[發明專利]一種分布式存儲快照的方法

有效

• 申請號: 201711148727.4
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107798130B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 徐洪亮;黃海山;李志強;王捷;張治平;盧立冬;伍樺;李華添
• 申請（專利權）人: 廣西廣播電視信息網絡股份有限公司
• 主分類號: G06F16/11
• 分類號: G06F16/11;G06F16/18;G06F3/06
• 代理公司: 南寧圖耀專利代理事務所(普通合伙) 45127
• 代理人: 陳劍鋒

本發明公開了一種分布式存儲快照的方法，面向分布式存儲系統，采用獨立虛擬視圖對象描述原始卷和快照卷，快照卷具有完整的物理副本，解除了快照卷對原始卷的存在性依賴關系。所有虛擬視圖對象VDI及其快照共享整個分布式存儲資源池，快照卷不再需要獨立的預留存儲空間，解除快照卷對原始卷的依賴。在寫時復制COW和寫入重定向ROW快照機制基礎上，引入Log日志模式，解決了快照引起原始卷讀寫性能大幅下降和性能一致性問題，同時突破了快照數量限制的瓶頸。本發明分布式存儲系統中的快照效率和可用性顯著提高，從而增強了系統可用性。

技術領域

本發明屬于快照技術領域，特別涉及一種分布式存儲快照的方法。

背景技術

快照(Snapshot)是某個數據集在某一特定時刻的鏡像，也稱為即時拷貝，它是這個數據集的一個完整可用的副本。存儲網絡行業協會SNIA對快照的定義是：關于指定數據集合的一個完全可用拷貝，該拷貝包括相應數據在某個時間點的映像。快照可以是其所表示的數據的一個副本，也可以是數據的一個復制品。

在存儲系統層次上，快照通常以邏輯單元為快照實體，以數據塊(Block)的粒度進行副本數據復制。在分布式存儲中，快照以邏輯卷為快照實體，邏輯單元為粒度進行數據復制。快照生成的是原存儲系統的邏輯副本，使用時需要借助原存儲系統，虛擬視圖技術是其典型代表。生成快照時，只需要產生一系列指向原存儲系統的指針，因而創建時間極短；若在使用快照的過程中發生對原存儲系統的寫操作，將對應數據單元的原有數據存入快照，該數據單元分為快照中的某個時間點數據和當前數據，其他未發生更新的數據在快照和原存儲系統中共享。虛擬視圖的靈活性及使用存儲空間的高效性，使得它成為快照技術的主流。

通常而言，快照都要經過初始化、數據拷貝和終止幾個處理階段，其中數據拷貝是快照的技術核心。當前數據拷貝有主要有兩種技術，一種是寫時復制(COW，Copy OnWrite)。另一種技術是寫入重定向(ROW，Redirect On Write)。

(1)寫時復制COW

COW快照需要消耗一些存儲空間--建立快照卷。當為一個數據卷創建一個快照之后，這些預留的空間用來存放被變化數據更新的舊數據。COW快照在初始化的過程中僅僅創建用來描述源數據塊位置的指針信息(元數據)，而不是完整的將源數據塊拷貝過來。因此初始化的過程幾乎可以在瞬間完成，對系統的影響也很小。

COW快照會跟蹤數據卷的寫操作和數據塊變化。當某個數據塊發生改變時，在將舊的數據覆蓋之前，首先將該塊的舊數據復制到預留的快照卷，該步驟僅在數據卷相應數據塊位置發生第一次寫操作請求時進行。這個處理過程確保快照出來的數據與發起快照的那個精確時間點保持完全一致。這個過程也描述了“Copy On Write”這個名字的含義。

如果需要訪問某個時間點的快照數據，對沒有改變過的塊直接從數據卷讀取；對已經改變并被復制的塊則從快照空間讀取。從快照被創建那一刻開始，每個快照都會跟蹤記錄描述塊改變的元數據信息。

COW快照的主要優勢在于空間的高效利用，因為快照卷只需要保留發生過變化的數據塊，與數據卷相比要小得多。但是COW快照有個明顯缺點，它會引起數據卷性能的下降，這是因為創建快照之后，對數據卷的寫操作會增加一個等待的過程，即舊數據塊復制到快照卷的過程。另外一個關鍵問題是每個快照卷必須依賴一個完整的數據卷。

傳統存儲快照技術是基于時間點的復制，能夠在一個存儲單元中建立數據的完全卷拷貝。如果生產系統此時對某一個數據集合進行頻繁的修改，在這種情況下產生一個時間點一致拷貝是比較困難的。當進行快照時，快照的源卷將會被凍結幾秒鐘；當快照拷貝的位圖建立之后，源卷才可以繼續進行I/O操作。當位圖建立后，后臺拷貝需要進行一段時間，但是在目標卷上看來，拷貝已經完成了。

(2)寫入重定向ROW