虛擬磁帶設備的數據備份方法與還原方法
2023-06-11 10:04:16 1
專利名稱：虛擬磁帶設備的數據備份方法與還原方法
技術領域：
本發明涉及一種數據備份方法與還原方法，特別涉及一種虛擬磁帶設備的數據備份方法與還原方法。
背景技術：
隨著信息化建設的發展，數據的安全性變得越來越重要。為了保證數據的安全，存儲備份設備的使用必不可少。對於海量信息的存儲、處理對以往的計算機技術形成了很大的挑戰，也形成了一個巨大的產業。對於存儲領域來說，個人計算機用的存儲硬體已經遠遠不能適應消費者的需要。當數據備份的重要性越來越被更多的用戶所認識時，隨即，個人存儲市場出現了許多新技術和產品。作為一種安全的、可靠的、易使用和有效投資的備份辦法就是利用磁帶(Tape)備份，理所當然成為用戶關注的焦點。磁帶機(Tape Driver)是一種經濟、可靠、容量大、速度快的備份設備。但現有的磁帶機通常數據檢索速度緩慢，在數據恢復時，經常會由於不能及時檢索到需要恢復的數據而造成不必要的時間損失，並且低檔磁帶機一般不具備自動換帶的功能。當進行大數據量備份時，因管理員不知道是否需要換磁帶、什麼時間換磁帶，而長時間的等待，造成了備份操作的極大不便。而有些企業因為稽核以及法規的需要，規定必須將數據以磁帶方式異地歸檔封存，再加上原本磁帶機櫃的投資龐大，不可能全部轉換為磁碟儲存。所以很多大型企業中仍延續著使用磁帶設備。磁帶設備由於其循序存取的特性，所以在備份與復原上比不上磁碟來的快速。再加上磁碟系統的價格逐漸降低，所以磁碟也變成了主流。因此為能達到磁帶備份的目的，所以就有廠商提出以磁碟系統的方式模擬磁帶備份的處理。這樣的技術被稱為虛擬磁帶庫(Virtual Tape Library, VTL)。VTL是將磁碟虛擬成磁帶庫，使備份伺服器把磁碟作為磁帶庫對待，從而實現在備份作業中用磁碟代替磁帶來存儲數據的目的。VTL具備多項優勢，如性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低以及運營成本低等，受到各行業用戶的青睞。同時，VTL也可以和現有磁帶庫集成，提高數據保護的整體安全性和性能，降低數據保護成本。VTL相較於其它系統而言，與真實的物理磁帶設備的存儲目的一樣。但也因為虛擬磁帶依照傳統磁帶的循序寫入的方式，因此虛擬磁帶在進行數據備份時也會耗費大量的存儲空間。
發明內容
鑑於以上的問題，本發明的目的在於提供一種虛擬磁帶設備的數據備份方法，其是應用於虛擬磁帶設備在進行數據備份時的寫入位置處理。本發明所揭露的虛擬磁帶設備的數據備份方法包括以下步驟:在虛擬磁帶設備存放數據文件的空間外另設置增量存儲空間，並將增量存儲空間劃分為至少一切分數據區域，而切分數據區域的總容量等於數據文件的總量；由虛擬磁帶設備產生文件映射表，用以記錄切分數據區域的存取狀態；由來源端向虛擬磁帶設備發出修改數據文件的處理要求；虛擬磁帶設備根據處理要求與文件映射表判斷對應的切分數據區域，虛擬磁帶設備將數據文件的修改部分寫入對應位置的切分數據區域中，同時更新文件映射表的存取狀態。本發明另提出一種虛擬磁帶設備的數據還原方法包括以下步驟:虛擬磁帶設備接收來自來源端的數據還原要求；虛擬磁帶設備將所儲存的數據文件回滾(roll back)給來源端；在虛擬磁帶設備完成後，虛擬磁帶設備將切分數據區域寫至來源端的數據文件的對應位置。本發明的虛擬磁帶設備的數據備份方法與還原方法可以減少每次備份時對於重複數據的紀錄，藉以提高存儲空間的使用量。以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
圖1為本發明的整體架構架構示意圖；圖2為本發明的運作流程示意圖；圖3為本發明的數據備份文件的儲存架構方框圖；圖4為本發明的文件頭結構示意圖；圖5為本發明的位映像結構示意圖；圖6為本發明的產生文件映像表流程示意圖；圖7為本發明的數據文件回復處理流程示意圖。其中，附圖標記虛擬磁帶設備100數據存取接口 110處理單元120儲存單元130數據備份程序131數據還原程序132數據備份文件133文件映射表134切分數據塊135來源端200文件頭310時間戳記311虛擬磁帶編號312磁帶盒編號313檢查碼314位映像結構32O區塊定位表330
具體實施例方式本發明用於虛擬磁帶設備的數據備份，而虛擬磁帶設備中所使用的磁碟種類可以根據使用者的環境進行相應的變更。因此在本發明中是針對虛擬磁帶設備的數據備份進行說明，並不對所採用的磁碟種類進行解釋。請參考圖1所示，其為本發明的整體架構架構示意圖。本發明包括:虛擬磁帶設備100與來源端200。虛擬磁帶設備100還包括數據存取接口 110、處理單元120與儲存單元130。虛擬磁帶設備100通過數據存取接口 110連接來源端200。數據存取接口 110可以是但不限定為網路(network)、光纖(Fibre)、串行 ATA(Serial Advanced TechnologyAttachment, SATA)、串行 SCSI (SerialAttached SCSI，SAS)或 IEEE 1394。處理單元 120電性連接數據存取接口 110與儲存單元130。處理單元120運行儲存單元130中的數據備份程序131與數據還原程序132。儲存單元130除了儲存有數據備份程序131與數據還原程序132外，還記錄了在不同時間點上的數據備份文件133、文件映射表134與至少一切分數據塊135。請參考圖2所示，其為本發明的運作流程示意圖。本發明的數據備份包括以下步驟:步驟S210:將來源端的數據文件備份至虛擬磁帶設備中；步驟S220:在虛擬磁帶設備存放數據文件的空間外另設置增量存儲空間，並將增量存儲空間劃分為至少一切分數據塊，而切分數據塊的總容量等於數據文件的總量；步驟S230:由虛擬磁帶設備產生文件映射表，用以記錄切分數據塊的存取狀態；步驟S240:由來源端向虛擬磁帶設備發出修改數據文件的處理要求；以及步驟S250:虛擬磁帶設備根據處理要求與文件映射表判斷對應的切分數據塊，虛擬磁帶設備將數據文件的修改部分寫入對應位置的切分數據塊中，同時更新文件映射表的存取狀態。首先，來源端200會對虛擬磁帶設備100進行初始化要求，藉以清空虛擬磁帶設備100。接著，來源端200向虛擬磁帶設備100發出備份數據的要求，用以備份來源端200的所有數據。當虛擬磁帶設備100完成此一數據備份文件133時，虛擬磁帶設備100也會根據數據備份文件133產生相應的一文件映射表134。請參考圖3所示，其為本發明的數據備份文件的儲存架構方框圖。文件映射表134用以紀錄數據備份文件133的儲存結構，文件映射表134包括文件頭310、位映像結構320 (Bitmap)與區塊定位表330 (Block AllocationTable，簡稱 BAT)。而文件頭310更包括如圖4所示:時間戳記311 (Time Stamp)、虛擬磁帶編號312 (Virtual bar)、磁帶盒編號313與檢查碼314。時間戳記311用以紀錄文件映射表134的最後的異動時間。虛擬磁帶編號312與磁帶盒編號313是根據實體磁帶設備所對應設置，讓使用者在操作虛擬磁帶設備100時也可以與實體磁帶設備有相同的操作方式。虛擬磁帶編號312用以確定儲存設備的位置編號，舉例來說，虛擬磁帶設備100可以劃分為64組虛擬磁帶，而每一組虛擬磁帶都會被賦予唯一的虛擬磁帶編號312。檢查碼314是用以對數據備份後根據特定的檢錯算法所產生的。當數據回復時，虛擬磁帶設備100可以根據檢查碼314檢測所讀出的數據是否有誤。以上步驟都是虛擬磁帶設備100對數據文件進行備份所產生的。當虛擬磁帶備份完成來源端200的數據備份文件133後且來源端200中的數據文件有異動時，虛擬磁帶設備100會通過文件映射表134找出欲異動的部分數據文件。由於數據文件在備份至虛擬磁帶設備100時會切割為多個連續的區段。而這些區段會對應的紀錄在位映像結構320之中。為能將異動的部分正確的指向切分數據塊135，因此虛擬磁帶設備100會通過位映像結構320紀錄欲異動的切分數據塊135。而位映像結構320紀錄相應的切分數據塊135是否有部分數據文件異動。為方便說明請配合圖5的位映像結構示意圖。在圖5中的位映像結構320可由4KBytes的內存空間劃分為若干個索引塊，在圖5中是以4096個索引塊作為示意但並不限於此。接著將4096個索引塊對應到數據文件。換言之，數據文件會被劃分為4096個區塊，在此將數據文件的對應區塊定義為文件對應塊。當數據文件產生異動時，虛擬磁帶設備100會根據文件對應塊，並將異動的位置記錄在位映像結構320之中。在圖5中為方便閱讀，所以將異動的數據部分以『籲』作為表示。在位映像結構320記錄異動的文件對應塊後，虛擬磁帶設備100會通過區塊定位表330將實際異動的數據記錄起來。在前文中提到已經備份的數據文件如果有新的異動時，本發明的虛擬磁帶設備100不會直接對整體數據文件進行備份。本發明的虛擬磁帶設備100會將異動的部分登記在位映像結構320中。接著，本發明的虛擬磁帶設備100會將實際異動的數據部分記錄在區塊定位表330之中。將數據異動的部分通過類似指針(point)的方式記錄在位映像結構320中，再將實際異動的數據記錄在區塊定位表330。在圖5的位映像結構320的編號3有數據異動。因此在區塊定位表330中就會劃分相對應的空間，並且記錄編號3有進行異動。所以區塊定位表330僅需要記錄有異動的部分，這樣的處理方式可以降低數據存 儲的空間。本發明的數據備份處理還可以有以下的變化態樣，在產生文件映射表134的步驟後還包括，請同時配合圖6所示:步驟S231:判斷虛擬磁帶設備產生文件映射表後是否經過間隔時間；步驟S232:若文件映射表超過間隔時間，則產生新的文件映射表；以及步驟S233:若文件映射表未超過間隔時間，則執行步驟S240。一般而言，為能保存數據文件的完整性，所以多會採取即時備份或定時備份。即時備份的方式是數據文件有異動時就立刻進行數據備份。而定時備份則是每經過間隔時間後，虛擬磁帶設備100就會進行數據文件的備份處理。本發明除了對數據文件進行備份外，還更包括數據文件的回覆處理。請參考圖7所示，其為本發明的數據文件回復處理:步驟S710:虛擬磁帶設備接收來自來源端的數據還原要求；步驟S720:虛擬磁帶設備將所儲存的數據文件回滾給來源端；以及步驟S730:在虛擬磁帶設備完成後，虛擬磁帶設備將切分數據塊寫至來源端的數據文件的對應位置。首先，由虛擬磁帶設備100接收來自來源端200的數據還原要求。虛擬磁帶設備100根據數據還原要求找到相應的還原時間點。如前文所述，虛擬磁帶設備100在不同時間點時會進行數據備份的處理。所以來源端200欲進行備份時會向虛擬磁帶設備100提出欲進行還原的時間點的數據還原要求。接著，虛擬磁帶設備100將所儲存的數據文件回滾(roll back)給來源端200。在虛擬磁帶設備100完成後，虛擬磁帶設備100將切分數據塊135寫至來源端200的數據文件的對應位置。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，將一數據文件備份至該虛擬磁帶設備後，對於該數據文件進行異動時的數據備份處理，該數據備份方法包括以下步驟: 在該虛擬磁帶設備存放該數據文件的空間外另設置一增量存儲空間，並將該增量存儲空間劃分為至少一切分數據塊，而該些切分數據塊的總容量等於該些數據文件的總量； 由該虛擬磁帶設備產生一文件映射表，用以記錄該些切分數據塊的存取狀態； 由一來源端向該虛擬磁帶設備發出修改該數據文件的一處理要求；以及 該虛擬磁帶設備根據該處理要求與該文件映射表判斷對應的該切分數據塊，該虛擬磁帶設備將該數據文件的修改部分寫入對應位置的該切分數據塊中，同時更新該文件映射表的存取狀態。
2.如權利要求1所述的虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，該文件映射表至少包括一文件頭、一位映像結構與一區塊定位表。
3.如權利要求2所述的虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，該文件頭至少包括一時間戳記、一虛擬磁帶編號、一磁帶盒編號與一檢查碼。
4.如權利要求2所述的虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，該位映像結構用以紀錄每一該切分數據塊是否有部分該數據文件異動。
5.如權利要求2所述的虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，該區塊定位表紀錄每一該切分數據塊的部分該數據文件的一偏移量。
6.如權利要求1所述的虛擬磁帶設備的數據備份方法，其特徵在於，在產生該文件映射表的步驟後還包括: 判斷該虛擬磁帶設備產生該文件映射表後是否經過一間隔時間；以及 若該文件映射表超過該間隔時間，則產生新的該文件映射表。
7.一種應用權利要求1的數據還原方法，其特徵在於，該數據還原方法包括以下步驟: 該虛擬磁帶設備接收來自該來源端的一數據還原要求； 該虛擬磁帶設備將所儲存的該數據文件回滾給該來源端；以及 在該虛擬磁帶設備完成後，該虛擬磁帶設備將該些切分數據塊寫至該來源端的該數據文件的對應位置。
8.如權利要求7所述的虛擬磁帶設備的數據還原方法，其特徵在於，在回滾該數據文件時還包括: 該來源端向該虛擬磁帶設備取得一備份時間點，該備份時間點用以紀錄不同時間點時該虛擬磁帶設備所建立的該文件映射表。
全文摘要
一種虛擬磁帶設備的數據備份方法與還原方法，應用在數據文件備份至虛擬磁帶設備後，若數據文件進行異動時的數據備份處理。數據備份方法包括在虛擬磁帶設備存放數據文件的空間外另設置增量存儲空間，將增量存儲空間劃分為切分數據區域，切分數據區域的總容量等於數據文件的總量。虛擬磁帶設備產生文件映射表，記錄切分數據區域的存取狀態。來源端向虛擬磁帶設備發出修改數據文件的處理要求。虛擬磁帶設備根據處理要求與文件映射表判斷對應的切分數據區域，虛擬磁帶設備將數據文件的修改部分寫入對應位置的切分數據區域中。
文檔編號G06F11/14GK103186433SQ20111045583
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者陳鵬, 陳志豐 申請人:英業達股份有限公司