Linux 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)

作者：時間：2016-09-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

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由于主文件服務(wù)器一般需要處理文件的讀寫請求，寫請求僅占一部分，需要同步而執(zhí)行的操作造成的負(fù)載要小于主服務(wù)器，因此可能在較短的時間內(nèi)完成同步。當(dāng)需要退出服務(wù)器(此時已經(jīng)進(jìn)入同步階段)成為主服務(wù)器時，則必須等所有同步數(shù)據(jù)同步完成后才能開始服務(wù)。

如果退出服務(wù)器是因?yàn)檩^嚴(yán)重的故障或?yàn)?zāi)難而退出的，則可能需要較長時間的處理，如更換硬件、系統(tǒng)重啟、甚至重裝系統(tǒng)等，這時就可能出現(xiàn)一些困難的情況，一種是如上圖所示的，工作正常的系統(tǒng)已經(jīng)生成了新的版本，如服務(wù)器退出時的最新版本是 i，經(jīng)過一段時間后，正常系統(tǒng)生成了新的版本，這時主系統(tǒng)會清空同步數(shù)據(jù)文件，重新從版本生成后進(jìn)行記錄。對于這種情況，可以有兩種處理辦法：

基于本地版本的快速恢復(fù)：當(dāng)退出文件服務(wù)器本地至少存在一個版本與其他正常機(jī)器上的版本相同時，可以采用這種恢復(fù)策略。具體而言，先確定一個最新的正確版本，用本地版本恢復(fù)，這一過程非常簡單快捷，僅涉及到兩次 inode 的修改;然后選擇一臺正常服務(wù)器，請求它生成一個正常系統(tǒng)上最新版本與恢復(fù)版本的增量升級數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)量不會很大，而且不需要象基于操作的同步那樣逐步進(jìn)行，同步效率非常高，因此可以大大提高恢復(fù)速度。同步到正常系統(tǒng)的最新版本后，然后就按照上述第 2 條的情況進(jìn)行同步數(shù)據(jù)文件的同步。

基于分布版本的快速恢復(fù)：當(dāng)停頓時間太長而不存在一個相同的版本，或文件服務(wù)器數(shù)據(jù)出現(xiàn)損壞(如磁盤故障造成數(shù)據(jù)損毀)時，需要采用此種方法。具體辦法如下：直接把正常服務(wù)器上的最新版本傳送到退出服務(wù)器，然后按照上述的第 2 種情況進(jìn)行同步數(shù)據(jù)文件的同步。

正如上面所述，全部服務(wù)器均出現(xiàn)問題的概率是很小的，但是，不能簡單的排除這種情況的出現(xiàn)，特別是本方案采用數(shù)據(jù)同步機(jī)制，即多個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)是保持快速同步的，這雖然能保證動態(tài)遷移的順利完成，但是也帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)，就是會出現(xiàn)數(shù)據(jù)”污染”的自動傳播，當(dāng)主文件服務(wù)器中的文件數(shù)據(jù)因?yàn)槟承┰?主要是對文件的非法訪問)造成數(shù)據(jù)非法修改時，會立即傳播到其他備份節(jié)點(diǎn)，這樣的話，不管服務(wù)遷移到哪臺機(jī)器均會出現(xiàn)錯誤。

針對這種情況，我們采取了以下措施：當(dāng)發(fā)現(xiàn)非法修改造成數(shù)據(jù)污染時，系統(tǒng)可以自動命令各站點(diǎn)恢復(fù)到指定的版本，如前一版本(可以由管理員配置成前一、二、三個版本);管理員也可以干預(yù)這一過程，強(qiáng)制各站點(diǎn)恢復(fù)到同一指定的版本，從而保證全局文件系統(tǒng)使用同一正確版本。

NFS 文件細(xì)粒度恢復(fù)技術(shù)

在傳統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)中，一方面由于數(shù)據(jù)備份不是實(shí)時進(jìn)行的，當(dāng)出現(xiàn)事故需要恢復(fù)時，最新的備份數(shù)據(jù)與最新數(shù)據(jù)之間存在一個時間差，這樣就造成了該時間段內(nèi)數(shù)據(jù)的丟失(見圖 5);同時，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份是一定時間段后數(shù)據(jù)的增量備份，是一段時間內(nèi)所有文件操作疊加后的結(jié)果，因而無法精確知道在這段時間內(nèi)實(shí)際數(shù)據(jù)的變化過程，因而也無法從所有這些操作中定位非法操作，并進(jìn)行選擇性的恢復(fù)，以保證數(shù)據(jù)的正確性。

圖 5 因非實(shí)時備份造成恢復(fù)時的數(shù)據(jù)丟失示意圖

基于上述考慮，我們不但采用了增量方式的多版本備份恢復(fù)技術(shù)，同時還對文件的修改日志進(jìn)行了實(shí)時的備份，這樣就可以在事故發(fā)生后進(jìn)行基于文件操作的精確恢復(fù)，并支持允許剔除非法操作的選擇性恢復(fù)，這樣既能盡量避免因事故造成的數(shù)據(jù)丟失問題，又能通過選擇性恢復(fù)較好保證數(shù)據(jù)的正確性，同時，還可以通過對日志的分析，結(jié)合數(shù)據(jù)的精確恢復(fù)，達(dá)到發(fā)現(xiàn)犯罪線索、獲得有效證據(jù)的目的，為打擊網(wǎng)絡(luò)犯罪提供有力的技術(shù)手段。在這里，精確性恢復(fù)指的是恢復(fù)某一時段的所有操作，一般是在某一版本后的所有操作，不由用戶進(jìn)行選擇，而選擇性恢復(fù)則指的是某一時間段內(nèi)的所有操作構(gòu)成的集合的子集，需要恢復(fù)的操作由用戶通過查詢、瀏覽等工具來進(jìn)行選擇。在我們的定義中，實(shí)際上可以認(rèn)為精確恢復(fù)為選擇性恢復(fù)的一個特例。

我們首先需要有相關(guān)的解決方法來記錄下具體的操作信息，形成操作日志文件，從而作為分析的證據(jù)(參見圖 6)。我們使用的策略是通過修改服務(wù)器操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用 nfsd_write()、nfsd_create()……。從中取到調(diào)用處理對象的文件、目錄的全路徑名，寫進(jìn)文件，在內(nèi)核中截獲相應(yīng)的文件操作請求。下面以 nfsd_rename()系統(tǒng)調(diào)用為例，進(jìn)行擴(kuò)充、修改而實(shí)現(xiàn)記錄操作日志的功能。

int nfsd_rename(struct svc_rqst *rqstp, struct svc_fh *ffhp, char *fname,

int flen,struct svc_fh *tfhp, char *tname, int tlen)

{

struct dentry *fdentry, *tdentry, *odentry, *ndentry;

struct inode *fdir, *tdir;

int err;

char *name;

mem_segment_t oldfs;

int fd;

err = fh_verify(rqstp, ffhp, S_IFDIR, MAY_REMOVE);

if (err)

goto out;