[发明专利]一种快照实现方法

说明书

本发明涉及存储、文件系统、快照、即写即拷等技术，属于存储快照技术领域的创新。本发明完整地实现了针对文件系统的快照技术。 

一、背景技术

SNIA(存储网络行业协会)对快照(Snapshot)的定义是：关于指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点(拷贝开始的时间点)的映像。快照可以是其所表示的数据的一个副本，也可以是数据的一个复制品。而从具体的技术细节来讲，快照是指向保存在存储设备中的数据的引用标记或指针。我们可以这样理解，快照有点像是详细的目录表，但它被计算机作为完整的数据备份来对待。快照的作用主要是能够进行在线数据恢复，当存储设备发生应用故障或者文件损坏时可以进行及时数据恢复，将数据恢复成快照产生时间点的状态。快照的另一个作用是为存储用户提供了另外一个数据访问通道，当原数据进行在线应用处理时，用户可以访问快照数据，还可以利用快照进行测试等工作。 

二、发明内容

本发明针对文件系统，提供了新型的存储快照方法，并进行了完整实现。 

本发明采用即写即拷快照技术实现块数据复制和快照管理，即写即拷快照是表现数据外观特征的“照片”。这种方式通常也被称为“元数据”拷贝，即所有的数据并没有被真正拷贝到另一个位置，只是指示数据实际所处位置的指针被拷贝。在使用这项技术的情况下，当已经有了快照时，如果试图改写原始的文件系统卷上的数据，将首先将原始的数据块拷贝到一个新位置(专用于复制操作的存储资源池)，然后再进行写操作。以后当引用原始数据时，快照软件将指针映射到新位置，或者当引用快照时将指针映射到老位置。 

在采用写时拷贝算法的同时，将文件系统改为日志结构，新数据被写到日志的头部，而旧数据仍然保留(直到需要对旧数据进行垃圾收集)。由于旧数据仍被保留，因此可以在时间线上回滚，以检查文件系统的不同历史状态点。这些历史状态点作为文件系统的一部分，并以日志形式存储。每当文件系统数据发生改变时，文件系统都会创建这些历史状态点，并可以由这些历史状态点索引形成快照。 

这些历史状态点可以定时或连续的生成，如果连续生成，则元数据块固定大小，并按日志索引自动排列和记录；如果定时生成，则元数据块可以调整大小，按照快照间隔更新索引和日志数据。 

在实现中采用位图来表示快照之间的差异量数据。快照之间采用位图与日志的双索引结构，位图采用日志顺序记录，实现方法是创建一个快照点，那么源数据会将记录的位图信息交给快照点，然后将源数据的位图清空。这样在写源数据的时候，系统会检查写操作所在的位图是否在历史的某个时刻被写过，如果已经被写过，那么将源数据进行日志记录，并且将新的数据写入，然后再修改源数据的位图。这个过程就是快照的写时拷贝过程。 

参考图1所示。 

对于连续生成历史状态点，实现方法是历史状态点代替快照点，源数据会同时记录位图信息并写日志记录，然后将源数据的位图清空。这样在写源数据的时候，系统将不检查写操作所在的位图是否在历史的某个时刻被写过，所有源数据都进行日志记录，并且将新的数据写入，然后再修改源数据的位图。 

参考图2所示。 

总结，本发明具有如下技术特点： 

1、本发明方法同时具有元数据位图和顺序日志记录，索引简单，有利于读写效率提升。 

2、本发明方法可以实现定时和连续的快照，方便文件系统对上层应用的功能支持。 

3、本发明方法把所有数据与元数据依序写入一个顺序日志记录，连续或者非连续，因为是顺序写入的，所以读取查询时间短，改善了写入速度。 

4、应用本发明方法的文件系统崩溃恢复也比一般树状文件系统快照要快，且恢复的速度与文件系统大小无关。 

三、应用方式 

将本发明快找方法应用于文件系统，它能对整个文件系统做连续性的快照和进行版本管理。可以用来恢复删掉的文件，可以挽救不小心修改的档案，效率高于传统快照技术。 

本发明快照方法可以在发生硬盘写错误、文件损坏或程序故障时迅速地恢复数据。 

四、附图说明

图1定时快照实现原理 

图2连续快照实现原理