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文件级持续数据保护系统的设计与实现

作　者: 杨宗博
导　师: 郭玉东
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 数据容灾 持续数据保护 操作还原 操作回退 文件恢复 恢复点目标
分类号: TP309.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


信息化时代,数据具有高度的私有性、重要性和不可替代性,且时刻面临着各种风险,很有可能被损坏或丢失,造成无法弥补的严重后果。因此,数据保护势在必行,数据容灾刻不容缓。传统的数据容灾系统由于成本高、部署复杂等问题未能进入日常的办公环境,桌面用户无法享受其带来的好处。基于快照等的数据保护系统的备份距离短且备份窗口大,无法满足持续、异地数据保护的需求。因此,研究可对数据进行持续异地保护的技术,构建适用于办公环境的持续数据保护(CDP)架构,设计轻量级、经济型的持续数据保护系统具有重要的理论意义和实用价值。本文主要的研究工作和贡献有:1.讨论了数据容灾的相关概念,分析了桌面用户的数据容灾需求,设计了与平台无关的文件级CDP系统的总体结构,并在Windows平台上进行了原型系统实现。2.通过无损数据压缩和文件级重复数据删除技术实现了数据缩减,提升了文件的同步效率,降低了备份中心对存储空间的需求。3.扩展了文件系统上层过滤驱动的Fast Io通道,实现了文件操作的透明、持续截获,并减少了对主机性能的影响。4.制定了数据传输协议,实现了广域网上文件操作信息的可靠传输,解决了文件操作序列的顺序性保持问题。5.实现了操作还原算法,保证了文件操作的准确重放和数据的一致备份,解决了逆向日志的独立存储问题。6.实现了恢复点显示算法和操作回退算法,完成了恢复目录树的动态构造与文件恢复点的图形化显示,并解决了文件的独立恢复问题,且可进行文件恢复的演练。论文还通过构造适当的测试用例,验证了文件级CDP系统的功能特性,评测了系统的性能指标。测试结果显示:CDP系统的备份空间代价较小,对主机系统的性能影响较小,且恢复点目标(RPO)可以达到分钟级。该系统促进了数据容灾的平民化,可广泛应用于桌面用户的数据保护,重点解决人为误操作、病毒入侵等软错误带来的数据损失问题。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题背景  11-13
    1.1.1 数据容灾发展概况  11-12
    1.1.2 国内外研究现状  12-13
  1.2 研究目标及意义  13-14
  1.3 研究基础  14
  1.4 研究内容与难点  14-15
  1.5 完成情况  15-16
  1.6 论文组织结构  16-17
第二章 数据容灾相关概念与技术分析  17-23
  2.1 数据容灾概述  17-18
    2.1.1 数据容灾的相关概念  17
    2.1.2 数据容灾的技术指标  17-18
  2.2 数据备份  18-20
    2.2.1 数据复制  18-19
    2.2.2 数据备份策略  19
    2.2.3 数据备份方式  19-20
  2.3 CDP 技术  20-22
    2.3.1 CDP 的定义  20
    2.3.2 CDP 的属性与类型  20-21
    2.3.3 CDP 的实现层次  21-22
    2.3.4 CDP 的技术特点  22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 文件级CDP 系统的设计  23-41
  3.1 总体设计  23-26
    3.1.1 需求分析  23-24
    3.1.2 系统结构  24-26
    3.1.3 系统特性  26
  3.2 容灾管理子系统设计  26-28
    3.2.1 备份恢复策略  26-27
    3.2.2 文件同步  27-28
  3.3 操作截获子系统设计  28-30
    3.3.1 截获的操作类型  28-29
    3.3.2 备份代理的层次  29-30
    3.3.3 操作截获流程  30
  3.4 数据传输子系统设计  30-33
    3.4.1 传输协议  30-31
    3.4.2 复制代理  31-32
    3.4.3 操作顺序性  32-33
  3.5 操作还原子系统设计  33-37
    3.5.1 操作还原模式  33-35
    3.5.2 逆向日志  35-36
    3.5.3 储存库组织结构  36-37
  3.6 文件恢复子系统设计  37-40
    3.6.1 数据恢复点  37-38
    3.6.2 数据恢复方式  38-39
    3.6.3 恢复演练  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第四章 文件级CDP 系统的实现  41-61
  4.1 数据缩减  41-43
    4.1.1 无损数据压缩  41-42
    4.1.2 文件级重复数据删除  42-43
  4.2 操作截获  43-46
    4.2.1 文件系统过滤驱动  44-45
    4.2.2 备份代理的工作流程  45-46
  4.3 复制代理  46-47
  4.4 操作还原  47-53
    4.4.1 内核级文件操作  48-51
    4.4.2 操作还原算法  51-53
  4.5 文件恢复  53-58
    4.5.1 恢复点显示算法  53-55
    4.5.2 操作回退算法  55
    4.5.3 恢复流程  55-58
  4.6 系统整合  58-59
  4.7 本章小结  59-61
第五章 系统测试分析  61-69
  5.1 测试指标与环境  61
  5.2 测试分析  61-68
    5.2.1 文件恢复测试  61-62
    5.2.2 恢复点类型对 RTO 和 RPO 的影响  62-65
    5.2.3 备份代理对主机性能的影响  65-66
    5.2.4 空间代价分析  66-68
  5.3 本章小结  68-69
结束语  69-71
参考文献  71-74
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 数据备份与恢复
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