（计算机软件与理论专业论文）逻辑卷复制器的研究与实现.pdf

西北 业大学硕士学位论文 摘要 信息科学发展到今天，企业对可以在线访问及不断更新的数据的依赖达到 了前所未有的程度。不可预计的事件可能会限制数据的访问，严重地影响企业 的运营。而且，自然灾害等事件会造成数据的永久丢失，对企业的可持续经营 能力造成严重的负面影响。 因此，当 灾难发生时， 企业必须消除或减小数 据损 失，并且利用备份数据恢复。 即使使用最好的备份策略， 从磁带恢复也会造成几个小时的数据丢失。在 很多环境中，这 种数据丢失是不可 接受的。一种实时的 容灾解决方案可以 满足 这些环境的需求。它不仅减小或消除了数据的损失，并且跟传统的磁带恢复相 比较可以实现快速的恢复。复制的数据存储在没有发生灾难的地点的磁盘_ 匕 随时可以投入使用。 结合目 前的数据复 制技术以 及 l i n u x的 逻辑卷管理 器，一个可靠的， 有效 的容灾系统逻辑卷复制器得以设计和实现。 它能够基于任何 i p 网络复 制一致数据，提供最大的工作持续性。当数据的更新程度和可用性是首要考虑 的因素时，逻辑卷复制器是一种优良的、灵活的、独立于存储设备的数据复制 解决方案。 本文分析了和论述了逻辑卷复制器的设计 目 标、系统功能及实现方法。主 要工作及研究成果如下: 对 l i n u x 逻辑卷管理器，l i n u x 的进程通讯机制， 缓冲机制进行了深入 的研究，对已有的复制技术进行了整理和总结。 对逻辑卷复制器进行了整体的设计， 对其功能模块进行了划分并分别三 f . 以实现。提供了功能强大的用户命令，保证了对系统的有效管理。 利用逻辑卷复制器实现高l ij 川容灾系统。 f 关键子】 :数据复制:逻辑卷计i v 器: 仲 网络;逻辑卷复制t 9, ; 功能i k 块; i ,i l i i 容灾系统 西北 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m p a n i e s t o d a y r e l y t o a n u n p r e c e d e n t e d e x t e n t o n o n l i n e a c c e s s e d , c o n s t a n t l y c h a n g i n g d a t a t o r u n t h e i r b u s i n e s s e s . f r e q u e n t l y u n p l a n n e d e v e n t s t h a t i n h i b i t t h e a v a i l a b i l i t y o f t h i s d a t a c a n s e r i o u s l y d a m a g e b u s i n e s s o p e r a t i o n s . a d d i t i o n a l l y , a n y d i s a s t e r o r a n y o t h e r s o u r c e , w i l l pe r ma n e n t l i k e l y d a t a l o s s , f r o m n a t u r a l h a v e s e r i o u s n e g a t i v e c o n s e q u e n c e s f o r t h e c o n t i n u e d v i a b i l i t y o f a b u s i n e s s . t h e r e f o r e , w h e n d i s a s t e r s t r i k e s , c o m p a n i e s m u s t b e p r e p a r e d t o e l i m i n a t e o r m i n i m i z e d a t a l o s s , a n d r e c o v e r q u i c k l y wi t h u s e a b l e d a t a . e v e n w i t h t h e m o s t w e l l e x e c u t e d b a c k u p s t r a t e g y , r e s t o r i n g f r o m t a p e u s u a l l y r e s u l t s s e v e r a l h o u r s o f l o s t d a t a . f o r m a n y e n v i r o n m e n t s t h i s k i n d o f d a t a l o s s i s u n a c c e p t a b l e . a r e a l - t i m e d i s a s t e r t o l e r a n c e s o l u t i o n i s r e q u i r e d f o r t h e s e e n v i r o n m e n t s . i t n o t o n l y m i n i m i z e s o r e l i m i n a t e s d a t a l o s s , b u t a l s o e n a b l e s r a p i d r e c o v e r y w h e n c o m p a r e d t o s c o n v e n t i o n a l b u l k d a t a t r a n s f e r f r o m s e q u e n t i a l m e d i a . t h e r e p l i c a d a t a i s a v a i l a b l e a n d r e a d y f o r u s e o n d i s k a t a d i s a s t e r - s a f e l o c a t i o n b a s e d o n t h e c u r r e n t r e p l i c a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d t h e l o g i c v o l u m e m a n a g e r ( l v m ) o n l i n u x , a r e l i a b l e , e f f i c i e n t d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m - - 一 l o g i c v o l u m e r e p l i c a t o r ( l v r ) - - 一 i s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d , w h i c h c a n s c o n s i s t e n t l y m i r r o r s d a t a o v e r a n y i p n e t w o r k f o r m a x i m u m b u s i n e s s c o n t i n u i t y . l v r i s a n e l e g a n t , f l e x i b l e s t o r a g e - i n d e p e n d e n t s o l u t i o n t h a t e n a b l e s f u l l d i s a s t e r r e c o v e r y w h e n d a t a c u r r e n c y a n d a v a i i a h i i t y a r e p a r a m o u n t . t h i s p a p e r a n a l y z e s a n d d i s c u s s e s t h e d e s i g n t a r g e t , s y s t e m f u n c t i o n , i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d s( ) l v r . m y m a i n w o r k s a n d r e s e a r c h a c h i e v e m e n t s c u r e ; is f ol l o ws: 西北工业大学硕士学位论文 1 . 1 i n v e s t i g a t e i n d e t a i l t h e l o g i c v o l u m e m a n a g e r o f l i n u x , t h e p r o c e s s c o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s m a n d c a c h e m e c h a n i s m , i n a d d i t i o n , s u m m a r i z e t h e e x i s t e n t r e p l i c a t i o n t e c h n o l o g i e s . 2 . 1 d e s i g n l v r , c l a s s i f y i t s f u n c t i o n s i n t o s e v e r a l m o d u l e s a n d i m p l e m e n t t h e m r e s p e c t i v e l y a s a t e a m m e m b e r . i p r o g r a m p o w e r f u l u s e r c o m m a nd s t o e n s u r e t h e a v a i e f f e c t i v e s y s t e m m a n a g e m e n t . 3 . 1 c o n s t r u c t a h i g hl a b i l i t y d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m b a s e d o n l v r. ke y w o r d d a t a r e p l i c a t i o n : l o g i c v o l u m e m a n a g e r ; i p n e t w o r k ; l o g i c v o l u m e r e p l i c a t o r ; f u n c t i o n m o d u l e s ; h i g h a v a i l a b i l i t y d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m ; 西北 业大学硕十学位论文 第一章 绪 论 1 . 1 研究背景及意义 在当今的信息社会里，保持企业计算机系统的高可用性面临着严峻的挑战， 恐怖事件、自 然灾害 ( 地震、 火灾、 洪水、 雷电、 咫风) 、 人为因素都有可能导 致企业信息系统的瘫痪，毁灭关键业务数据。在企业对信息的依赖性越来越强 的今天， 数据已 经成为开 展业务不可缺少的基础， 是企业的重要财富和生命源 泉。 根据美国劳工部的统计数据， 9 3 % 的有严重数据丢失的公司在 5 年之 内破产。 维斯康星大学的统计结果也显示， 4 3 % 的美国公司在数据灾难后关门，而2 9 % 的 公司在两年之内破产。这些统计数字表明，提供可靠的数据存储保证是至关重 要的，而最有效的手段就是数据备份。对于依赖计算机系统运作的金融、电信 、 保险、民航、 铁路和制造业而言， 系统停机的可忍受时间更短。 在 “ 9 飞 1 ” 恐 j饰事件造成世贸大楼倒塌后，名列财富 5 0 0强的金融机构摩根斯坦利公司在新 泽西州灾难备份中心立刻切换 运行，从而保障了公 司全球业务的 不间断 运行， 有效降低了灾难对于整个企业发展的影响，而很多没有建立数据容灾系统的企 业却没有这样幸运。 在所有的数据容灾方案中 数据复制系统是其重要的组成部分。 数据复制系 统不等同于一般意义上的业务数据备份与恢复，数据备份恢复只是数据复制系 统中涵盖的一个方面。数据复制系统还包括最大范围地容灾、最大限度地减少 数据丢失、实时切换、短时问恢复等多项内容。可以说，数据复制系统正在成 为保护企业关键数据的一种有效手段。 数据复制系统除了能有效防止企业、部门由于重要数据丢失所造成的不可 弥补的损失以外，还能使企业从繁琐的数据备份和恢复工作中解放出来，大h m 度提高 作效率。日前国内大部分企业对于重要数据都采用手_ i - 备份的方式， 这种备 份击要维扩 ， 人员手一 1 、定期进行，其 作繁琐， 并且 容易 因为误 操作产 问题使用了数据复制系统后，只, fr f u 要进? y 简单的配r,就可以实 现动态、 动艾制，i l ; 到安个务份的日的.户总外发 i几 i 寸 ，f ry 以利用数据夏制系统的恢 西北 业大学硕十学位论文 第一章 绪 论 1 . 1 研究背景及意义 在当今的信息社会里，保持企业计算机系统的高可用性面临着严峻的挑战， 恐怖事件、自 然灾害 ( 地震、 火灾、 洪水、 雷电、 咫风) 、 人为因素都有可能导 致企业信息系统的瘫痪，毁灭关键业务数据。在企业对信息的依赖性越来越强 的今天， 数据已 经成为开 展业务不可缺少的基础， 是企业的重要财富和生命源 泉。 根据美国劳工部的统计数据， 9 3 % 的有严重数据丢失的公司在 5 年之 内破产。 维斯康星大学的统计结果也显示， 4 3 % 的美国公司在数据灾难后关门，而2 9 % 的 公司在两年之内破产。这些统计数字表明，提供可靠的数据存储保证是至关重 要的，而最有效的手段就是数据备份。对于依赖计算机系统运作的金融、电信 、 保险、民航、 铁路和制造业而言， 系统停机的可忍受时间更短。 在 “ 9 飞 1 ” 恐 j饰事件造成世贸大楼倒塌后，名列财富 5 0 0强的金融机构摩根斯坦利公司在新 泽西州灾难备份中心立刻切换 运行，从而保障了公 司全球业务的 不间断 运行， 有效降低了灾难对于整个企业发展的影响，而很多没有建立数据容灾系统的企 业却没有这样幸运。 在所有的数据容灾方案中 数据复制系统是其重要的组成部分。 数据复制系 统不等同于一般意义上的业务数据备份与恢复，数据备份恢复只是数据复制系 统中涵盖的一个方面。数据复制系统还包括最大范围地容灾、最大限度地减少 数据丢失、实时切换、短时问恢复等多项内容。可以说，数据复制系统正在成 为保护企业关键数据的一种有效手段。 数据复制系统除了能有效防止企业、部门由于重要数据丢失所造成的不可 弥补的损失以外，还能使企业从繁琐的数据备份和恢复工作中解放出来，大h m 度提高 作效率。日前国内大部分企业对于重要数据都采用手_ i - 备份的方式， 这种备 份击要维扩 ， 人员手一 1 、定期进行，其 作繁琐， 并且 容易 因为误 操作产 问题使用了数据复制系统后，只, fr f u 要进? y 简单的配r,就可以实 现动态、 动艾制，i l ; 到安个务份的日的.户总外发 i几 i 寸 ，f ry 以利用数据夏制系统的恢 西a 匕f 业大学硕士学位论文 复功能进行自动恢复或者把应用程序迁移到从服务器上运行。 由于国外企业对于数据存储的安全性和可靠性的重视，目前国外 己有了一 些远程容灾系统软件，然而大多 数系统都是在一些昂 贵的硬件设备的基础上实 现的， 而且其地理距离也不可能达到 i n t e r n e t 网的 广度。 而国内的许多企业对 于数据没有给予应有的重视，也 还没有相应的系统。 而且现在己有的许多系统 都存在着以下的问题: ( 1 ) 基于磁盘阵列的 远程复制系统通常需 要购买高端磁盘阵列并 且需要 建立专门的 f c网络，仅购买两个支持远程复制高端磁盘至少需要 1 0 0多万元， 因 此投资巨大，只有少数企 业才 一 有能力建立这种容灾系统。另外，由 于目 前不 同磁盘阵列厂商生产的产品互不兼容，基于磁盘阵列的远程复制一般只能在同 一厂家的同一类型的磁盘阵列间进行，这使得其扩展性较差。 ( 2 ) 基于文件系统或 者应用 程序的远程复制软件只能复 制特定文件系统 的 文件或者应用程序的 数据，而不能对任意组织格式的 数据进行复制， 通用性 较差，如果用户有多种数据需要进行远程复制，则需要购买多个复制系统，变 相增加了用户的投资额;另外，由 于该 类系统一般不是采用块设备 操作，i / 0 操作的效率较低，因此对应用程序的性能影响较大。 ( 3 ) 己有的其他平台 ( 例如惠普的h p - u x 或者s u n 的s o l a r i s ) 上的远程 卷复制系统建立费用普遍较高，建 立费 用包括主 机购买费用、 操作系统 购买费 用和卷管理系统购买费用等。例如 v e r t t a s的卷管理系统和远程卷复制系统一 般就需要三十万元以上。另外，己 有的其 他平台远程卷复制系 统不支持以 跨卷 组的复制卷组为单位进行复制。由于许多己经在运行的大型应用程序可能使用 了多个卷组的多个不同的卷，为了进行远程复制不得不停止应用程序并重新进 行配置，这种限制是许多用户不愿意接受的。 而基于 ! . i n u x 的远程卷复制系统作为一种综合利用操作系统技术、 存储管理 技术和网络技术的系统。在国外，只有美国的 v e r t t a s公司的 1 , i m i x平台远程 卷复制产 : 品正在研制之中:本系统不需要专门的网络，也不需要购买其他设备， 用户在两台以 l ! n u x 服务器和t c p / t p 网络的华础 卜 ， 即可轻松建立数据容灾 西北一 1 _ 业大学硕士学位论文 系统 。 1 . 2 工作内容 这篇论文是我参与并完成的 l v r系统的设计和实现的工作总结。这项工作 给我很好的实践机会，使我对数据复制技术和灾难恢复技术有了深刻的认识， 并对系统地进行项目研发积累了很多宝贵的经验。 在项目中，我主要承担了以下工作: l v r 系统整体模型的设计与实现; l v r 系统中用户与内核交互模块的设i t - 与实现; l v r 系统用户命令的 设计与实现; l v r 系统的调 试与性能 优化。 1 . 3 论文组织 一本论文是按照作者承担的研究和开发工作来安排的， 论文的重点在将运用已 有的复制技术的概念，基于 l 工 n u x的逻辑管理器，设计与实现一个功能完善， 高可靠性的容灾软件，并围绕此软件构筑企业级的高可用容灾系统。 论文的组织如一 卜 : 第一章:绪论 简要地介绍木文研究背景和研究意义。 第二章:逻辑卷复制器的背景技术 介绍本系统使用到的复制技术，以及跟其它复制技术比较得出的优点。 详细描述了作为本系统底层软件基础的逻辑卷管理器的概念和工作原理。 第三章:逻辑卷复制器的设计与实现 介绍木系统的设计原理和思想， 所使用的基本数据结构和基木概念。 对 系统的功能进行模块划分， 描述各模块的洋细设计。 详细介绍了系统的一 i 作 模式，- i _ 作期间对环境状况的应对，以及状态的转移 西北一 1 _ 业大学硕士学位论文 系统 。 1 . 2 工作内容 这篇论文是我参与并完成的 l v r系统的设计和实现的工作总结。这项工作 给我很好的实践机会，使我对数据复制技术和灾难恢复技术有了深刻的认识， 并对系统地进行项目研发积累了很多宝贵的经验。 在项目中，我主要承担了以下工作: l v r 系统整体模型的设计与实现; l v r 系统中用户与内核交互模块的设i t - 与实现; l v r 系统用户命令的 设计与实现; l v r 系统的调 试与性能 优化。 1 . 3 论文组织 一本论文是按照作者承担的研究和开发工作来安排的， 论文的重点在将运用已 有的复制技术的概念，基于 l 工 n u x的逻辑管理器，设计与实现一个功能完善， 高可靠性的容灾软件，并围绕此软件构筑企业级的高可用容灾系统。 论文的组织如一 卜 : 第一章:绪论 简要地介绍木文研究背景和研究意义。 第二章:逻辑卷复制器的背景技术 介绍本系统使用到的复制技术，以及跟其它复制技术比较得出的优点。 详细描述了作为本系统底层软件基础的逻辑卷管理器的概念和工作原理。 第三章:逻辑卷复制器的设计与实现 介绍木系统的设计原理和思想， 所使用的基本数据结构和基木概念。 对 系统的功能进行模块划分， 描述各模块的洋细设计。 详细介绍了系统的一 i 作 模式，- i _ 作期间对环境状况的应对，以及状态的转移 西北一 1 _ 业大学硕士学位论文 系统 。 1 . 2 工作内容 这篇论文是我参与并完成的 l v r系统的设计和实现的工作总结。这项工作 给我很好的实践机会，使我对数据复制技术和灾难恢复技术有了深刻的认识， 并对系统地进行项目研发积累了很多宝贵的经验。 在项目中，我主要承担了以下工作: l v r 系统整体模型的设计与实现; l v r 系统中用户与内核交互模块的设i t - 与实现; l v r 系统用户命令的 设计与实现; l v r 系统的调 试与性能 优化。 1 . 3 论文组织 一本论文是按照作者承担的研究和开发工作来安排的， 论文的重点在将运用已 有的复制技术的概念，基于 l 工 n u x的逻辑管理器，设计与实现一个功能完善， 高可靠性的容灾软件，并围绕此软件构筑企业级的高可用容灾系统。 论文的组织如一 卜 : 第一章:绪论 简要地介绍木文研究背景和研究意义。 第二章:逻辑卷复制器的背景技术 介绍本系统使用到的复制技术，以及跟其它复制技术比较得出的优点。 详细描述了作为本系统底层软件基础的逻辑卷管理器的概念和工作原理。 第三章:逻辑卷复制器的设计与实现 介绍木系统的设计原理和思想， 所使用的基本数据结构和基木概念。 对 系统的功能进行模块划分， 描述各模块的洋细设计。 详细介绍了系统的一 i 作 模式，- i _ 作期间对环境状况的应对，以及状态的转移 西北 业大学硕士学位论文 第四章:高可用容灾系统的构建 介绍如何基于本系统提供的容灾功能，构建高可用的容灾系统。 第五章:结束语 对论文的研究成果进行总结，并对后续的研究工作进行展望。 v a 北 业大学硕士学位论文 第二章 相关技术概述 逻辑卷复制器是在逻辑卷管理器中嵌入复制模块得以实 现的， 因此， 首先要 介绍一下逻辑卷复制器中使用到的复制技术以 及作为逻辑卷复制器的 底层设备 驱动的逻辑卷管理器。 2 . 1 数据复制技术 复制技术可以 按照复 制实 体的关系， 复制级别， 数据复 制的能力来进行划 分。 2 . 1 . 1 按实体关系划分 数据复制一 般独立于应用程序， 通过某种方式复制应用程序需要存储在磁 盘上的数据。 从执行复 制的实 体之间的关系来分类， 复 制可以是a c t i v e - a c t i v e 方式， 也 可以 是p r i m a r y - s e c o n d a r y 方式。 a c t i v e - a c t i v e 方式的 数据复制一般 用于分布式环境， 以 提高 系统对应用请求的响应速度， a c t i v e - a c t i v e 方式一般 用于进程复制， 例如o r a c l 。 的s y m m e t r i c r e p l i c a t i o n ， 而用于 数据容灾的数 据复制一般采用 p r i m a r y - s e c o n d a r y 方式，只有少部分分布式设备系统，例如 p e t a l ， 也采用了a c t i v e - a c t i v e 复制方式。 本文要讨论的主 要对象是以数据容 灾为主要目的的p r i m a r y - s e c o n d a r y 数据复制。 2 . 1 . 2 按复制级别划分 数据复 制可以分为文件系 统级的复制 ( 例如n e t a p p 的s n a p h t i r r o r ) 和设 备级的复制 ( 例如v e r i t a s 的v v r , h p l a b s 的s e n e c a ) ，本 文所针对的是设备 复制，即以设备为对象的复制。 数据复制的砂 究起步较晚， 鱼然少数国外大公司己经有数据复制产品问 ( t , 但是由于基木都是在磁盘阵列上实现，最近刁有在逻辑卷 f . ( 自 实现，这些研究 基本 f _ 都在少数大公司内部进行，关于数据复制技术的公t f 研究很少 k 1 此， 丛然数据复制系统虽然己经在 一 定范围内获f f i 了应用，( i t. )w杂性并没有被 0 1. e 厂 理解。 v a 北 业大学硕士学位论文 第二章 相关技术概述 逻辑卷复制器是在逻辑卷管理器中嵌入复制模块得以实 现的， 因此， 首先要 介绍一下逻辑卷复制器中使用到的复制技术以 及作为逻辑卷复制器的 底层设备 驱动的逻辑卷管理器。 2 . 1 数据复制技术 复制技术可以 按照复 制实 体的关系， 复制级别， 数据复 制的能力来进行划 分。 2 . 1 . 1 按实体关系划分 数据复制一 般独立于应用程序， 通过某种方式复制应用程序需要存储在磁 盘上的数据。 从执行复 制的实 体之间的关系来分类， 复 制可以是a c t i v e - a c t i v e 方式， 也 可以 是p r i m a r y - s e c o n d a r y 方式。 a c t i v e - a c t i v e 方式的 数据复制一般 用于分布式环境， 以 提高 系统对应用请求的响应速度， a c t i v e - a c t i v e 方式一般 用于进程复制， 例如o r a c l 。 的s y m m e t r i c r e p l i c a t i o n ， 而用于 数据容灾的数 据复制一般采用 p r i m a r y - s e c o n d a r y 方式，只有少部分分布式设备系统，例如 p e t a l ， 也采用了a c t i v e - a c t i v e 复制方式。 本文要讨论的主 要对象是以数据容 灾为主要目的的p r i m a r y - s e c o n d a r y 数据复制。 2 . 1 . 2 按复制级别划分 数据复 制可以分为文件系 统级的复制 ( 例如n e t a p p 的s n a p h t i r r o r ) 和设 备级的复制 ( 例如v e r i t a s 的v v r , h p l a b s 的s e n e c a ) ，本 文所针对的是设备 复制，即以设备为对象的复制。 数据复制的砂 究起步较晚， 鱼然少数国外大公司己经有数据复制产品问 ( t , 但是由于基木都是在磁盘阵列上实现，最近刁有在逻辑卷 f . ( 自 实现，这些研究 基本 f _ 都在少数大公司内部进行，关于数据复制技术的公t f 研究很少 k 1 此， 丛然数据复制系统虽然己经在 一 定范围内获f f i 了应用，( i t. )w杂性并没有被 0 1. e 厂 理解。 西北 l 业大学硕士学位论文 而文件系统的数据复制一般依赖于特定文件系统的实现，而不能直接扩展 到其他文件系统上， 例如n e t a p p 的s a n p m i r r o r 只能 用于us 和w a f l 文件系统 的数据复制;和上述两种复制方式相比，设备数据复制有非常好的通用性，可 以用于各种类型用户数据的复制，对于上层应用是透明的。 由 于快速灾难恢复数据的重 要性，系统厂商。 数据库、 存储设备和软件厂 商开发了许多产品，用来帮助用户在备份中心复制数据，以便灾难发生后能够 j恢复数据。 2 . 1 . 3 按复制能力划分 从数据复制的能力看，数据复制技术可分为两大类:瞬时复制和连续或周 期性更新。本文主要采用连续更新进行系统的设计。 2 . 1 . 3 . 1 瞬时复制技术 瞬时复制技术顾名思义就是在某一时刻复制数据。现有的一种瞬时复制技 术是通过使用磁盘镜像技术来复制数据。利用空白磁盘和每一数据磁盘相连， 把数据拷贝到空白磁盘，在拷贝进行过程中，为保证数据的一致性，使用数据 的应用程序被暂时挂起，当复制完成时，瞬时复制磁盘与数据磁盘脱离连接， 应用程序继续运行。瞬时复制的备份数据可以典型地用来产生磁带备份或用作 远程恢复节点的基本数据。近一时期，存储设备供应商己经采用由数据库厂商 开发的技术来提供瞬时复制功能以减少内部的 工 / 0负载。为避免盲目的磁盘数 据的完全备份，改进的瞬时复制功能能够提供 自瞬时复制全备份时刻以来数据 的增量变化部分的复制能力。 工 b m公司的 r a m a c 虚拟阵列和 v e r i t a s 软件公司的 软件都能提供这种类型的瞬时复制能力。 在灾难恢复中，瞬时备份最初可用于建立应用数据的致性备份，传送至 备份中心并且存储连续的应用数 据的增量变化部分。 但只 适用于用户对恢复时 间和容忍数据丢失要求不高的情况。 2 . 1 . 3 . 2 连续和周期性更新技术 远程备份中心的数据更新可采用连续或周期性的史新技术买现，连 =k 或周 西北 l 业大学硕士学位论文 而文件系统的数据复制一般依赖于特定文件系统的实现，而不能直接扩展 到其他文件系统上， 例如n e t a p p 的s a n p m i r r o r 只能 用于us 和w a f l 文件系统 的数据复制;和上述两种复制方式相比，设备数据复制有非常好的通用性，可 以用于各种类型用户数据的复制，对于上层应用是透明的。 由 于快速灾难恢复数据的重 要性，系统厂商。 数据库、 存储设备和软件厂 商开发了许多产品，用来帮助用户在备份中心复制数据，以便灾难发生后能够 j恢复数据。 2 . 1 . 3 按复制能力划分 从数据复制的能力看，数据复制技术可分为两大类:瞬时复制和连续或周 期性更新。本文主要采用连续更新进行系统的设计。 2 . 1 . 3 . 1 瞬时复制技术 瞬时复制技术顾名思义就是在某一时刻复制数据。现有的一种瞬时复制技 术是通过使用磁盘镜像技术来复制数据。利用空白磁盘和每一数据磁盘相连， 把数据拷贝到空白磁盘，在拷贝进行过程中，为保证数据的一致性，使用数据 的应用程序被暂时挂起，当复制完成时，瞬时复制磁盘与数据磁盘脱离连接， 应用程序继续运行。瞬时复制的备份数据可以典型地用来产生磁带备份或用作 远程恢复节点的基本数据。近一时期，存储设备供应商己经采用由数据库厂商 开发的技术来提供瞬时复制功能以减少内部的 工 / 0负载。为避免盲目的磁盘数 据的完全备份，改进的瞬时复制功能能够提供 自瞬时复制全备份时刻以来数据 的增量变化部分的复制能力。 工 b m公司的 r a m a c 虚拟阵列和 v e r i t a s 软件公司的 软件都能提供这种类型的瞬时复制能力。 在灾难恢复中，瞬时备份最初可用于建立应用数据的致性备份，传送至 备份中心并且存储连续的应用数 据的增量变化部分。 但只 适用于用户对恢复时 间和容忍数据丢失要求不高的情况。 2 . 1 . 3 . 2 连续和周期性更新技术 远程备份中心的数据更新可采用连续或周期性的史新技术买现，连 =k 或周 西北 l 业大学硕士学位论文 期性更新技术主要是指远程磁盘镜像技术。 无论计算机系统厂商，还是存储系统供应商都采用磁盘镜像技术来实现远 程节点的 数据复制， 通过远距离操作，实 现容错。目 前，计算机系统厂商提供 的集成解决方案有: c o m p a q 公司的即e n v m s 平台 上的v o l u m e s h a d o w i n g , i b m 公司的 d f s m s / m v : 平台上的 r e m o t e c o p y ， 这两种产品在操作系统级提供物理磁 盘的镜像复制;软 件产品供应商正在提供 相类似的功能，存储系统供应商可以 提供磁盘镜像复制功能而无需主机系统的帮助。 绝大多数的远程磁盘镜像解决方案支持同步和异步方式。当采用同步方式 时， 主数 据中心的主机的 1 / 0 操作一直等待， 直到数据被传送到备份中 心并安 全地存储完成后，才回复主机 1 / 0完成。在备份中心实现数据的安全存储，不 同 厂商考虑的问 题不尽 相同，在一些实现方法中，备份中心数据必须完成目 标 磁盘上的存储操作，主节点主机的 1 / 0操作才回复主机己完成;在另外一些实 现方法中，数据被存储在缓存中 ( c a c h e ) ，不同的实现方法导致对应用系统的 响应时间明显不同。 很多 远程磁盘镜像解决方案允 许在备份中心进行数 据的异步复制。在异步 方式工作时，远程备份系统的磁盘状态与主节点的磁盘系统的状态相比存在一 些差异 。 采用异步数据复制技术消除了 在主数据中心和备份中 心的 磁盘系统n j 实时 传送数据和控制住处的限制，对于许多对 工 /0 响应时间敏感的应用系统来说， 异步远程数据镜像技术不失为 一 种实用技术，若此类应用采用同步技术，远程 数据存储的响应时间可能对用户来说会变得无法容忍。 采用异步远程数据各份需要考虑在响应时间得到改进的同时，备份数据中 心与般 数据中 心间数 据状态的一 致性问题， 采用异步方 一 式复制数抓， 很难确定 哪些更新己在备份中心执行，哪些还没有执行，虽然 l l hx 复的文件系统和数据 库系 统通常1 1 一 以 在失败后恢复 数据的 致性，似这些功能将增加恢复的时间. 厂 !_ 不能保证恢复所有的数据。所以异步方式的数招恢复功能只适用 于允许部分 数据丢失的应用场合，同小 士 能够齐忍文件系统和数据库恢v _ i . 具恢勺数据所需 西北工业大学硕士学位论文 要的时间。 2 . 2 逻辑卷管理器简介 l i n u x 的逻辑卷管理器 ( l o g i c v o l u m e m a n a g e r，简写为 l v m )在 本质上 是一种虚拟设备驱动程序，它在己 有块设备的基础上虚拟出 逻辑设备以 便于管 理并提高设备的可用性。 l v m把多个物理存储设备 ( 例如磁盘或者磁盘分区) 组 成一个存储池，称为卷组 ( v o l u m e g r o u p ) ，在卷组的基础上划分出逻辑存储设 备， 称为卷或者逻辑卷 ( l o g i c a l v o l u m e ) 。 在应用程序 ( 例如 文件系统、 d b m s ) 看来，卷和其他磁盘分区一样是一个普通的块设备。 利用l v m 的。 n a p s h o t 技术， l i n u x 可以 对当前 系统内 数据在被改动前做出 热备份，即 获得逻辑卷在某一个时 刻一 致的数据备份而无需停止使用该卷的应 用程序，并且在磁盘保存每次 s n a p s h o t 的位置信息，以便于将来需要时进行恢 复。 l v m 将一系列的硬件的存储设备 ( p h y s i c a l v o l u m e s ) 组织起来抽象成一些 储存池 ( v o l u m e g r o u p ) ， 然后用户可以从存储池中划分出一些逻辑卷 ( l o g i c a l v o l u m e )来使用。逻辑卷提供给上层的功能与物理磁盘提供的功能类似，可以 在卷上创建文件系统和进行原始设备访问 ( r a w 1 / 0 ) ，但是卷比 物理磁盘提供 更高的可用性并且更易于管理。 2 . 2 . 1 基本概念: 物理卷一 简称 p v 物理卷在逻辑卷管理器中 属于最 底层的 ， 任何的逻辑卷和卷组都必需依靠 物理卷来建立， 物理卷可以是 一 个完整的硬盘， 也可以是硬盘中的某个分区 2 . 卷组一 简称 v g 卷组是建立在物理卷之 1. ， 一个卷组中 j , 以包含个物理卷组或者多个物 理卷 3 . 逻辑卷一 简称 i n 西北工业大学硕士学位论文 要的时间。 2 . 2 逻辑卷管理器简介 l i n u x 的逻辑卷管理器 ( l o g i c v o l u m e m a n a g e r，简写为 l v m )在 本质上 是一种虚拟设备驱动程序，它在己 有块设备的基础上虚拟出 逻辑设备以 便于管 理并提高设备的可用性。 l v m把多个物理存储设备 ( 例如磁盘或者磁盘分区) 组 成一个存储池，称为卷组 ( v o l u m e g r o u p ) ，在卷组的基础上划分出逻辑存储设 备， 称为卷或者逻辑卷 ( l o g i c a l v o l u m e ) 。 在应用程序 ( 例如 文件系统、 d b m s ) 看来，卷和其他磁盘分区一样是一个普通的块设备。 利用l v m 的。 n a p s h o t 技术， l i n u x 可以 对当前 系统内 数据在被改动前做出 热备份，即 获得逻辑卷在某一个时 刻一 致的数据备份而无需停止使用该卷的应 用程序，并且在磁盘保存每次 s n a p s h o t 的位置信息，以便于将来需要时进行恢 复。 l v m 将一系列的硬件的存储设备 ( p h y s i c a l v o l u m e s ) 组织起来抽象成一些 储存池 ( v o l u m e g r o u p ) ， 然后用户可以从存储池中划分出一些逻辑卷 ( l o g i c a l v o l u m e )来使用。逻辑卷提供给上层的功能与物理磁盘提供的功能类似，可以 在卷上创建文件系统和进行原始设备访问 ( r a w 1 / 0 ) ，但是卷比 物理磁盘提供 更高的可用性并且更易于管理。 2 . 2 . 1 基本概念: 物理卷一 简称 p v 物理卷在逻辑卷管理器中 属于最 底层的 ， 任何的逻辑卷和卷组都必需依靠 物理卷来建立， 物理卷可以是 一 个完整的硬盘， 也可以是硬盘中的某个分区 2 . 卷组一 简称 v g 卷组是建立在物理卷之 1. ， 一个卷组中 j , 以包含个物理卷组或者多个物 理卷 3 . 逻辑卷一 简称 i n 西北工业大学硕士学位论文 要的时间。 2 2 逻辑卷管理器简介 l i n u x 的逻辑卷管理器( l o g i cv o l u m em a n a g e r ，简写为l v m ) 在本质上 是一种虚拟设备驱动程序，它在已有块设备的基础上虚拟出逻辑设备以便于管 理并提高设各的可用性。l v m 把多个物理存储设备( 例如磁盘或者磁盘分区) 组 成一个存储池，称为卷组( v o l u m eg r o u p ) ，在卷组的基础上划分出逻辑存储设 备，称为卷或者逻辑卷( l o g i c a lv o l u m e ) 。在应用程序( f f , j 如文件系统、d b m s ) 看来，卷和其他磁盘分区一样是一个普通的块设备。 利用l v m 的s n a p s h o t 技术，l i n u x 可以对当前系统内数据在被改动前做出 热备份，即获得逻辑卷在某一个时刻一致的数据备份而无需停止使用该卷的应 用程序，并且在磁盘保存每次s n a p s h o t 的位置信息，以便于将来需要时进行恢 复。 l v m 将一系列的硬件的存储设备( p h y s i c a lv o l u m e s ) 组织起来抽象成一些 储存池( v o l u m eg r o u p ) ，然后用户可以从存储池中划分出一些逻辑卷( l o g i c a l v o l u m e ) 来使用。逻辑卷提供给上层的功能与物理磁盘提供的功能类似，可以 在卷上创建文件系统和进行原始设备访问( r a wi o ) ，但是卷比物理磁盘提供 更高的可用性并且更易于管理。 2 2 1 基本概念： 1 物理卷一简称p v 物理卷在逻辑卷管理器中属于最底层的，任何的逻辑卷和卷组都必需依靠 物理卷来建立，物理卷可以足个完整的硬盘，电可以是硬盘中的某1 个分区 2 卷组一简称v g 卷组是建立征物理卷之卜，一个卷组中- l j 以包含个物理卷组或名多个物 理卷 3 _ 逻辑卷一简称w 8 西北工业大学硕士学位论文 逻辑卷是建立在卷组之上的，卷组中的空间可以建立多个逻辑卷，并且逻辑 卷可以随意从卷组的空闲空间中增减，逻辑卷可以属于一个卷组，也可以属于不 同的多个卷组 4 物理区域一简称p e 物理区域是物理卷中最小的可分配储存单元 5 逻辑区域一简称一l e 逻辑区域是逻辑卷中可用于分配的最小储存单元 6 卷组描述区域一简称v g d a 用于描述物理卷，卷组，逻辑卷分配的所有信息 p v ( p h y s i c a lv o l u m e s ) ，v g ( v o l u m eg r o u p ) ，l v ( l o g i c a lv o l u m e ) 的具体 的关系如下图所示： 曰曰曰 图1p v 、v ( j 、l v 的关系 1 v m 的内部组织：每个p h y s i c a v o il i m e ( p v ) 部彼分为了椒i 同人小的 p t y s ick t le x t e n t ( 阶) ，“每个v ( ：叶l ，j 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