《重复数据删除及其应用》

PINGDINGSHANUNIVERSITY 毕业论文()目:院（系）: 专业年级: 姓 学名:号:指导教师: 2012年5月20日 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 摘要 重复数据删除技术包括相同数据重复数据删除技术和相似数据重复数据删除技术。相同数据重复数据删除技术主要有：相同文件重复数据删除技术、固定长度分块的重复数据删除技术、基于内容分块的重复数据删除技术、基于滑动块的重复数据删除技术和基于数据特征的重复数据消除算法等。重复数据删除技术适合应用于数据备份系统、归档存储系统、远程灾备系统等场合。 重复数据删除技术是一种高级数据备份的新技术同时也是一种数据缩减技术，它通过数据的减少不仅使存储的效率更高、成本更节约，带宽的利用也降到最低，使其更经济、更快速、更超前的实现数据备份的远程复制节约空间，也是更新型的高级数据备份缩减方式，可以极大的减少数据备份的数量。 关键词:重复数据删除，存储，智能压缩，备份 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 目录 1绪论...................................................................................................................................................12重复数据删除技术..............................................................................................................................2 2.1具体定义..................................................................................................................................2 2.2实现原理..................................................................................................................................2 2.3实现过程..................................................................................................................................33重复数据删除技术的分类...................................................................................................................4 3.1按照部署位置的不同.................................................................................................................4 3.2照检查重复数据的算法不同......................................................................................................4 3.3按照切分数据块方法的不同......................................................................................................4 3.4按照应用场合的不同.................................................................................................................4 3.5按照消冗不同...........................................................................................................................5 3.6按照实现层次的不同.................................................................................................................54重复数据删除的安全性.......................................................................................................................6 4.1重复数据删除五大要点.............................................................................................................6 4.1.1能够与当前环境相整合.................................................................................................6 4.1.2具备可扩展能力...........................................................................................................6 4.1.3支持分布式应用...........................................................................................................7 4.1.4能够对存储库提供实时保护..........................................................................................7 4.1.5满足绿色环保的要求....................................................................................................7 4.2重复数据删除技术的优缺点......................................................................................................8 4.2.1优点.............................................................................................................................8 4.2.2缺点.............................................................................................................................8 4.3虚拟磁带库的三大分类.............................................................................................................8 4.3.1备份软件型....................................................................................................................8 4.3.2.PC型.............................................................................................................................9 4.3.3虚拟型...........................................................................................................................95重复数据删除的存储和环境..............................................................................................................10 5.1重复数据删除的市场环境和成本.............................................................................................10 5.1.1误区一.........................................................................................................................10 5.1.2误区二.........................................................................................................................11 5.1.3误区三.........................................................................................................................11 5.1.4误区四.........................................................................................................................11 5.1.5误区五.........................................................................................................................11 5.2绿色存储与重复数据删除技术.................................................................................................126重复数据删除技术解决的..........................................................................................................13 结束语.........................................................................................................................................14参考文献..............................................................................................................................................15致谢..................................................................................................................................................16 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 1绪论 本文介绍了重复数据删除技术的概念、分类、发展历程、工作原理、 未来的发展前景和主要技术及相关的特性。重复数据删除技术是一种高级数据备份的新技术同时也是一种数据缩减技术，它通过数据的减少不仅使存储的效率更高、成本更节约，带宽的利用也降到最低，使其更经济、更快速、更超前的实现数据备份的远程复制节约空间，也是更新型的高级数据备份缩减方式，可以极大的减少数据备份的数量。 同时分析了重复数据删除技术在IT行业上的重要作用，让计算机中用到重复数据删除技术并提出其中的不足之处和相应的解决方案。最后展望了重复删除数据技术的反战前景以及技术方向重复数据删除技术包括相同数据重复数据删除技术和相似数据重复数据删除技术。 相同数据重复数据删除技术主要有：相同文件重复数据删除技术、固定长度分块的重复数据删除技术、基于内容分块的重复数据删除技术、基于滑动块的重复数据删除技术和基于数据特征的重复数据消除算法等。重复数据删除技术适合应用于数据备份系统、归档存储系统、远程灾备系统等场合。 同时也是为企业用户提供重复数据的备份解决方案，增加有效存储空间，提高存储效率，使企业备份解决方案更加完善、高效。 1 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 2重复数据删除技术 2.1具体定义 重复数据删除技术就是一个在数据安全的背景下产生的一种高级数据备份的技术。具体的定义是重复数据产出技术是一种缩减技术，通常用于基本磁盘的备份系统，旨在减少存储系统中使用的存储容量。 的工作方式是在某个时间周期内查找不同文件中不同位置的重复可变大小数据块。重复数据快用指示符取代。 高度冗余的数据集从数据重复删除技术的获益极大；用户可以实现10比1至50比1的缩减比。而且，重复数据删除技术可以允许用户的不同站点之间进行高效，经济的备份数据复制。 重复数据删除技术支持在已有的磁盘设备上存储更多的备份数据。因此采用“重复数据删除”技术可以增加您保存备份数据的时间，减少数据中心的消耗，降低成本。 如果您删除重复数据后再通过WAN发送，那么您就能够节省大量的带宽，并且可以取代磁带实现网上离线备份。 2.2实现原理首先，我简述一下两种方式的实现原理和过程。 当备份数据流到达重复数据删除技术的备份设备时，先驻留在内存里，重复数据删除引擎开始对先到的备份数据进行辨识，判断是否存在已保存过的数据块。如果有，则写入一个指针来代替实际数据块的写入过程。如果没有，则写入该新数据块。任务结束。 采用这种方式进行重复数据删除工作，可以显著降低I/O的开销，因为大部分工作是在RAM内完成的。只是在做哈希算法查找重复的数据块时产生了少量的磁盘操作。 2 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 2.3实现过程后期处理重复数据删除技术。备份服务器向备份设备传输备份数据流时，将整个备份数据量作为整体来传送。启动单独的进程开始读取已写入磁盘的数据块，开始重复数据删除处理过程(该过程通常由另外一个设备执行，访问备份数据已写入的磁盘)，如读入的数据块和已存储的数据块重复了，则用指针替代该数据块，如果没有重复，则将该新数据块留在磁盘上，而无需任何其他操作。 如果确认了重复的数据块，需要进行删除重复的数据块的写操作，另外还需要发起更新哈希表的写操作，该过程占用了整个处理过程95%的时间。余下5%的时间用来处理那些不匹配的数据块，同样需要对哈希表进行更新写操作。 现在无论是企业，还是个人，随着计算机的应用的发展，特别是企业的发展面临着大量的数据备份成为一大重点，数据的备份问题日益严重，日益成为广泛关注的焦点。 重复数据删除技术从最初很小的市场规模到今天被市场广泛接受，重复数据删除技术的成长由不断增长的供应商所印证，这些供应商已经有的重复数据删除产品，或在其备份产品中整合了这部分功能。 本篇对重复数据删除技术的各项优势，并进一步分析了这些优势在具体应用环境中如何发挥其作用。 重复数据删除（datade-duplication）也称为智能压缩(intelligentcompression)或单一例存储(single-instancestorage)，是一种自动搜索重复数据，将相同的数据只保留唯一的一个副本，并使用指向单一副本的指针替换其他重复副本，已达到消除冗余，降低存储容量需求的存储技术。 常见的重复数据删除技术有两种：文件复制消除可以识别两个根文件名不同但是内容完全相同的文件，或者不同目录下相同的文件。 数据块和长度可变的数据段的重复数据删除技术可以避免相同文件的多次存储在因此这样一个大环境下，重复数据删除技术问题凝聚了人们的注意力，大大小小的企业和个体纷纷为自己的数据安全和防护制定了定期定量的数据备份，而重复数据删除技术成为确保企业信息系统安全的基本手段。 3 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 3重复数据删除技术的分类 3.1按照部署位置的不同 重复数据删除可分为源端重复数据删除和目标端重复数据删除。源端重复数据删除是先删除重复数据，再将数据传到备份设备。目标端重复数据删除是先将数据传到备份设备，存储时再删除重复数据。 3.2照检查重复数据的算法不同 重复数据删除可以分为对象/文件级和块级的重复数据删除。对象级的重复数据删除保证文件不重复。有Fingerdiff算法、CDC算法、计算整个文件的哈希值，然后根据文件哈希值查找存储系统中是否存在相同的文件。 3.3按照切分数据块方法的不同 可分为定长块和变长块的重复数据删除技术。变长块的重复数据删除，数据块的长度是变动的。定长块的重复数据删除，数据块的长度是固定的。 通过数据的散列值来判断是否是重复数据。对于每个新数据块都生成一个散列，如果数据块的散列与存储设备上散列索引中的一个散列匹配，就表明该数据块是一个重复的数据块。 3.4按照应用场合的不同 分为通用型重复数据删除系统和专用型重复数据删除系统。通用型重复数据删除系统是指厂商提供通用的重复数据删除产品，而不是和特定虚拟磁带库或备份设备相联系。专用型重复数据删除系统是和特定虚拟磁带或备份设备相联系，一般采取目标端重复数删除方式。 4 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 3.5按照消冗不同 在线式消冗的重复数据删除是指在数据写入磁盘之前执行重复数据删除。并且不需要用于保存还未进行重复数据删除的数据集。后处理式消冗的重复数据删除，也被称为离线重复数据删除，是在数据写到磁盘后再执行重复数据删除。数据先被写入到临时的磁盘空间，之后再开始重复数据删除，最后将经过重复数据删除的数据拷贝到末端磁盘。 3.6按照实现层次的不同 根据软件的重复数据删除：可以有两种集成方式，可以将软件产品安装在专用的服务器上实现，也可以将其集成到备份/归档软件中。 根据硬件的重复数据删除：主要由存储系统自己完成数据的删减，在虚拟磁带库系统、备份平台或者网络附加存储（NAS）等一般目的的存储系统中融入重复数据删除机制，由这些系统自身完成重复重复数据删除技术能够删除用户存储系统中大量的无用的冗余数据，所以用户的备份节约大量的空间成本。经过重复数据删除处理后的数据，精简比例可以达到30：1。 重复数据删除在实际实现方式上包括联机处理和后期处理两种类型。以下我阐述了重复数据删除技术的这两种实现方式以及各自的技术特点，借此希望能消除人们的对这两种处理方式的误解，并对客户选购具备重复数据删除特性的备份设备时有所帮助。 5 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 4重复数据删除的安全性完成重复数据删除后，数据只剩下单一的不重复数据，而且单一的不重复数据是集中保存在一个存储区域中。怎样解决问题？ 本地数据冗余策略：采用不同级别的数据冗余策略（MirrorRAID5，RAID6等），对单一数据进行备份和恢复。 远程镜像/远程复制：也可以通过远程镜像或远程复制技术将本地单一数据备份到远程存储设备上，防止数据故障。 采用集群技术：可以通过集群技术，采用分布式文件系统，消除单一故障点，提高系统的可靠性，实现故障数据的完全恢复。 4.1重复数据删除五大要点 4.1.1能够与当前环境相整合 一个高效的重复数据删除解决方案应该对当前IT环境的影响/中断越小越好。许多企业都选择利用VTL备份来避免影响/中断，以在不改变企业当前备份策略、处理或软件的情况下提升备份质量。因此，基于VTL的重复数据删除技术在部署时对环境影响也应该是最小的。它将更多的注意力集中在了备份这个巨大的重复数据存储池上。 基于VTL的t重复数据删除解决方案通常要求使用专用设备，但这并不影响部署的灵活性。一个充分灵活的重复数据删除解决方案应该即可以以软件包形式提供给用户，也可以提供给用户整体的解决方案(TurnkeyAppliance)，从而最大限度的使用户的现有资源得以利用。 4.1.2具备可扩展能力 由于重复数据删除解决方案是用于长期的数据储存的，在容量和性能方面的可扩展能力也是非常重要的考虑因素，而且至少要考虑未来五年甚至更长时 6 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利间的增长。那么，在保证快速访问的前提下，你希望有多少数据保存在磁带上?你需要怎样的数据索引系统呢? 优秀的重复数据删除解决方案提供的架构，无论是在初始部署时，还是面对未来系统的长期增长，都应该能保证最优化(Right-sizing)、最经济的架构规模。集群可以帮助用户满足不断增长的容量需求---即使是N多Petabyte数据增长的环境---而且不会降低重复数据删除技术的效率或系统的性能。 这个架构还为存储库保护的部分提供了故障切换(Failover)功能。 4.1.3支持分布式应用 重复数据删除技术，不只是能为单个数据中心带来利益，对于具有多个分支机构或多个站点的大型企业来说，它可以让整个企业的分布式应用受益无穷。一个包含复制和多级重复数据删除的解决方案可以将这一技术的优势发挥到极致。 举例来说，一个企业由1个总部和3个区域代表机构构成，可以在区域代表机构部署一台具备重复数据删除技术功能的容灾设备，使本地存储及向远程中央站点的复制更为高效。这种解决方案使数据复制到中央站点的带宽需求降到最低，它只不过是用来确定远程的数据是否已经包括在中央的存储库中。所有站点中，只有唯一的数据会被复制到中央站点或是容灾站点，否则所需的带宽就会增大。 4.1.4能够对存储库提供实时保护 保证对删除重复数据的存储库的访问是非常关键的，因此它不能允许有单点故障发生。一个优秀的重复数据删除解决方案应该包括可以在本地存储故障发生时提供保护的镜像功能，同时也应该具备复制功能以在灾难发生时从提供保护。这种解决方案还应该在出现节点故障时具备故障切换能力，即使是一个集群中的多个节点出现故障，企业也必须能够及时恢复数据同时还要保证业务持续运营。 4.1.5满足绿色环保的要求 近期的Gartner报告显示，2008年，将有50%的数据中心出现电力及制冷 7 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利不足以运行他们高密度的设备的情况。IDC的研究报告也显示，IT部门正在将硬件1/4的成本花在电力上。而MAID这项创新的存储技术，可以利用大型的磁盘驱动器组，而这些磁盘驱动器只在任意设定的时间才工作。这便减少了电力消耗。当关掉一些磁盘驱动器时，MAID可以提供卓越的电力节约能力，可以为企业的电力成本节省高达1/3。目前市场中的有些解决方案充分结合了MAID技术，帮助数据中心减少至少20-30%的电力成本 4.2重复数据删除技术的优缺点 4.2.1优点 （1）实现比较简单. （2）通用性好,备份软件无关.适用于所有备份软件. （3）在备份数据量较小,类型和来源单一的情况下,可能获得较高的重复删除比率. 4.2.2缺点 （1）如果发生哈希冲突,会造成数据破坏. （2）Inlineprocessing,数据一边备份,一边需要分块计算hash,而hash算法是非常占用CPU资源的计算,这样系统瓶颈取决于CPU的运算能力.一般单计算节点最大的性能只能达到200MB/s. （3）系统扩容能力较差,只能应用于中小企业.对单一计算节点进行扩容以后,所要记录的hash表也会相应增大,如果进行分布式计算,则需要保持全局的hash表. 4.3虚拟磁带库的三大分类 虚拟磁带库依照架构不同，大概可以分为三种类型： 4.3.1备份软件型 即将磁带库模拟软件直接安装在备份服务器上，把备份服务器的某些文件系 8 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利统分区模拟成磁带库，从而使备份软件以磁带库方式使用磁盘文件系统。 4.3.2.PC型根据一定是不安全的。此类方案主要用于备份缓存-也即先备份到磁盘，然后在服务器不忙时再将备份转移到物理磁带库上应用服务器型(VTLAppliance)。该方案实际上是另外一种虚拟磁带库的软件实现方案：通过把虚拟磁带库管理软件安装在一台独立的专用服务器(一般是PC服务器)内，而将该服务器及所连接的磁盘存储设备模拟成磁带库。 4.3.3虚拟型 其不足是需要利用一台具有一定扩充能力的成了专用的虚拟磁带库设备，这种设备可以配置一定数量和类型的主机接口和后端存储磁盘阵列接口，有的专用虚拟磁带库设备还配置了归档磁带库接口。 专用的虚拟磁带库设备硬件结构与不同于PC服务器，其能、可靠性比第Ⅱ代应用服务器型虚拟磁带库有了非常大的提升。 9 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 5重复数据删除的存储和环境 5.1重复数据删除的市场环境和成本 伴随着计算机网络的飞速发展，重复数据删除技术的更新步伐必然会加强，而要全面展望重复数据删除技术的发展几乎是不可能的。但是，从产品及功能上，却又可以看出一些动向和趋势。下面诸点可能是下一步的走向和选择：重复数据删除技术首次被企业采用是应用于缩短备份窗口并减少磁带的使用。其中用户最主要的顾虑在于是否可以和现有的备份技术和流程无缝衔接，并能够简易地进行部署。 基于ESG的一项调查显示，重复数据删除技术的应用正在不断增加。2010年，38%的调查反馈表示已经采用了重复数据删除技术一些备份软件供应商在其产品中免费添加重复数据删除功能(比如CA和IBM的TSM)，而其它的则要收费。 有一些隐性成本，比如在重复数据删除系统之间激活复制功能可能会额外收费。以及备份站点需要和生产站点一样(或至少近似)建立这一系统，这使得成本翻倍。当然也有例外，比如Symantec5000系列产品，其免费包含了设备到设备之间的复制功能。Symantec同时给予前端被保护的数据容量收取许可证费用，而非根据后端数据存储的容量进行收费，因此对复制拷贝并不产生额外成本。 目标重复数据删除系统供应商将软件捆绑在其存储硬件上，因此当更新硬件平台时你就重复购买了软件部分。同样，Symantec采用一种不同的方式，对软件和硬件分别收费。 5.1.1误区一 “联机处理方式一定会降低备份的处理速度” 大量的实际备份案例证明，采用联机重复数据删除模式的备份设备，其备份速度比那些磁带备份以及普通的磁盘备份方式要快很多。 10 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 5.1.2误区二“降低备份数据流的读入速度会造成严重的后果” 采用的重复数据删除技术是否会造成备份速度降低?是否比以往采用的磁带备份方式更快?备份过程是否能够满足备份窗口以及RTO的需求?实际上后者才是需要关注的重点，需要强调的是只有当重复数据删除处理结束，整个备份任务才能算真正完成。5.1.3误区三 “后期处理重复数据删除方式是当所有数据备份过程结束后开始的” 该等待时间从第一组备份任务传送备份数据流开始算起，当第一盘虚拟的备份磁带写满或第一组备份数据流写入结束后，此后的重复数据删除处理就不存在延迟等待问题。 5.1.4误区四 “后期处理重复数据删除方式会降低整体备份进程的速度” 如果在现有的备份环境中出现上述情况，我们可以通过将重复数据删除处理分配到多个单独的服务器上来分担处理的负荷。 5.1.5误区五“后期处理重复数据删除的过程是在所有备份数据都已被复制到另外一个磁盘设备上后才会开始执行”就像大多数夸大之词一样，这也是目前市场上最流行的误区之一。 当虚拟磁带介质被加载到驱动器时，虚拟带库会停止对其的重复数据删除处理，另外，当备份数据流正在写入虚拟磁带时，也会暂停重复数据删除处理，那么当其他磁带正在进行复制或其他读写操作时，总有剩余的磁带介质可以进行重复数据删除处理。 11 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 5.2绿色存储与重复数据删除技术 由于块级重复数据删除技术只保存发生变化的数据，极大的减少了所需的数据备份容量，使用户不用再像从前一样购置大量磁盘，从而将用户备份系统的总成本降到最低。更少的磁盘致使存储系统更少，电力及制冷需求更小，同时还降低了整体系统的复杂性。 与传统的磁带备份解决方案相比，重复数据删除技术完全改变了磁盘备份的经济性。通过这一技术，更多的用户可以负担得起用磁盘备份取代整个或是部分磁带备份的解决方案。 磁盘备份相对于磁带备份来说，提供了更好的数据备份及恢复性能。通过利用磁盘备份的方式，用户可以进一步改善他们的服务品质协议(Service-LevelAgreements，SLAs)。 从性能的角度看，只能提供单台重复数据删除服务器/设备的解决方案根本无法满足每天需要备份成百TB数据或每天需要多次数据备份的大型企业的需求。 在这种情况下，重复数据删除技术反而会造成瓶颈。一些企业考虑用两台或多台设备完成这一工作，但由于每台设备都保留了它自己的Hash索引，设备根本不能鉴别出重复的数据是否已经由另一台设备备份。这种方法不仅会影响到重复数据删除的比率，还会增加维护的工作量。 当通过数据复制实现灾备时，重复数据删除技术也可以带来卓越利益。由于减少了数据备份数据量，重复数据删除技术将主站点与远程数据中心之间的带宽需求、数据传输成本、复制时间都降到最低。企业利用相对经济的WAN网络即可在任意地理空间范围内执行复制，实现了额外的成本节约。 12 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 6重复数据删除技术解决的方案 重复数据删除应当成为IT战略的一个有机组成部分。 数据冗余是导致数据急剧增长的一个主要因素。 最初，重复数据删除技术致力于消除像完全备份、电子邮件附件和VMware镜像文件这些特定环境中的数据冗余。不过，客户们逐渐注意到了冗余数据这个问题的普遍性。 企业环境中的测试和开发数据数量激增：复制、备份和归档带来了多个数据副本，分散在企业的各个角落。有时用户为了图个方便，就把数据拷贝到多个位置。 研究估计，如今数据的众多副本要求企业购买、使用及管理的存储量比使用重复数据删除技术之后，实际所需的存储量多2—50倍。 考虑到这给企业利润带来的负面影响，许多企业认识到：重复数据删除绝不仅仅是一项应用范围狭小的技术，需要成为整个IT战略当中一个必不可少的有机部分。 13 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利 结束语 随着计算机网路技术的飞速发展，重复数据删除技术必将愈来愈引起人们的重视。 重复数据删除技术作为目前新兴的计算机备份技术，它主要是用来删除冗余的容量占据，用户将从空间效率中获益是个人、企业、单位享受到便捷安全高效的数据备份,同时允许提高了网络资源。 如果使用得当，可以在很大程度上提高了网络资源的利用率。但是没有一种技术可以百分之百地解决所遇到的所有问题，比如重复数据删除技术在磁盘总容量不变的情况下，有效存储容量将大大增加。 重复数据删除技术必须在无缝条件下操作，又因为供应商不同，采用的方法和样式各不相同单靠重复数据删除是不够的，还需要有其它技术和非技术因素的考虑，所以应该有更多的数据备份技术共同使用才能保证网络数据的安全和可靠性。 14 平顶山学院2012届专科毕业生毕业论文重复数据删除及其应用王爱利参考文献 [1]王纪奎，王泓，张乐等.《成就存储专家之路—存储从入门到精通》[M].北京：清华大学出版社，2009．6 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