rsync原理

简介

Rsync(remote synchronize)是一个远程数据同步工具,可通过LAN/WAN快速同步多台主机间的文件。Rsync使用所谓的“Rsync算法”来使本地和远程两个主机之间的文件达到同步,这个算法只传送两个文件的不同部分,而不是每次都整份传送,因此速度相当快。 

特点

1)可以镜像保存整个目录树和文件系统; 

2)可以很容易做到保持原来文件的权限、时间、软硬链接等; 

3)无须特殊权限即可安装; 

4)优化的流程,文件传输效率高; 

5)可以使用rsh、ssh等方式来传输文件,当然也可以通过直接的socket连接; 

6)支持匿名传输。

Rsync同步算法

rsync的算法如下:(假设我们同步源文件名为fileSrc,同步目的文件叫fileDst)

1、首先,我们会把fileDst的文件平均切分成若干个小块,比如每块512个字节(最后一块会小于这个数),然后对每块计算两个checksum,一个叫rolling checksum,是弱checksum,32位的checksum,其使用的是Mark Adler发明的adler-32算法,另一个是强checksum,128位的,以前用md4,现在用md5 hash算法。

为什么要这样?因为若干年前的硬件上跑md4的算法太慢了,所以,我们需要一个快算法来鉴别文件块的不同,但是弱的adler32算法碰撞概率太高了,所以我们还要引入强的checksum算法。

2、CheckSum算法

同步目标端会把fileDst的一个checksum列表传给同步源,这个列表里包括了三个东西:rolling checksum(32bits),md5 checksume(128bits),文件块编号。

我估计你猜到了同步源机器拿到了这个列表后,会对fileSrc做同样的checksum,然后和fileDst的checksum做对比,这样就知道哪些文件块改变了。

但是,聪明的你一定会有以下两个疑问:

如果我fileSrc这边在文件中间加了一个字符,这样后面的文件块就完全和fileDst这边的不一样了,但理论上来说,我只需要传一个字符就好了。

如果这个checksum列表特别长,而我的两边的相同的文件块可能并不是一样的顺序,那就需要查找,线性的查找起来应该特别慢吧。

很好,让我们来看一下同步源端的算法。

3、checksum查找算法

同步源端拿到fileDst的checksum数组后,会把这个数据存到一个 hash table中,用rolling checksum做hash,以便获得O(1)时间复杂度的查找性能。

这个hash table是16bits的,所以,hash table的尺寸是2的16次方,对rolling checksum的hash会被散列到0 – 2^16 – 1中的某个值。

(对于hash table,如果你不清楚,请回去看你大学时的数据结构那本教科书)

顺便说一下,我在网上看到很多文章说,“要对rolling checksum做排序”,这两篇文章都引用并翻译了原版的这篇文章,

但是他们都理解错了,不是排序,就是把fileDst的checksum数据,按rolling checksum做存到2^16的hash table中,当然会发生碰撞,把碰撞的做成一个链接就好了。这就是原文中所说的第二步。

4、比对算法

这是最关键的算法,细节如下:

4.1)取fileSrc的第一个文件块(我们假设的是512个长度),也就是从fileSrc的第1个字节到第512个字节,取出来后做rolling checksum计算。

计算好的值到hash表中查。

4.2)如果查到了,说明发现在fileDst中有潜在相同的文件块,于是就再比较 md5的checksum,因为rolling checksume太弱了,可能发生碰撞。

于是还要算md5的128bits的checksum,这样一来,我们就有 2^-(32+128) = 2^-160的概率发生碰撞,这太小了可以忽略。

如果rolling checksum和md5 checksum都相同,这说明在fileDst中有相同的块,我们需要记下这一块在fileDst下的文件编号。

4.3)如果fileSrc的rolling checksum 没有在hash table中找到,那就不用算md5 checksum了。表示这一块中有不同的信息。总之,只要rolling checksum 或 md5 checksum 其中有一个在fileDst的checksum hash表中找不到匹配项,那么就会触发算法对fileSrc的rolling动作。于是,算法会住后step 1个字节,取fileSrc中字节2-513的文件块要做checksum,Go to (4.1) - 现在你明白什么叫rolling checksum了吧。

4.4)这样,我们就可以找出fileSrc相邻两次匹配中的那些文本字符,这些就是我们要往同步目标端传的文件内容了。

图示

怎么,你没看懂? 好吧,我送佛送上西,画个图给你看看。

这样,最终,在同步源这端,我们的rsync算法可能会得到下面这个样子的一个数据数组,图中,红色块表示在目标端已匹配上,不用传输

(注:我专门在其中显示了两块chunk #5),而白色的地方就是需要传输的内容(注意:这些白色的块是不定长的),这样,同步源这端

把这个数组(白色的就是实际内容,红色的就放一个标号)压缩传到目的端,在目的端的rsync会根据这个表重新生成文件,这样,同步完成。

最后想说一下,对于某些压缩文件使用rsync传输可能会传得更多,因为被压缩后的文件可能会非常的不同。对此,对于gzip和bzip2这样的命令,

记得开启 “rsyncalbe” 模式。

Rsync命令语法:
rsync [OPTION]... SRC DEST 
rsync [OPTION]... SRC [USER@]host:DEST 
rsync [OPTION]... [USER@]HOST:SRC DEST 
rsync [OPTION]... [USER@]HOST::SRC DEST 
rsync [OPTION]... SRC [USER@]HOST::DEST 
rsync [OPTION]... 
rsync://[USER@]HOST[:PORT]/SRC [DEST]

语法如上,解析:

-v, --verbose 详细模式输出。
-q, --quiet 精简输出模式。
-c, --checksum 打开校验开关,强制对文件传输进行校验。
-a, --archive 归档模式,表示以递归方式传输文件,并保持所有文件属性,等于-rlptgoD。
-r, --recursive 对子目录以递归模式处理。
-R, --relative 使用相对路径信息。
-b, --backup 创建备份,也就是对于目的已经存在有同样的文件名时,将老的文件重新命名为~filename。可以使用--suffix选项来指定不同的备份文件前缀。
--backup-dir 将备份文件(如~filename)存放在在目录下。
-suffix=SUFFIX 定义备份文件前缀。
-u, --update 仅仅进行更新,也就是跳过所有已经存在于DST,并且文件时间晚于要备份的文件,不覆盖更新的文件。
-l, --links 保留软链结。
-L, --copy-links 想对待常规文件一样处理软链结。
--copy-unsafe-links 仅仅拷贝指向SRC路径目录树以外的链结。
--safe-links 忽略指向SRC路径目录树以外的链结。
-H, --hard-links 保留硬链结。
-p, --perms 保持文件权限。
-o, --owner 保持文件属主信息。
-g, --group 保持文件属组信息。
-D, --devices 保持设备文件信息。
-t, --times 保持文件时间信息。
-S, --sparse 对稀疏文件进行特殊处理以节省DST的空间。
-n, --dry-run现实哪些文件将被传输。
-w, --whole-file 拷贝文件,不进行增量检测。
-x, --one-file-system 不要跨越文件系统边界。
-B, --block-size=SIZE 检验算法使用的块尺寸,默认是700字节。
-e, --rsh=command 指定使用rsh、ssh方式进行数据同步。
--rsync-path=PATH 指定远程服务器上的rsync命令所在路径信息。
-C, --cvs-exclude 使用和CVS一样的方法自动忽略文件,用来排除那些不希望传输的文件。
--existing 仅仅更新那些已经存在于DST的文件,而不备份那些新创建的文件。
--delete 删除那些DST中SRC没有的文件。
--delete-excluded 同样删除接收端那些被该选项指定排除的文件。
--delete-after 传输结束以后再删除。
--ignore-errors 及时出现IO错误也进行删除。
--max-delete=NUM 最多删除NUM个文件。
--partial 保留那些因故没有完全传输的文件,以是加快随后的再次传输。
--force 强制删除目录,即使不为空。
--numeric-ids 不将数字的用户和组id匹配为用户名和组名。
--timeout=time ip超时时间,单位为秒。
-I, --ignore-times 不跳过那些有同样的时间和长度的文件。
--size-only 当决定是否要备份文件时,仅仅察看文件大小而不考虑文件时间。
--modify-window=NUM 决定文件是否时间相同时使用的时间戳窗口,默认为0。
-T --temp-dir=DIR 在DIR中创建临时文件。
--compare-dest=DIR 同样比较DIR中的文件来决定是否需要备份。
-P 等同于 --partial。
--progress 显示备份过程。
-z, --compress 对备份的文件在传输时进行压缩处理。
--exclude=PATTERN 指定排除不需要传输的文件模式。
--include=PATTERN 指定不排除而需要传输的文件模式。
--exclude-from=FILE 排除FILE中指定模式的文件。
--include-from=FILE 不排除FILE指定模式匹配的文件。
--version 打印版本信息。
--address 绑定到特定的地址。
--config=FILE 指定其他的配置文件,不使用默认的rsyncd.conf文件。
--port=PORT 指定其他的rsync服务端口。
--blocking-io 对远程shell使用阻塞IO。
-stats 给出某些文件的传输状态。
--progress 在传输时现实传输过程。
--log-format=formAT 指定日志文件格式。
--password-file=FILE 从FILE中得到密码。
--bwlimit=KBPS 限制I/O带宽,KBytes per second。
-h, --help 显示帮助信息。

转自:rsync原理_rsync 原理_缘来侍你的博客-CSDN博客

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