[发明专利]一种保障应用层数据一致性的数据复制系统及方法

说明书

本发明公开了一种保障应用层数据一致性的数据复制系统及方法，该系统包括：控制管理模块，向生产端发送控制命令并获得状态信息，负责统一生产端与灾备端的任务调度和状态收集工作；生产端，在数据同步后利用过滤驱动模块捕获和记录保护数据的写操作，并将捕获的数据形成过滤驱动日志存储在过滤驱动日志缓存内，在接收到控制管理模块发送的一致性检查点获取控制命令时，将生产端的应用程序调节至静默状态，通知过滤驱动模块生成一致性检查点，产生检查点日志条目插入缓存，并将缓存的日志条目发送至灾备端；灾备端，接收并存储生产端同步的数据及生产端发送的日志条目，当检查到检查点类型的日志条目时，通知相应的存储设备进行快照操作。

技术领域

本发明涉及计算机备份容灾技术领域，特别是涉及一种保障应用层数据一致性的数据复制系统及方法。

背景技术

存储管理系统经过多年的发展，已经成为计算机基础设施中非常复杂的系统，其中涵盖了对数据处理的不同硬件及软件模块。在数据安全领域，尤其备份系统的设计和实现中，对如何结合软硬件不同的特点、实现可恢复数据，提出了更高的要求。数据丢失，损坏，对企业的的生存与发展都成为了致命的因素，因此，如何保障生产数据的安全，可恢复性，成为日益强烈的需求。

图1为现有技术中普遍采用的备份体系的架构图。其中左边是生产系统，负责生产端数据的处理，右边是对生产数据通过复制镜像等技术产生的备份数据。生产系统和备份数据间一般通过网络连接来传递数据。此外，备份软件所代表的管理系统分别管理两者的交互过程。

然而，伴随着数据量的急剧扩张，传统的备份方式已经无法胜任。面对有限的备份时间窗口，如何有效的完成数据的备份，管理备份数据，是当前备份系统着手解决的问题。

近年来，通过快照的方式，其在不影响生产系统的前提下，既可以满足一定要求的可恢复性，又可以有效减少备端数据存储量，日益成为备份软件的首选方式。

从用户的角度看，快照可以看成数据在某一个时间点完整映像。通过使用类似位图的方式，快照可以即时生成，并且使用非常少量的存储空间，因为快照不会完全的复制原有的数据集。COW(Copy On Write)快照的一般做法是，在快照生成后，原始数据需要被改变时，将原先的数据复制到快照空间中，随后将新数据写入原先的位置。

然而，目前的计算机体系中，出于对性能优化的考虑，在各个软硬件堆栈中都设计实现了缓存策略，从应用层程序自上而下至存储硬件，各种缓存包括：应用层程序缓存、文件系统缓存、块设备缓存、硬件缓存等等。反观快照的实现，通常集中在文件系统层和块设备层。如此，快照系统即便对数据集瞬间的状态进行了记录，但由于存在应用层缓存的缘故，快照的瞬间数据可能是不完整的，降低了数据恢复的成功率。

例如数据库应用程序，通常通过事务机制来确保逻辑层的数据一致性，对于数据库程序来说，事务中所有的操作，要么全部成功，要么全部都不成功。但由于事务通常由许多底层存储I/O组成，而对于存储层来说，从收到所有I/O，到完成全部I/O，并不是一个原子操作，也就是说，可能在一些情况下，部分I/O成功完成，而部分失败的情况。例如，一个数据库事务由写I/O1和I/O2依次组成，存储系统在处理完I/O1之后，系统发生异常崩溃，逻辑事务所需要的I/O2尚未来得及进入持久存储，此时存储中的数据库数据将处于不一致的状态。同样，存储层的快照也会有类似的情形，快照点如果无法实现上层应用的逻辑事务性，也就是无法确保快照中的数据要么全部包含I/O1和I/O2，要么完全不包含I/O1和I/O2的内容，那么快照的数据也是不一致的。

因此，如何利用快照的实现原理，又兼顾应用程序数据一致性，成为目前亟待解决的问题。

发明内容