[发明专利]一种分布式存储快照的方法

说明书

本发明公开了一种分布式存储快照的方法，面向分布式存储系统，采用独立虚拟视图对象描述原始卷和快照卷，快照卷具有完整的物理副本，解除了快照卷对原始卷的存在性依赖关系。所有虚拟视图对象VDI及其快照共享整个分布式存储资源池，快照卷不再需要独立的预留存储空间，解除快照卷对原始卷的依赖。在写时复制COW和写入重定向ROW快照机制基础上，引入Log日志模式，解决了快照引起原始卷读写性能大幅下降和性能一致性问题，同时突破了快照数量限制的瓶颈。本发明分布式存储系统中的快照效率和可用性显著提高，从而增强了系统可用性。

技术领域

本发明属于快照技术领域，特别涉及一种分布式存储快照的方法。

背景技术

快照(Snapshot)是某个数据集在某一特定时刻的镜像，也称为即时拷贝，它是这个数据集的一个完整可用的副本。存储网络行业协会SNIA对快照的定义是：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。

在存储系统层次上，快照通常以逻辑单元为快照实体，以数据块(Block)的粒度进行副本数据复制。在分布式存储中，快照以逻辑卷为快照实体，逻辑单元为粒度进行数据复制。快照生成的是原存储系统的逻辑副本，使用时需要借助原存储系统，虚拟视图技术是其典型代表。生成快照时，只需要产生一系列指向原存储系统的指针，因而创建时间极短；若在使用快照的过程中发生对原存储系统的写操作，将对应数据单元的原有数据存入快照，该数据单元分为快照中的某个时间点数据和当前数据，其他未发生更新的数据在快照和原存储系统中共享。虚拟视图的灵活性及使用存储空间的高效性，使得它成为快照技术的主流。

通常而言，快照都要经过初始化、数据拷贝和终止几个处理阶段，其中数据拷贝是快照的技术核心。当前数据拷贝有主要有两种技术，一种是写时复制(COW，Copy OnWrite)。另一种技术是写入重定向(ROW，Redirect On Write)。

(1)写时复制COW

COW快照需要消耗一些存储空间--建立快照卷。当为一个数据卷创建一个快照之后，这些预留的空间用来存放被变化数据更新的旧数据。COW快照在初始化的过程中仅仅创建用来描述源数据块位置的指针信息(元数据)，而不是完整的将源数据块拷贝过来。因此初始化的过程几乎可以在瞬间完成，对系统的影响也很小。

COW快照会跟踪数据卷的写操作和数据块变化。当某个数据块发生改变时，在将旧的数据覆盖之前，首先将该块的旧数据复制到预留的快照卷，该步骤仅在数据卷相应数据块位置发生第一次写操作请求时进行。这个处理过程确保快照出来的数据与发起快照的那个精确时间点保持完全一致。这个过程也描述了“Copy On Write”这个名字的含义。

如果需要访问某个时间点的快照数据，对没有改变过的块直接从数据卷读取；对已经改变并被复制的块则从快照空间读取。从快照被创建那一刻开始，每个快照都会跟踪记录描述块改变的元数据信息。

COW快照的主要优势在于空间的高效利用，因为快照卷只需要保留发生过变化的数据块，与数据卷相比要小得多。但是COW快照有个明显缺点，它会引起数据卷性能的下降，这是因为创建快照之后，对数据卷的写操作会增加一个等待的过程，即旧数据块复制到快照卷的过程。另外一个关键问题是每个快照卷必须依赖一个完整的数据卷。

传统存储快照技术是基于时间点的复制，能够在一个存储单元中建立数据的完全卷拷贝。如果生产系统此时对某一个数据集合进行频繁的修改，在这种情况下产生一个时间点一致拷贝是比较困难的。当进行快照时，快照的源卷将会被冻结几秒钟；当快照拷贝的位图建立之后，源卷才可以继续进行I/O操作。当位图建立后，后台拷贝需要进行一段时间，但是在目标卷上看来，拷贝已经完成了。

(2)写入重定向ROW