虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法
2023-05-30 17:09:41
專利名稱：虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種實現中間存儲系統及其方法，特別是指一種虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法。
背景技術：
隨著信息化建設的縱深發展，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，PC機本身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——磁帶備份，理所當然成為用戶關注的焦點。
磁帶機是一種經濟、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，並且低文件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，特別是網絡備份時，如果網絡速度小於備份速度時，更會造成磁帶空間的浪費。一些中間存儲設備雖然能夠提高數據檢索速度，但由於中間存儲設備的數據都是以原始數據格式存放的，因此給數據備份造成了不便，同時也增加了數據管理的複雜度。具有自動換帶功能的高速磁帶機雖然可以解決換帶的人工操作困難，但其並沒有根本解決數據檢索速度的問題，在網絡備份時同樣會因為網絡速度而造成磁帶空間的浪費。而且中間存儲設備與自動換帶功能的高速磁帶機的共同特點就是價格昂貴，不適於中小企業的應用。
因此如何提供一種適合中小型企業使用的磁帶機功能，在不需要手動換帶的同時，充分利用磁帶空間，提高數據的檢索速度，是當今磁帶存儲設備中的急待解決的問題。
發明內容
有鑑於此，本發明為解決上述問題而提供一種虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及方法，主要目的是在充分利用磁帶空間的同時，提高數據的檢索速度，從而方便數據備份的操作。
所以為達到上述目的，本發明提供一種虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到該大容量隨機存儲設備中，其中包括一用戶界面模塊，其用以提供真實磁帶機的界面並接收用戶數據，用戶可根據該真實磁帶機提供的該數據格式，設定磁帶型號以及數據容量，同時該用戶界面模塊接收用戶輸入的控制指令；一鏡像模塊，用以根據該磁帶型號、數據容量以及該用戶數據，創建相應的磁帶鏡像文件；一存儲模塊，用以將該鏡像文件存儲於該大容量隨機存儲設備中；以及一管理模塊，與該存儲模塊相連，用以根據用戶輸入的該控制指令，執行相應的操作。
另外，本發明進而提供一種虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到大容量隨機存儲設備中，首先設定虛擬磁帶機的磁帶型號及數據容量，然後接收用戶數據，根據該型號、數據容量以及該用戶數據創建磁帶鏡像文件，再將磁帶鏡像文件存儲到大容量隨機存儲設備中。
根據本發明所提供虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法，不僅能夠解決數據備份時備份空間不足的問題，同時提高數據的檢索速度。參照真實磁帶機設計的用戶界面和數據訪問方式，實現了真實磁帶機的基本功能。當需要把磁帶鏡像中的數據備份到真實磁帶機或從真實磁帶機將數據恢復為磁帶鏡像時，因為數據格式是相同的，能夠使磁帶達到最佳數據存儲，避免數據空間的浪費。並且能夠根據磁帶的寫入時間準確的知道完成備份的時間，免去人工值守的麻煩。
有關本發明的詳細內容及技術，現就配合
如下。
圖1是本發明所提供的虛擬磁帶機實現中間存儲系統的模塊結構圖；
圖2是本發明實施例的模塊結構圖；圖3是本發明所提供的虛擬磁帶機實現中間存儲方法的操作流程圖；圖4a～圖4c是本發明實施例的界面示意圖；圖5是本發明實施例的數據備份流程圖；圖6是本發明實施例的創建磁帶鏡像的流程圖；圖7是本發明實施例將磁帶鏡像備份到真實磁帶機的流程圖；圖8是本發明實施例的讀取真實磁帶製作磁帶鏡像的流程圖；圖9是本發明實施例的數據檢索的流程圖；及圖10是本發明實施例的數據恢復的流程圖。
其中，附圖標記說明如下100 虛擬磁帶機實現中間存儲的系統110 用戶界面模塊120 鏡像模塊130 存儲模塊140 管理模塊141 檢索單元142 數據恢復單元步驟310設定虛擬磁帶機的磁帶型號及數據容量步驟320接收用戶數據步驟330根據型號、數據容量以及用戶數據創建磁帶鏡像文件步驟340存儲磁帶鏡像文件到大容量隨機存儲設備中步驟510接收用戶數據步驟520將數據轉換為磁帶鏡像格式步驟530將磁帶鏡像格式的數據寫入磁帶鏡像步驟540磁帶鏡像是否數據滿步驟550創建新的磁帶鏡像步驟560數據寫入結束步驟610檢測存儲設備剩餘空間步驟620有足夠的剩餘空間？步驟630寫入磁帶鏡像標記數據步驟640分配磁帶鏡像數據索引空間步驟710創建新的磁帶鏡像，並寫入索引數據及磁帶標識步驟720將磁帶鏡像數據寫入真實磁帶步驟730數據寫入結束步驟810創建新的磁帶鏡像步驟820讀取真實磁帶數據步驟830數據寫入到磁帶鏡像步驟840數據索引寫入到磁帶鏡像步驟910用戶界面接收檢索指令步驟920將檢索操作轉為數據操作步驟930讀取磁帶鏡像索引，改變數據偏移步驟1010讀取虛擬磁帶機備份數據步驟1020將數據讀取請求轉換為磁帶鏡像讀取步驟1030磁帶鏡像數據是否保存在磁帶？步驟1040提示在磁帶機中插入指定磁帶步驟1050磁帶標識是否與在磁帶鏡像記錄的標識相同？步驟1060提示是否將磁帶數據恢復到隨機存儲設備步驟1070是否將磁帶數據恢復到隨機存儲設備？步驟1080恢復磁帶數據到隨機存儲設備中的磁帶鏡像步驟1090直接讀取磁帶數據步驟1100讀取磁帶鏡像中的數據步驟1110數據讀取結束具體實施方式
本發明的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法，可做為一個單獨的組件集成於NAS(Network Attached Storage-網絡連接存儲)系統中，NAS產品包括內存件(例如硬碟驅動器數組、CD或DVD驅動器、磁帶驅動器或可移動的存儲介質)和集成在一起的簡易伺服器，可用於實現涉及文件存取及管理的所有功能。本發明可利用NAS系統中的磁碟、光碟等隨機存儲設備作為數據存儲介質。
請參見圖1，該圖是本發明所提供的虛擬磁帶機實現中間存儲系統的模塊結構圖，本發明根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到該大容量隨機存儲設備中，包括用戶界面模塊110，鏡像模塊120，存儲模塊130，以及管理模塊140，詳細說明如下(1)用戶界面模塊110，其用以提供真實磁帶機的界面並接收用戶數據，用戶可根據該真實磁帶機提供的該數據格式，設定磁帶型號以及數據容量，同時該用戶界面模塊接收用戶輸入的控制指令，控制指令包括備份、檢索、數據恢復、快進、快退等。
(2)鏡像模塊120，用以根據該磁帶型號、數據容量以及該用戶數據，創建相應的磁帶鏡像文件。本模塊接收到用戶界面模塊110傳送的數據後，按照設定的磁帶型號及數據容量將數據轉換為磁帶鏡像存儲於大容量隨機存儲設備中。其中磁帶鏡像文件根據其是否包含有用戶數據還可進一步分為標準磁帶鏡像文件和虛擬磁帶鏡像文件。標準磁帶鏡像文件中的用戶數據存儲在大容量隨機存儲設備中，虛擬磁帶鏡像文件中的用戶數據存儲於真實磁帶中。
其中標準磁帶鏡像的數據格式如下表所示
標準磁帶鏡像包括標記數據、數據索引以及磁帶數據區三個部分，主要包含以下信息標記數據UUID標識磁帶鏡像的唯一標誌碼；磁帶規格用戶設定的磁帶規格磁帶容量記錄在系統中的磁帶容量當前磁頭位置記錄在系統中的虛擬磁頭所在的位置時間創建/修改等時間。
數據索引數據索引包含每一次備份的數據索引信息。
UUID標識本次備份的唯一標誌碼；數據起始位置數據開始位置。
數據大小記錄在系統中的已備份數據大小。
備份時間記錄在系統中的進行數據備份的時間備份主題用戶輸入的記錄標記。
磁帶數據區存儲備份的真實數據，與真實磁帶數據格式相同。
虛擬磁帶鏡像的數據格式如下表所示
虛擬磁帶鏡像包括標記數據和數據索引兩個部分，其中標記數據與數據索引所包含的信息與上述標準磁帶鏡像相同，不同的該鏡像不包含存儲於真實磁帶機中的用戶數據數據。主要用途是管理已經備份到真實磁帶的備份數據。用戶可以通過操作虛擬磁帶鏡像文件來了解磁帶備份數據的內容。
(3)存儲模塊130，用以將該鏡像文件存儲於該大容量隨機存儲設備中，可使用的大容量隨機存儲設備包括硬碟設備、DVD-RW、虛擬存儲設備(如Raid)等。
(4)管理模塊140，與該存儲模塊相連，用以根據用戶輸入的該控制指令，執行相應的操作。其中該管理模塊142還可進一步包括一檢索單元141以及一數據恢復單元142，如圖2所示。檢索單元141用以根據該鏡像文件中的數據索引，計算數據的偏移量，同時改變數據偏移。數據恢復單元142用以從磁帶鏡像中讀取相應的數據。在本發明的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統100中，用戶界面模塊接收用戶控制指令，並將其轉換為存儲訪問指令，從而與該存儲模塊130進行交互操作。存儲模塊130還可與真實磁帶機相連，將鏡像文件存儲到真實磁帶機中。
接著，通過圖3來說明本發明的流程，該圖是本發明所提供虛擬磁帶機實現中間存儲的方法操作流程圖，說明如下首先設定虛擬磁帶機的磁帶型號及數據容量(步驟310)，然後接收用戶數據(步驟320)，根據該型號、數據容量以及該用戶數據創建磁帶鏡像文件(步驟330)，再存儲該磁帶鏡像文件到大容量隨機存儲設備中(步驟340)。
請參見圖4a～圖4c，該圖是本發明實施例的界面示意圖。如圖所示，用戶所使用的NAS設備具有600G的硬碟空間，同時用戶擁有一臺磁帶容量為4G的磁帶機，當用戶需要備份10G容量的數據時，用戶首先通過圖4a所示的用戶界面中輸入磁帶機的磁帶型號及數據容量，用戶在「磁帶規格設定」菜單中選擇與真實磁帶機使用磁帶相同的型號，用戶選擇了「DAT4G/90Min」，則每個磁帶鏡像可備份4G的數據。然後用戶將存儲位置設定在有充足剩餘空間(＞15G)的大容量隨機存儲設備卷中。然後用戶按下「確定」按鈕，系統開始備份數據。請參見圖5，該圖是本發明實施例的備份數據的流程圖，首先接收用戶數據(步驟510)，然後將數據轉換為磁帶鏡像格式(步驟520)，再將磁帶鏡像格式的數據寫入磁帶鏡像(步驟530)，系統判斷當前的磁帶鏡像數據是否已滿(步驟540)，如果當前磁帶鏡像數據已滿，則創建新的磁帶鏡像(步驟550)，直到將所有的數據都完成備份。本系統在數據備份時，如果備份數據寫滿一個磁帶鏡像，則自動創建新的磁帶鏡像繼續寫入數據。其中創建新的磁帶鏡像的過程請參見圖6，首先系統檢測存儲設備的剩餘空間(步驟610)，然後判斷是否有足夠的剩餘空間(步驟620)，如果有足夠的空間，則寫入磁帶鏡像標記數據(步驟630)，再分配磁帶鏡像數據索引空間(步驟640)，完成磁帶鏡像的創建。如果沒有足夠的空間，磁帶鏡像創建失敗。這樣約10G的備份數據將存儲為3個容量為4G的磁帶鏡像，最後一個磁帶鏡像只有約2G的備份數據，還可繼續備份其它數據。
用戶還可實現磁帶鏡像與真實磁帶機的備份/恢復操作。如圖4b所示，用戶可以選擇磁帶鏡像備份到真實磁帶機上，或將真實磁帶機的磁帶數據恢復為磁帶鏡像。當需要把磁帶鏡像中的數據備份到真實磁帶機或從真實磁帶機將數據恢復為磁帶鏡像時，因為數據格式是相同的，能夠使磁帶達到最佳數據存儲，並且能夠根據磁帶的寫入時間準確的知道完成備份的時間。當用戶選擇將磁帶鏡像備份到真實磁帶機上時，請參見圖7，系統首先創建新的磁帶鏡像並寫入索引數據及磁帶標識(步驟710)，然後將磁帶鏡像數據寫入真實磁帶(步驟720)，當數據寫入結束(步驟730)後，完成磁帶鏡像備份。當用戶選擇將真實磁帶機的磁帶數據恢復為磁帶鏡像時，請參見圖8，系統首先創建新的磁帶鏡像(步驟810)，然後讀取真實磁帶機中的數據(步驟820)，將所有數據寫入到磁帶鏡像(步驟830)後，再將數據索引寫入磁帶鏡像(步驟840)。
當用戶需要進行恢復操作時，選擇可用的備份進行恢復，如圖4c所示，當數據已經備份到真實磁帶機時，用戶可以選擇恢復操作為磁帶鏡像讀取或直接從磁帶機讀取；同時提示用戶插入相應的磁帶到磁帶機。系統自動檢索相應的磁帶鏡像，進行數據讀取，完成恢復操作。其中檢索過程請參見圖9，用戶界面接收到檢索指令(步驟910)後，將檢索操作轉換為數據操作(步驟920)，再讀取磁帶鏡像索引，改變數據偏移(步驟930)。數據恢復過程請參見圖10，首先讀取虛擬磁帶機備份數據(步驟1010)，然後將數據讀取請求轉換為磁帶鏡像讀取(步驟1020)，系統判斷磁帶鏡像數據是否保存在磁帶(步驟1030)，如果保存在磁帶，則提示用戶在磁帶機中插入指定磁帶(步驟1040)，系統判斷磁帶標識是否與在磁帶鏡像記錄的標識相同(步驟1050)，然後提示是否將磁帶數據恢復到大容量隨機存儲設備(步驟1060)，選擇將數據恢復到大容量隨機存儲設備，則自動恢復磁帶數據到大容量隨機存儲設備中的磁帶鏡像，否則直接讀取磁帶數據。如果步驟1030中確定磁帶鏡像數據沒有保存在磁帶機中，則直接讀取磁帶鏡像中的數據，直到數據讀取結束(步驟1110)。
雖然本發明利用較佳實施例揭示如上，但並非用以限定本發明，所以任何熟悉本發明的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，所作的改變及調整，均應屬於本發明申請專利範圍所要求保護的範圍內。
權利要求
1.一種虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到大容量隨機存儲設備中，其中包括一用戶界面模塊，用以提供真實磁帶機的界面並接收用戶數據，用戶可根據該真實磁帶機提供的該數據格式，設定磁帶型號以及數據容量，同時該用戶界面模塊接收用戶輸入的控制指令；一鏡像模塊，用以根據該磁帶型號、數據容量以及該用戶數據，創建相應的磁帶鏡像文件；一存儲模塊，用以將該鏡像文件存儲於該大容量隨機存儲設備中；及一管理模塊，與該存儲模塊相連，用以根據用戶輸入的該控制指令，執行相應的操作。
2.如權利要求1所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其中所述磁帶鏡像文件為標準磁帶鏡像文件。
3.如權利要求1所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其中所述磁帶鏡像文件為虛擬磁帶鏡像文件。
4.如權利要求1所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其中所述管理模塊還包括一數據檢索單元，用以根據該鏡像文件中的數據索引，計算數據的偏移量，同時改變數據偏移。
5.如權利要求1所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其中所述數據管理模塊還包括一數據恢復單元，用以從磁帶鏡像中讀取相應的數據。
6.如權利要求1所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的系統，其中所述鏡像存儲模塊還可將該鏡像文件存儲到該真實磁帶機。
7.一種虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到大容量隨機存儲設備中，其中包括設定虛擬磁帶機的磁帶型號及數據容量；接收用戶數據；根據該型號、數據容量以及該用戶數據創建磁帶鏡像文件；及存儲該磁帶鏡像文件到大容量隨機存儲設備中。
8.如權利要求7所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其中所述磁帶鏡像文件為標準磁帶鏡像文件。
9.如權利要求7所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其中所述磁帶鏡像文件為虛擬磁帶鏡像文件。
10.如權利要求7所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其中還包括數據恢復的步驟，用以根據磁帶鏡像讀取相應的數據。
11.如權利要求7所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其中所述創建鏡像文件的步驟還包括寫入磁帶鏡像標記數據；分配磁帶鏡像數據索引空間。
12.如權利要求7所述的虛擬磁帶機實現中間存儲的方法，其中還包括如下檢索的步驟接收用戶的檢索指令；將該檢索指令轉換為數據操作；讀取磁帶鏡像索引，根據該索引改變數據偏移。
全文摘要
一種虛擬磁帶機實現中間存儲的系統及其方法，其中該系統包括一用戶界面模塊，一鏡像模塊，一存儲模塊以及一管理模塊；其方法包括以下步驟根據真實磁帶機提供的數據格式，將磁帶鏡像存儲到大容量隨機存儲設備中，首先用戶界面模塊接收用戶設定的虛擬磁帶機的磁帶型號及數據容量，然後接收用戶數據，鏡像模塊根據該型號、數據容量以及該用戶數據創建磁帶鏡像文件，存儲模塊再將磁帶鏡像文件存儲到大容量隨機存儲設備中，通過管理模塊實現對數據的操作，不僅能夠解決數據備份時備份空間不足的問題，同時提高數據的檢索速度。
文檔編號G11B5/09GK1635481SQ20031012359
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者劉文涵, 陳玄同, 王福利 申請人:英業達股份有限公司