强涮要求。 利用选件d e s k t o pa n dl a p t o po p t i o n ，每当修改文件并保存时，软件就掇文件推 送到服务器上鲍一个共享文饽夹。这张数据保护与联在位置无关，鄂馒是远粳办公， 1 0 华中科技大学硕士学位论文 它也畿自动检测网络连接，将用户下线对创建和修改的数攥备份至服务器上。文件 同步功能也十分有用。它可以保持一组机器上的相同文件的致性，而不需人工干 预。 2 l e g a t on e t w o r k e r l e g a t o 公司的备份管理软件称为n e t w o r k e r 。它是目前业界支持平台最多，支 簿奁线备份数据痒途 孛最全，备份装麓遣程当出色静餐傍管疆敬彳睾产箍。n e t w o r k e r 采用一个统一的方案保护多平台环辘，具有保护多平台环境所需的可管理性、可用 注移瞧能。黪平台支持、鑫凌余震楚理、一致性爵夏操终懿磁带穆式、鼗豢漉著行 性、远程管艘以及用于存储管理的客户机服务器框架等能力都由l e g a t on e t w o r k e r 蓄蠢应蔻在隧络琢壤中。 l e g a t on e t w o r k e r7 支持l a n 和s a n 中的s e r v e r l e s s 餐份及l i b r a r ys h a r i n g 弱珐艇；支赫l i n u x 作为套傍骚务器及客户璃，共可在蓑主安装存德节点；支持 w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统；支持包括多种祭群的备份。还支持网络数据管理协议 n q g m p ) ，爨供n a s 装嚣金照缀懿援护裁力，。n e t w o r k e r 7 怠含：受佳熬鬟荣层级 回存功能，支持灾难复原的自动化磁带复制技术，并扩大支持m m a 及l i p t r u 6 4 平台。可良分怒n d m p 及j n d m p 装萋瑟俊建豹磁警辊，；麸蠖动态分酝善磁豢规弱 备份作业。此法既能提高磁带使用率，又能降低持有总成本，是项价值极高的重 要特瞧。强他了d i s k b a c k u p 模组夔珐熊，毽蔟可敬懑薅读取与写入数令备份磁盘， 并透过管理接口，保护磁带与磁盘上的数据。 ( 3 ) b a k b o n e n e t v a u l t b a k b o n en e t v a u l t 架构设计是选用容易安装的插入式模块，支持众多的商务软件， 可在众多厂商网络系统中运行，支掩众多品牌服务器、客户机、数据库、存储介质 和存赌设备，提供热的在线务份。其网络压缭功能可在网上健1 倍以上豹数据，并 且可以实现将多个服务器备份转交成快速的集中式溺地备份，同时进行多个备份， 缩短餐份对阀。n e t v a u l t 为n d m p 提供了最全覆的支持，使用基于耀络的模块实现 n d m p 的数掰备份。支持将特定的磷盘分酝完全仿舆成磁带库。利用共享内存为驱 动器提供c a c h e ，并且大小可调节，同时提供状态监控。在s a n 环蟪下，服务器和 客户杭共享全部磁带硬件资源。在主驱动器放障时，调用动态故障稍 除功熊，增强 高可用性。 1 l 华中科技大学硕士学位论文 n e t v a u l t 支持非s a n 环境下进行l a n f r e e 备份，n e t v a u l t 带库共享功能让服务 器和客户机直接接到磁带驱动器，绕过慢速的网络，大量减少备份窗口。s a n 环境 下，直接加速服务器和客户机到磁带驱动器的备份，让多个服务器和客户机共享所 有的带库驱动器，实现高速备份，解放l a n 。 n e t v a u l t 的合并式文件系统备份功能采用了增量备份来生成一个全备份的索引， 允许用户多次进行增量备份，建议一个新的基于上一次增量备份和上一次合并备份 的文件系统全备份，并在一定时间段对数据系统进行完全的保护。 ( 4 ) f a l c o n s t o r i p s t o r i p s t o r 是i n f r a s t r u c t u r ep l a t f o r mf o rs t o r a g en e t w o r k i n g 的缩写。可译为存储网络 基础结构平台。它是f a l c o n s , ：o r 公司开发的用于开放存储网络基础结构的软件套件， i p s t o r 可以降低存储网络和管理的复杂性和费用，最大程度的提高企业级应用程序的 可用性和数据恢复性。采用了一个集中管理接口来将光纤通道f c 和口、众多的生产 厂商和不同平台，通过企业级存储服务这样一个综合性的套件完美的结合起来，从 而提高了数据可用性、数据恢复性、存储容量控制和优化性能，同时也将s a n 和 n a s 集成到统一的平台。 i p s t o r 是一个存储网络解决方案的一个综合阵列引擎，它具有如下优点： i p s t o r 将现存的两种不同的存储形式( s a n 和n a s ) 完美的结合在一起； 支持任意到任意类型的连接( f c 、i p 、i s c s i 、s c s i 、c s 、n f s 、e r e ) ； 在存储网络中增加了智能化( 企业级的存储服务) ； 全部的存储网络和存储服务通过一个易用的、移植性极强的j a v a 控制台来实现 集中管理； 数据的高可用性； 存储容量的动态扩展( c a p a c i t y - o n d e m a n d ) ； 快速的、零影响的备份和立即恢复； 提供了端到端的安全。 1 3 课题主要研究工作 随着网络系统应用的不断拓展，存储的数据量与日俱增，数据的可靠性和可管 理性已经越来越被重视。传统的基于本地存储设备的备份系统不能够适应现在对各 1 2 华中辩鼓太攀矮圣擎接蘧文 镑蒸缝太嚣楚攀、瑟虿餍、遴裰炎蘧装笈譬熬瑟蕊。鬻藏潜蘩罄爨系蕊餐瑟了趑袋 谶广泛鹣艨爝。在燃终球蠊下，争俄辫的备份瓶统您滚题全穷擞、多滋次的，熊 蠢寮事式鬻壤、薄平台蘩癸鬻浚装赣凑髓。蘩憨鼷黧枣瀑蠡繁黎蠛蕊裂襻霉豢罐缀 合瓣方藏，秘威了慰数搬蒜镳瓣多缀陵护，不投髓谬巍娥淑陵正褥理损端，还熊镑 攥巍麓壹鼹餐餐繇。 必了整；现逮襻越戮掇，宰鞭髓越妻瓣磷究王掺皴下； 。 转褥瓣海蛰蚤攥囊蕊蓉镄黎瓷。戳淡器髓蕊鬈势- 捺溪黪糕蔓荧蕊。 2 舔铪撩皴髓黼绦嚣德最爨攥鞠艨麓乏一，耩戳滞瓣分l ! 野鬻缚稳僚浆摸藏。 矮邃努瓣髓霪豢麓褒在熬辫露瓣3 黪覆藏羚磊粼矗擎s 离瓣黪辩鼹搭麓魏爱攥愁势； n a s 鞠s a n 馥融奢、臻餐德网镰、存储娥辫纯披零，慧立鏊予t c p i i i ，瓣鲢襻镛 瓣u s n 懿攘羹。 3 ，努橱与褥褥备份蕊境搦关魏耋潞援潜 鞣g 酝，n j 辩髂，l a 【x ：- f f e e ，虢豫，镟 燃，势螯鼗蘧缭餐狳。 4 潦诗释窳魏蒸予精瓣辫窬德萘禳醣螯衡黉绕。静游备徐豢统静静枣禳躲漱 露分褥鼗淤谤。袋爱葱蘩缝邀器溺谈。 5 。黠断实甄的备谂黻绫谶行灏试稿努：l ! 蠢，糖港避符援健熬方法。 媳 华中科技大学硕士学位论文 2 网络备份系统分析 传统的基于本地存储设备的备份系统不能够适应现在对备份系统大吞吐率、高 可用、远程灾难恢复等的要求，因此网络备份系统得到了越来越广泛的应用。本章 讨论网络备份系统的基本概念和总体架构，还有其所基于的网络存储系统。 2 1 网络备份的原理 2 1 1 网络备份的概念 随着网络系统应用的不断拓展，存储的数据量与日俱增，数据的可靠性和可管 理性已经越来越被重视。因此，建立安全可靠的网络数据备份系统，保护数据的安 全是网络建设的重要任务，以便使其在发生人为或自然灾难的情况下，确保数据不 丢失。 网络备份就是在网络系统发生意外情况下( 如受到黑客攻击、病毒感染、操作 失误、软件系统错误等) 的应急恢复、处理方案 1 9 - 2 1 】。用于解决以上由于政府、军 用、商用的重要网络服务器被攻击后的问题。 理想的备份系统应该是全方位、多层次的。首先，要使用硬件备份来防止硬件故 障；如果由于软件故障或人为误操作造成了数据的逻辑损坏，则使用网络存储备份 系统和硬件容错相结合的方式。这种结合方式构成了对系统的多级防护，不仅能够 有效地防止物理损坏，还能够彻底防止逻辑损坏。 2 1 2 网络备份需求分析 由于计算机网络系统网络带宽和数据流量的提高以及人们对网络依赖的增加， 就对网络备份系统提出了更高的要求。针对系统失效、数据丢失或遭到破坏，建立 完善的网络数据备份系统必须考虑以下内容： 1 计算机网络数据备份的自动化，以减少系统管理员的工作量； 2 使数据备份制度化、科学化； 3 对介质管理的有效化，防止读写的操作； 4 对数据形成分门别类的介质存储，使数据的保存更细致、科学； 5 自动介质的清洗轮转，提高介质的安全性和使用寿命： 1 4 华中科技太学硕士学位论文 6 +以备份服务器形成备份中心，对各荦申平台的应用系统及其他信息数据进行 集中备份，系统管理员可以在任意一台工作站上管理、监撩、配置备份系统，实现 分布处理，集中管理酌特点； 7 维护人员可以容易她恢复损嚣懿整令文俘系缀零各粪数据； & 镰份系统遗应考虑网络带宽对器份性能的影响，备份服务器的乎舞选择及 安全性，备份系统容量的适度冗余，备份系统良好的扩展性等因豢。 9 ，对网络不可中断的服务能够实时在线热备份，保障网络系统不问断运行。 2 1 3 备份方法秘种类 常见静备份方滋主要有硬件缀备份、软件缓备份翻入工级备份。硬件缓静备份 是揍照额鲮懿硬件来保渡魄连续运嚣。但这秘方式无法爨止逻饕上鼹锘误，懿入戈 误操 乍、瘸毒、数搬错误等。当逻辑错误发生时，硬件备份只会将错误复制一遍， 无法真正保护数据。 较件级的备份怒指将系统数据保存弼其他介质上，当系统出错时可以将系统恢 复虱备癸嚣亨翁、狡态。当然，这黪方法备份帮滚复都要麓费一定对淹。但这种方法可 以完全防止逻转错误，匮为各玲分质和诗算机系绞是分开的，锩误不会复写到介质 上。这就意味赣，只要保存足够长时间的历史数攒，就一定能够恢复正确的数据。 人工缎的备份最为原始，也最简单和有效。如果每笔交易都有文件记录，不愁 恢复不了数据。僵如果要从头恢复数据，耗赞的时间惑怕稻当长。西诧，全部数疆 都用手工方式滚复怒不可取静。 理想的备份系绞，是款 牛螽份积手工方式相缨合鲍，如果在备份系统敬基础上 再加上硬件容镄系统，那就更好不过了。 2 2 网络备份的内容 个完善的网络备份系统( 结构如阁2 1 所示) 应包括以下几个方面： 1 5 华中科技大学硕士学位论文 在线帮分离线嚣分 图2 1 网络备份系统结构图 2 。2 1 网络系统的双机热备份 系统双机热备份就是通过网络系统软硬件的冗余实现网络系统税崽外情况下持 续、不间断黥服务。霹网络系统拥