数据备份系统的空间效率与恢复性能优化研究

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数据备份是当今企业实行数据保护和存储管理的主要途径,然而数据备份系统中存在大量的冗余数据。重复数据删除技术现已广泛应用于数据备份系统来识别和消除冗余数据,从而加速系统中的备份流程并减少存储开销。为了保证数据流的空间局部性,重复数据删除将多个数据块组织到固定大小的容器中,作为系统中的存储单元。备份流中的小文件生成的小数据块产生大量元数据导致容器的数据区域无法被填满,这会降低存储空间效率并加剧恢复性能的下降。现有方案通过重写碎片块来提升系统的恢复性能,但是重写过程中存在的大量重复计算导致了不必要的时间开销。
  针对存储空间效率低的问题,提出了元数据区域自适应的容器结构(Metadata-region Adaptive Container Structure, MACS),MACS中新增了一个长度标记来记录当前容器中元数据区域的长度,并动态划分元数据区域与数据区域的边界,保证了容器空间效率的最大化。设计了容器元数据长度索引与基于元数据长度的缓存替换策略,以保证MACS在数据备份系统中的适配性。为了高效地识别数据碎片,提出了一种基于滑动窗口的快速重写方法(Fast Sliding Window-based rewrite approach, FSW)。FSW采用元数据块维护在重写过程中生成的容器引用计数,从而避免窗口中数据块的重复遍历,减轻重写对重复数据删除速度的影响。
  实验结果表明,FSW的重写识别速率高于现有的基于滑动窗口的重写方法。MACS的容器装载率显著高于传统容器结构,且随着数据分块期望块长的增大,它对空间效率提升效果越明显。同时,MACS能够取得更好恢复性能。将MACS与FSW结合使用时,它在去重率和恢复性能之间能够取得较好的折衷。
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