基于鏈式描述符的層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份方法

文｜李英

層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫擁有海量多維數(shù)據(jù)，但進行層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份的過程中沒有刪除重復數(shù)據(jù)，導致數(shù)據(jù)冗長占據(jù)空間，使RPO值與RTO值過高針對該問題提出基于鏈式描述符的層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份方法。通過寫入鏈式描述符，優(yōu)化傳輸過程；刪除重復數(shù)據(jù)，精簡備份對象；根據(jù)壓縮算法，為通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫設計容災備份方案。實驗結果：所研究的備份方法進行數(shù)據(jù)備份恢復的模擬實驗中，測試值比RPO目標值及RTO目標值分別快出10.3min及10h，獲得較佳的數(shù)據(jù)庫容災備份效果。

由于現(xiàn)代社會的網(wǎng)絡技術和通信技術正在迅猛發(fā)展中，信息化程度越來越高，對數(shù)據(jù)的依賴程度逐漸增加，數(shù)據(jù)丟失帶來的影響和損失也越來越大。如何削弱災難發(fā)生帶來的影響并有效地保護數(shù)據(jù)和信息，大量研究者及相關工作人員，針對層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，研究了不同類型的容災備案方法。目前，國內(nèi)的主要技術分為鏡像復制、快照及互聯(lián)技術。學者沈剛、陳斌等人引入粒子群算法，架構數(shù)據(jù)儲存?zhèn)浞菘蚣?，準確高效對數(shù)據(jù)信息進行更新備份，提高通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的安全性，為層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份開辟了新的發(fā)展思路。此次研究在大量先進的網(wǎng)絡通信技術及方法的基礎上，結合傳統(tǒng)方法存在的問題引入鏈式描述符的處理方法，進一步優(yōu)化備份方法。

一、基于鏈式描述符的層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份方法

（一）寫入鏈式描述符

與傳統(tǒng)的DMA不同，鏈式描述符最大的優(yōu)勢在于可以輕松處理CPU中指向地址不連續(xù)的大量數(shù)據(jù)模塊的搬移。傳統(tǒng)模式中，每發(fā)起一次數(shù)據(jù)搬移請求,DMA就會執(zhí)行一次操作，但寫入鏈式描述符后，CPU在發(fā)起請求前就已經(jīng)存在多個數(shù)據(jù)段，提供下一個描述符的地址，同時包含此次操作的必要信息，當收到發(fā)起的請求后，DMA讀取并解析內(nèi)存中的描述符，然后通過數(shù)據(jù)段中包含的下一個描述符的指向自動進行下一次的數(shù)據(jù)傳輸操作，這個過程只需要發(fā)起一次請求，就能令數(shù)據(jù)塊實現(xiàn)非連續(xù)性的搬移?？刂谱侄问敲枋龇暮诵牟糠郑该骺刂破鲬撊绾瓮瓿僧敶伟嵋撇僮?；描述符還包括狀態(tài)字段，代表著描述符的完成狀態(tài)。鏈式描述符的傳輸方式首先是通過軟件將準備好的描述符寫入CPU，接下來通過鏈式DMA將下一個描述符的內(nèi)存地址寫入，并設置對接。當搬移操作開始時，DMA控制器首先讀取第一個描述符進行解析執(zhí)行并更新描述符狀態(tài)，再讀取下一個需要執(zhí)行操作的描述符，直至最后一個才停止操作?；阪準矫枋龇木W(wǎng)絡通信數(shù)據(jù)信息傳輸模式，可以解決大量數(shù)據(jù)傳輸中地址指針不連續(xù)帶來的問題，從而減輕整個過程中處理器承載的巨大負擔，與此同時釋放了本地內(nèi)存的儲存空間，緩解了本地處理器的傳輸壓力，為更加便捷高效的層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫容災備份方法提供了技術前提和發(fā)展方向。

（二）刪除重復數(shù)據(jù)

上一節(jié)運用鏈式描述符的優(yōu)勢后，針對通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)海量且多維的特點，要依靠提取和計算數(shù)據(jù)超級指紋，定位和判斷備份數(shù)據(jù)庫中大量的重復數(shù)據(jù)信息，并進行篩選和刪除操作，進一步優(yōu)化容災備份方法。也有學者提出在同一個數(shù)據(jù)庫中不可避免地存在大量重復數(shù)據(jù)，如果能夠定位這些相同或相似的文件，并對它們進行只儲存一次的操作，將極大地提高備份數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，同時降低傳輸過程的成本。超級指紋（Super-fingerprint，也稱為超級特征值）的技術是通過對數(shù)據(jù)庫中的信息提取多個特征，并組合起來形成代表特征，如果兩個數(shù)據(jù)塊代表特征相同或相似，則可確定重復數(shù)據(jù)的存在。假設數(shù)據(jù)塊的長度為，則可根據(jù)以下公式計算指紋：

公式中a和 b分別是預先設定好的隨機數(shù)，通過計算對a和b之間數(shù)據(jù)塊的指紋集合，經(jīng)過哈希算法（mod）處理后，再總體提取最大值，n個特征值組合起來形成超級指紋，計算公式如下：

公式中組合了個指紋，即為給定數(shù)據(jù)塊的超級指紋，要判斷數(shù)據(jù)塊之間是否重復，就需要對比數(shù)據(jù)塊的超級指紋。

對于重復數(shù)據(jù)的處理流程如圖1所示，相似的部分越多，代表數(shù)據(jù)塊之間相似的可能性越大，越容易形成重復數(shù)據(jù)。

圖1 比對刪除重復數(shù)據(jù)流程

（三）設計數(shù)據(jù)庫容災備份方案

二、應用研究

（一）準備工作

RPO（Recovery Point Object）和RTO（Recovery Time Object）兩個指標通常用于測量容災備份方法是否有效。RPO指標是數(shù)據(jù)恢復點目標，即恢復的數(shù)據(jù)庫信息與災難發(fā)生前的差異量，它代表容忍通信數(shù)據(jù)庫信息丟失的最大限度。RTO指標是故障后到恢復正常運行所需的時間，也就是從宕機到正常運行為止最大的時間限度。備份方法可行與否，在于能不能根據(jù)具體資源，找到最優(yōu)的RPO和RTO。為了應用上述的容災備份方法，選取通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫A模擬部分數(shù)據(jù)丟失，通過實際的操作，驗證此方案具體效果如何。

（二）實驗數(shù)據(jù)庫的備份效果反饋

測試階段將數(shù)據(jù)庫A作為研究對象，模擬數(shù)據(jù)丟失，記錄RPO和RTO的實際測試值，與數(shù)據(jù)庫RPO和RTO目標值進行比較，備份方法的效果直觀明確。為了確保測試結果的說服力，本次實驗共進行了10次，表1為本次測試階段實驗結果。

表1 數(shù)據(jù)庫A的RPO及RTO目標值與測試值對比表

根據(jù)表1記錄的數(shù)據(jù)可知，RPO的測試值都在60s之內(nèi)，RTO的測試值都少于60m。計算RPO目標值和測試值的平均值分別為10.9min和40.5s；RTO目標值和測試值的平均數(shù)分別為10.5h和30.8min。觀察兩項數(shù)據(jù)的對比不難發(fā)現(xiàn)，運用此方案得到的RPO測試值快于目標值10m14s，RTO測試值快于目標值10h。

三、結束語

此次研究實驗在明確傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫災備方法的缺點后，針對性地利用寫入鏈式描述符的技術，為數(shù)據(jù)備份方案提供了更加有效快速選擇。但根據(jù)文中闡述的方法過程可以看出，此次備份方法較為核心的步驟是需要在數(shù)據(jù)庫中定位、篩選和刪除重復冗余的數(shù)據(jù)信息，這個過程中計算比較復雜，且數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的相似性有高有低，較難區(qū)分，因此容易出現(xiàn)誤差，影響后續(xù)備份的操作進行。今后可以逐步強化數(shù)據(jù)塊之間相似性比對算法，并進行大量驗證，將誤差盡量縮小，控制在最佳范圍內(nèi)，優(yōu)化層次化通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的容災備份方法。