一种云计算数据中心中针对BCube网络的副本管理方法与流程

本发明涉及计算机存储技术领域，特别是涉及一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法。

背景技术：

随着云计算时代的到来，近年来越来越多的人选择云计算服务以降低管理成本。同时，云计算服务商不仅仅提供了数据存储的服务，还要满足人们进行网上冲浪的日常所需，越来越多的数据的存储、管理与维护，给云计算服务商带来了更高昂的管理费用和成本支出。

云计算数据中心在近年需要处理的请求日益增多，这些数据中心在满足日益上升的请求处理时，不仅仅是能耗的增加，也带来了重大的数据管理及保存的责任。云计算数据中心提供着越来越多的大规模的在线计算服务，不仅是网络用户对网络的依赖，选择网络办公的企业也日益增多。预计未来仍然会保持相当大的增长速度。

当今的产业已经进入到模块化设计、模块化生产、模块化消费的模块化大发展时期。模块化逐渐成为计算机服务商等领域最热门的研究课题之一。同样的，在计算机硬件方面，模块化管理也很大程度上增加了人们的工作效率。

bcube数据中心是微软研究人员提出的一种新的以服务器为中心的拓扑结构，通过小型交换机和服务器来递归地构建大规模数据中心网络，可以用于数据的存储。模块化数据中心的高性能、以服务器为中心的网络体系结构的bcube网络这样的互连结构是以服务器为中心，服务器兼具路由功能，具有多个网络接口的服务器可以转发报文，交换机仅在第二层执行报文转发功能。交换机作为连接媒介使bcube具有很多冗余路径，易于实现容错路由和模块化连接。

针对服务器中存放的副本，人们一般会对其上摆放的副本进行备份，在云计算行业中常用的备份方案为“容灾备份”，容灾备份其实分为两个部分，容灾是为了在遭遇灾害时能保证信息系统能正常运行，帮助企业实现业务连续性的目标，备份是为了应对灾难来临时造成的数据丢失问题。在时代演变下，容灾和备份逐渐被人们一体化，形成最终的容灾备份一体化产品，其最终目标是帮助企业应对人为误操作、软件错误、病毒入侵等“软”性灾害以及硬件故障、自然灾害等“硬”性灾害。现有技术中有的数据副本管理方法，为的是追求资源占用少，可以方便快速的获取生产数据副本，然而为了提升数据存储的可靠性，现有技术的副本管理策略冗余度很高，导致大量的存储空间浪费且效率低下。

同时，随着网络科技与社会经济的不断发展，人们对于软件模块化的认知和运用越来越深入化发展，特别是在软件的系统设计的运用上尤为明显。然而，服务器的故障率可能从多个方面发生，也会因为服务器的用途不同导致各个部件负载不同，出现的故障率也会大相径庭。

因此，在云计算环境下，如何提供一种高效率且冗余度低的副本管理策略是亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够提供一种面向bcube网络的新型高效副本管理策略，在此基础上，针对服务器可能发生的故障进行了副本摆放管理优化，将可能造成的损失降至最低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法，应用于副本的存放、还原、服务器数量变化及模块化管理中，其特征在于，

在bcube(n,k)数据中心中，n表示交换机的端口数，k表示所述bcube(n,k)数据中心的维度；

bcube(n,0)数据中心包括：作为节点的n个服务器、具有n个端口的n⁰个交换机；

bcube(n,1)数据中心包括：n个所述bcube(n,0)数据中心、具有n个端口的(1+1)n¹个交换机及n¹⁺¹个服务器；

bcube(n,k)数据中心包括：n个bcube(n,k-1)数据中心、具有n个端口的(k+1)n^k个交换机及n^k+1个服务器；

所述bcube(n,k)数据中心中服务器编码a为a＝akak-1···a1a0，(ai∈{0,1,...,n-1},i∈{0,1,...,k})，交换机编码s为s＝<l,sk-1···s1s0>，(sj∈{0,1,...,n-1},j∈{0,1,...,k},且l∈{0,1,...,k})，所述方法包括：

创建所述bcube(n,k)数据中心时副本的保存方法：采用服务器之间顺序循环备份的方法对服务器中储存的数据做备份处理；

所述bcube(n,k)数据中心中发生损坏的服务器中的副本还原：根据损坏的程度采用更换损坏的零部件或更换新的服务器的方式进行修复；

所述bcube(n,k)数据中心中服务器数量发生变化时副本的备份：服务器数量增加时，既需要对新增加的服务器中的任意一台服务器中的数据做数据备份处理，又做副本迁移处理；

所述bcube(n,k)数据中心的模块化管理：采用顺序循环备份的方法对交换机所连接的服务器中储存的数据做备份处理。

优选地，顺序循环备份的方法具体内容为：所述bcube(n,k)数据中心中连接交换机sl,s＝<l,s＝sk-1···s1s0>的服务器a＝akak-1···a1a0的副本ca,s表示为下公式(1)：

优选地，所述bcube(n,k)数据中心中发生损坏的服务器中的副本还原方法为：

当某个服务器发生故障完全损毁时，首先用新的服务器替换掉已经完全损毁的服务器，再按照公式(1)的规则进行数据恢复，将恢复的数据复制到所述新的服务器中；

若服务器只是零部件发生故障，更换所述服务器发生损坏的零部件。

优选地，所述bcube(n,k)数据中心中服务器数量发生变化时副本的备份方法具体内容为：当所述bcube(n,k)数据中心中增加服务器时，在服务器本身的副本摆放完成之后，若每个交换机下都各增加一台服务器且服务器摆放的位置仅是在原有顺序上依次向后摆放一位，那么这台新增加的服务器需将大一个维度的交换机连接的前一台中备份的第一台服务器的副本迁移至自身上来，且将自身的副本备份在前一台服务器中；摆放的顺序同样满足公式(1)约束；

若仅在某个交换机连接下增加服务器，则在下一个bcube网络中将新增服务器的副本按照顺序依次从第一台服务器开始备份；

若新增的服务器不是在原有顺序基础上依次添加，而是添加在原有顺序中的随机一位，那么其所在交换机连接的服务器中副本备份仍然需要满足公式(1)；

当所述bcube(n,k)数据中心中需要减少服务器时，首先需要判断服务器上存放的副本数据是否需要保留，若需要保留，可不删除在前一台服务器节点上的备份的副本；若数据无需保存，首先通讯到前一台对应的服务器节点上备份了本身服务器副本的服务器，将备份的副本迁移出来。

优选地，所述bcube(n,k)数据中心的模块化管理方法为：任意一台交换机b和此交换机b连接的服务器的备份位置为此交换机b所在的bcube网络中的下一台交换机c及此交换机c连接的服务器中；依次往后备份，最后一台交换机及其此最后一台交换机连接的服务器备份在第一台交换机及第一台交换机连接的服务器中。

本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法，针对副本在服务器中的摆放，提出可能遇到的四类服务器故障与问题的处理办法，将可能造成的损失降至最低。同时，针对副本的备份及摆放的新型策略能够有效的减少云计算服务商针对副本备份投入的人力资源和成本，减少云计算服务商的成本压力，进一步提升企业的效率和利益，适宜在工业界推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法示意图；

图2为bcube(4,1)数据中心组成示意图；

图3为bcube(4,1)数据中心副本备份的路径图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-3,本发明提供一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法，应用于副本的存放、还原、服务器数量变化及模块化管理四种场景的应对策略中，下面先以递归的形式对本实施例所针对的bcube(n,k)数据中心进行形式化定义。

bcube数据中心通过小型交换机和服务器来递归地构建大规模数据中心网络，从而用于数据的存储。

在bcube(n,k)数据中心中，n表示交换机的端口数，k表示所述bcube(n,k)数据中心的维度。bcube(n,0)数据中心包括：作为节点的n个服务器、具有n个端口的n⁰个交换机。bcube(n,1)数据中心包括：n个所述bcube(n,0)数据中心、具有n个端口的(1+1)n¹个交换机及n¹⁺¹个服务器。bcube(n,k)数据中心包括：n个bcube(n,k-1)数据中心、具有n个端口的(k+1)n^k个交换机及n^k+1个服务器。bcube(n,k)数据中心中服务器编码a为a＝akak-1···a1a0，(ai∈{0,1,...,n-1},i∈{0,1,...,k})，交换机编码s为s＝<l,sk-1···s1s0〉，(sj∈{0,1,...,n-1},j∈{0,1,...,k},且l∈{0,1,...,k})。这样就以递归的形式对本发明技术方案所针对的对象进行了形式化定义。

为使上述形式化定义更加便于理解，下面以图2所示的bcube(4,1)数据中心进行说明，在此数据中心中换机的端口数n＝4,数据中心的维度k为1，形式上来说，由n＝4个bcube(4,0)数据中心组成。在bcube(4,1)网络中，服务器与服务器之间的通讯是建立在通过交换机进行间接连接的基础上的，服务器与服务器之间不存在直接联系的关系。

更普遍意义上，bcube(n,k)数据中心中服务器编码a为a＝akak-1···a1a0，(ai∈{0,1,...,n-1},i∈{0,1,...,k})，交换机编码s为s＝〈l,sk-1···s1s0〉，(sj∈{0,1,...,n-1},j∈{0,1,...,k},且l∈{0,1,...,k})。

本实施例提供一种云计算数据中心中针对bcube网络的副本管理方法，应用于副本的存放、还原、服务器数量变化及模块化管理四种场景的应对策略中。

内容1：在创建bcube(n,k)数据中心时副本的存放

采用服务器之间顺序循环备份的方法对服务器中储存的数据做备份处理，当每一个bcube网络下的交换机所连接的服务器数量相同时，将服务器中的副本在下一台间接连接的服务器上重复存放，这台目的服务器可以是在大一个维度的bcube网络下同一台交换机所连接的服务器中下一台服务器，以此类推，当同一台交换机连接的最后一台服务器则备份到第一台服务器中，顺序循环备份，仅做备份保存，在服务器运行时只需读取一个副本，而不是两个相同的副本同时运行浪费能耗。

更具体的，本实施例提出bcube(n,k)中连接交换机sl,s＝〈l,s＝sk-1···s1s0〉的服务器a＝akak-1···a1a0的副本ca,s可以表示为

举例说明，在给定的如图3中的一个bcube(4,1)网络(n＝4,k＝1)。交换机〈1,0〉连接的服务器可以表示为00、10、20、30。那么副本存放方式为：00服务器的副本备份到10服务器，10服务器的副本备份到20服务器，20服务器的副本备份到30服务器，而最后一台30服务器的副本则备份到第一台00服务器中，将维度为k的bcube(n,k)网络划分为多个如图3中的bcube(4,1)网络，以此类推。如下表示：

当s＝〈1,0>时，

c00＝[10,<1,0>]

c10＝[20,<1,0>]

c20＝[30,<1,0>]

c30＝[00,<1,0>]

副本备份的路径应如下图3a-图3d中箭头所表示。

内容2：bcube(n,k)数据中心中损坏服务器的副本还原

当某个服务器发生故障损毁时，只需将新的服务器替换掉已损毁的服务器，再将其对应的副本复制出来，即可恢复，且数据不受损失。数据读取应该在大一个维度的交换机连接的下一台服务器中，若是大一个维度的交换机连接的最后一台服务器，则读取到交换机连接的第一台服务器。因为副本已完成备份，直接读取备份副本，副本的读取同样需满足公式1约束。

若服务器不是完整的损毁，只是部件的故障，由于现在大多数服务器都采用了热插拔的形式，在不影响副本的情况下只需更换损坏的零部件即可。

本实施例提出bcube(n,k)中连接交换机sl,s＝<l,s＝sk-1···s1s0〉的损坏服务器a＝akak-1···a1a0的副本的读取目录ca,s可以用公式1表示。

内容3：数据中心中增加、减少服务器时副本备份。

当数据中心网络中需要增加服务器时，在服务器本身的副本摆放完成之后，若每个交换机下都各增加一台服务器且服务器摆放的位置仅仅是在原有顺序上依次向后摆放一位，那么这台新增的服务器需将大一个维度的交换机连接的前一台中备份的第一台服务器的副本迁移至自己身上来，且将自己的副本备份在前一台服务器中。即摆放的顺序同样满足公式1条件；若仅在某个交换机连接下增加服务器，则在下一个bcube网络中将新增服务器的副本按照顺序依次从第一台服务器开始备份。

若新增的服务器不是在原有顺序基础上依次添加，而是添加在了原有顺序中的随机一位，那么其所在交换机连接的服务器中副本备份仍然需要满足如上条件。

当数据中心中需要减少服务器时，首先需要判断服务器上存放的副本数据是否需要保留，若需要保留，可不删除在前一台服务器节点上的备份的副本；若数据无需保存，首先通讯到前一台对应的服务器节点上备份了本身服务器副本的服务器，将备份的副本迁移出来，可节约储存空间。一般情况下，我们都考虑到副本需要保留的情况。然后再判断本身服务器是否备份了其他服务器的副本，若存在备份了其他的服务器的副本，应将备份的副本发送至下一个bcube网络中的交换机连接的前一台服务器节点中对的不同于副本本身存在的服务器副本中，之后才可以移除需要减少的服务器，防止数据损失。即满足公式1条件。

内容四：模块化管理

针对业界常用的“模块化管理”方法，所以这里备份的区间仅限于多台交换机所连接的服务器之间，这样当云计算服务提供商需要更换设备时，可以便于进行“模块化”迁移。模块化的备份管理类似于前文内容1所提到的服务器之间的顺序循环备份，一台交换机包含其所连接的服务器都将备份在其所在的bcube网络中的下一台交换机及下一台交换机所连接的服务器中，依次往后备份，最后一台交换机及其所连接的主机备份在第一台交换机及第一台交换机所连接的服务器中，像这样称之为顺序循环备份。

这样的副本备份存放方式称为“新型高效副本管理策略”，是针对副本的“新型高效规律循环备份策略”，降低副本丢失或损毁的概率，大大延长了副本生存周期，且有效的进行对副本的备份和节约服务器的存储空间，针对副本的备份及摆放的新型策略能够有效的减少云计算服务商针对副本备份投入的人力资源和成本，减少云计算服务商的成本压力，进一步提升企业的效率和利益。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明保护范围。