基于存储快照之间增量位图的Server‑free备份方法及系统与流程

本发明涉及一种备份方法及系统，尤其是涉及一种基于存储快照之间增量位图的Server-free备份方法及系统。

背景技术：

在信息技术和数据管理领域，伴随着存储区域网络(SAN)设备的广泛普及，出现了LAN-free和Server-free两种备份方式。LAN-free是备份的数据直接通过SAN网络将生产服务器上的数据备份到存储。虽然通过FC交换机连接存储阵列和生产服务器，相比传统的备份技术大大提高了网络传输过程中的高吞吐、低时延等问题，但这种备份方式还是需要占用生产服务器的资源。Server-free是备份过程在SAN内部完成，而大量数据流无需流过生产服务器，则可以极大降低备份操作对生产服务器的影响。

目前Server-free方案大致上分两类：

一类是数据从一套存储设备拷贝到另一套存储设备。如支持SCSI-3协议(SCSI：小型计算机系统接口)的磁带库、硬盘阵列等存储设备发送来自备份服务器所发送的Xcopy命令，并直接根据Xcopy命令中的参数在存储设备之间迁移数据，而不再经过服务器的参与；如支持网络数据管理协议(NDMP)的磁带库、硬盘阵列等存储设备发送来自备份服务器所发送的备份命令(Backup Commond)，让存储设备之间迁移数据，而不再经过服务器的参与。但这两个方案依然存在缺陷，这两种方案都采用提供为数不多的操作命令来进行数据的拷贝，拷贝的方式也是路径对路径的拷贝操作，对于备份系统来讲时间点管理、数据目录的组织也是一个很困难的。况且备份的目的地所在的磁盘也是有损坏的风险，不能利用备份产品的分布式对象存储这些更可靠也更先进的技术。

另一类是第一作者曾经撰写的专利：通过SSH(SSH为Secure Shell的缩写，由IETF的网络工作小组(Network Working Group)所制定；SSH是专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。)远程调用CLI指令(CLI:command-line interface，命令行接口)(如图1)或者基于HTTP协议(超文本传输协议)的WebService接口管理不同存储厂商的存储，对指定存储卷克隆后再通过挂载的方式将卷挂载至备份服务器(如图2)或者备份服务器里面的虚拟机环境模拟代理服务端或者挂载至外置的代理服务器。再在新环境中对卷进行备份，这样对生产服务器无任何影响，备份的目的地也可以选择更为廉价的存储介质，完成备份后再将高端存储中的克隆删除以便节省空间，最终达到一种Server-free的备份目的。但是该方案仍旧面临一个问题就是每个时间点都是一个克隆卷的全量备份，随着时间点的增加或者备份目标的增加，备份服务器的存储空间捉襟见肘，而且每次备份都进行全量备份将导致备份任务花费大量的时间在备份重复的数据，从时效性来讲是打折扣的。

目前VMware(虚拟化解决方案领导厂商)推动的VMware soft defined storage项目virtual volumes(简称vvol)在各个主流存储厂商推广，VMware定义了一套VASA(全称：vSphere APIs for Storage Awareness)的北向接口，而主流厂商要想融合进VMware这一虚拟化解决方案，他们就需要实现一套对应的南向接口，目前从VMware官网来看大部分主流厂商都实现了这一套南向接口。这套接口基于HTTPS协议(安全的超文本传输协议)，其中一个接口的功能是提供了获取存储卷前后快照变化的数据块位图。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于存储快照之间增量位图的Server-free备份方法及系统，解决了在备份服务器上对克隆卷进行全量备份造成的存储空间浪费和降低了备份时间窗口，节省了备份服务器的IO开销，同时可以大大提升企业在数据备份这块的数据管理能力，提升了Server-free的备份性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于存储快照之间增量位图的Server-free备份方法，通过利用存储厂商提供的获取存储卷快照之间数据块位图变化功能，并根据快照之间的增量位图解析出快照对应时间点的卷的变化数据块和偏移量，从而只需要备份快照中变化的数据块。

该方法具体步骤如下：

1)在存储设备上创建LUN(存储池中的存储空间划分的逻辑单元)并添加生产服务器的标识，生产服务器通过标识将LUN挂载到生产服务器；

2)生产服务器上挂载了存储设备分配的卷，然后将该卷用于生产应用，如果需要对该卷进行数据保护，并执行步骤3)；

3)备份服务器通过生产服务器上的备份客户端获取存储分配的卷信息，同时在备份服务器上填写存储设备的信息，并执行步骤4)；

4)备份服务器发起对生产服务器上的挂载的卷执行快照，快照前备份服务器通过备份客户端通知生产服务器上的应用进行静默，从而保证数据的一致性，快照执行完成后释放应用的静默；

5)备份服务器将存储设备上的快照挂载到备份服务器上，按照备份策略，先对挂载到备份服务器上的快照进行全量备份；当触发增量备份时，执行步骤4)，并通过上一次快照和此次快照对比出变化的位图，根据增量位图只备份变化的数据块；

6)在备份完成后，卸载备份服务器上的快照。

所述的步骤1)中的标识为WWPN/IQN。

所述的步骤3)中的存储设备的信息包括存储设备的类型、IP、端口和账户信息，通过存储设备信息来获得存储API接口或CMD操作权限。

一种用于所述的基于存储快照之间增量位图的Server-free备份方法的系统，包括生产服务器、备份服务器和存储设备；

所述的生产服务器上挂载了存储设备提供的卷，该卷用于提供生产服务器上应用存储数据；

所述的生产服务器上安装备份客户端，该客户端用于与备份服务器之间通信，备份服务器获取生产服务器上需要备份的卷信息；

所述的备份服务器根据生产服务器上获取的卷信息，对存储设备上的LUN进行快照，并且将快照挂载到备份服务器上，从而对快照进行备份。

与现有技术相比，本发明通过存储厂商提供了LUN的快照和获取快照之间变化的位图等功能，可以通过存储厂商提供的WebService接口对挂载到生产服务器上的卷进行快照，然后将快照挂载到备份服务器，从而对生产服务器上挂载卷进行数据保护。这种基于存储快照之间增量位图的Server-free备份方法既减少了备份挂载卷时对生产服务器的资源依赖，又减少了备份服务器上的存储空间和备份时间窗口，同时也间接解决了存储设备因保留快照副本限制，而不能恢复副本以前数据的问题。

附图说明

图1为远程调用CLI指令示意图；

图2为本发明备份系统结构示意图；

图3为全量备份与增量备份的位图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明基于存储快照之间数据块位图变化实现一种Server-free备份方法。在本发明中主要有生产服务器1、备份服务器2和存储设备3三个部分构成(如图2)：1)生产服务器与存储之间关系，生产服务器上挂载了存储设备提供的卷，此卷用于提供生产服务器上应用存储数据；2)生产服务器与备份服务器之间关系，生产服务器上安装了备份客户端，此客户端用于与备份服务器之间通信，备份服务器可以获取生产服务器上需要备份的卷信息；3)备份服务器与存储设备之间关系，备份服务器可以根据生产服务器上获取的卷信息，对存储设备上的LUN(存储池中的存储空间划分的逻辑单元)进行快照，并且将快照挂载到备份服务器上，从而对快照进行备份，这样备份对生产服务器性能没有任何影响。

本发明专利中的增量位图的Server-free备份方法是结合存储快照技术和快照之间的数据块位图变化技术特点实现而成。具体的操作按照以下步骤来进行：

1)在存储设备上创建LUN，以及在存储设备上添加生产服务器的WWPN/IQN(FC光纤或iSCSI启动器的全球唯一标识)，生产服务器通过数据IP和iSCSI目标器IQN或WWPN将LUN挂载到生产服务器。

2)生产服务器上挂载了存储分配的卷，然后将该卷用于生产应用，这时如果需要对该卷进行数据保护，而且考虑尽量不影响生产服务器性能；

3)备份服务器通过生产服务器上的备份客户端获取存储分配的卷信息，同时需要在备份服务器上填写存储设备的类型、IP、端口、账户信息等，这样可以获取存储API接口或CMD操作权限；

4)备份服务器发起对生产服务器上的挂载的卷执行快照，快照前备份服务器通过备份客户端通知生产服务器上的应用要进行静默，从而保证数据的一致性，快照执行完成后需释放应用的静默；

5)备份服务器将存储设备上的快照挂载到备份服务器上，按照备份策略，先对挂载到备份服务器上的快照进行全量备份；当触发增量备份时，需要执行步骤4)，再通过上一次快照和此次快照对比出变化的位图，根据增量位图只备份变化的数据块(如图3)。

6)在备份完成后，需要卸载备份服务器上的快照，否则生产服务器上的挂载卷若需要删除时删除不掉。

以下结合图4所示对本发明实施举例做进一步详述：

实施过程中以华为V3存储作为存储设备，备份客户端部署在一台生产服务器上，备份服务器部署在另外一台linux机器上。该实施举例具体操作步骤如下：

1)在华为V3存储上创建一个100G大小的LUN，并挂载到生产服务器上，同时初始化为一块磁盘(D盘)提供生产应用；

2)在生产服务器上安装备份客户端，备份服务器通过备份客户端获取到需要保护的数据源D；

3)备份服务器通过WebService接口对华为V3存储挂载到生产服务器上的LUN执行快照，快照执行前先通知生产服务器上应用进行静默设置，保证快照数据的完整性，快照执行后释放应用的静默设置；

4)备份服务器通过WebService接口将华为V3存储上快照挂载到备份服务器，并通过iSCSI扫描获取快照卷的ID，再通过查询iSCSI挂载信息比对华为V3存储上快照的WWN号映射相应的磁盘(/dev/sdd盘)；

5)将100G的/dev/sdd盘按照段大小2G划分，段的起始位置为0，下一个段的起始位置为2G，依次循环直到100G时结束，并根据块大小(4M)和快照ID(13)等信息分段获取华为V3存储挂载的快照的十六进制表示的字符串位图信息(128个f表示的字符)，根据位图信息需要备份所有的数据块，此次备份过程是一次全量备份；

6)备份完成后，备份服务器通过WebService接口对华为V3存储挂载到备份服务器上的快照进行卸载；

7)如果只需要进行全量备份则可以删除快照并清理残留数据，如果需要进行增量备份则不删除，再次执行步骤3)～5)，其中步骤5)需要传递上一次的快照ID(13)和本次增量备份的快照ID(14)，获取华为V3存储挂载的快照之间对比的十六进制表示的字符串位图信息(128个0～f表示的字符)，再根据位图信息解析出需要备份的数据块只有3G，完成一次增量备份。增量备份完成后，执行步骤6)对快照进行卸载，并删除快照和清理残留数据。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。