CN102834811B - 多级联备份过程 - Google Patents

Abstract

一种处理备份过程的方法，包括：接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令；将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程；以及如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

Description

多级联备份过程

本发明涉及用于处理备份过程的方法和系统。

在大型组织中，对于数据可靠性以及出现任何硬件故障时恢复数据的能力而言，数据存储都具有根本的重要性。存储区域网络（SAN）是在需要以可靠且安全的方式存储非常大量的数据时使用的体系结构。此技术允许创建支持将诸如盘阵列之类的远程计算机存储设备以这样的方式连接到服务器的网络：对于操作系统而言，这些设备似乎是本地连接的。在这些网络中，通常在数据存储以及各个组件之间的硬件连接方面都包括大量冗余。

存在各种用于创建数据冗余的方法。例如，诸如闪速拷贝（flashcopy）功能之类的备份过程使得管理员能够创建数据的即时完整副本，并且副本立即可用于读取或写入访问。闪速拷贝可以与环境中提供的标准备份工具一起使用以在磁带上创建备份副本。闪速拷贝功能在目标存储卷上创建源存储卷的副本。如上所述，此副本被称为即时副本。当发起闪速拷贝操作时，在源卷与目标卷之间创建关系。此关系是源卷和目标卷的“映射”。此映射允许将此源卷的即时副本复制到关联的目标卷。从发起闪速拷贝操作时起，便会在此卷对之间存在关系，直到存储单元将所有数据从源卷复制到目标卷或直到删除关系。

当物理地复制数据时，后台进程将数据磁道（或“颗粒”）从源卷复制到目标卷。进程完成后台复制所花费的时间量取决于各种条件，例如复制的数据量、正在运行的后台复制进程的数量以及目前发生的任何其他活动。闪速拷贝功能有效是因为被复制的数据实际上不需要被立即复制，它只需恰好在导致覆盖源卷上的任何旧数据的更新之前被复制。因此，当源卷上的数据更改时，在覆盖源卷之前将原始数据复制到目标卷。

因此，闪速拷贝是各种存储设备上支持的特性的一个实例，此特性允许用户或自动进程创建完整逻辑数据卷的近乎即时的副本。在目标盘上创建源盘的副本。副本立即可用于读取和写入访问。闪速拷贝式实施方式的一个共同特性是使复制反转的能力。即，使用目标盘的内容填充闪速拷贝映射的源盘。还可在级联实施方式中使用诸如闪速拷贝之类的备份过程，其中对于进一步的闪速拷贝，目标盘在以后变成源盘或反之亦然。

在美国专利7,386,695中详细描述了存储卷的级联配置。还可以创建在某一逻辑级别处互锁的存储卷的多个级联。第一级联可以包括存储卷A、B、C和D，它们在级联中的排列如下：而随后可以启动A到卷E和F的新备份，这最终导致创建第二级联可以具有闪速拷贝功能和反转后的功能的许多不同组合，从而可能创建复杂的多级联存储卷。

数据存储系统中通常使用两种类型的即时（PIT）备份过程，它们称为克隆和快照。克隆是这样一种PIT复制：目标盘将保存当启动PIT复制时在源盘上的数据的完整副本。当完成从源到目标的数据复制时，目标盘与源无关。快照是这样一种PIT复制：目标仅保存提供源的PIT副本所必需的已更改数据。仅当源上的数据更改时，才将数据复制到目标盘。通常，目标盘始终依赖于源盘上的某些数据以便提供PIT副本。

多目标级联复制是一种以IBM SAN Volume Controller FlashCopy实现的技术。使用级联实现单个数据源的多个PIT副本。例如，具有数据源S以及在时间t1、t2和t3获得的S的PIT副本，则在时间t1获得使用数据目标T1的PIT副本，导致级联：S→T1。然后在时间t2获得使用数据目标T2的第二PIT副本，导致级联：S→T2→T1。这种排列有效，是因为如果在时间t1和t2之间已在T1或S上更改数据，则数据将在T1上，并且如果数据尚未更改，则T1和T2均希望读取相同的数据。同样，在t3产生以下级联：S→T3→T2→T1。

此技术具有多种优势。然而，它也在数据目标之间引入依赖性，在传统的多目标实施方式中将不会存在这些依赖性。这种目标依赖性的副作用是在PIT复制停止或完成时要求清除目标。例如，如果停止PIT复制S→T2，则在可以从级联删除目标T2之前，必须将T1需要的在T2上的任何数据从T2复制到T1。在许多情况下这并不是问题，因为用户可能希望T1保存S在时间t1时的完整副本，意味着备份过程S→T1是克隆。然而，如果S→T1的目的仅为产生S在时间t1的快照，则这种从T2到T1的额外复制可能导致用户问题。此外，如果数据目标T1被精简地供应（也称为空间高效），则上述行为导致的问题可能导致为T1进行不必要的存储分配。这将严重降低用户维护快照和克隆以及管理其备份的能力。

存在多种现有技术，它们试图减少从T2复制到T1的数据量，并获得了不同程度的成功。没有一种解决方案可以产生从T2到T1的最少数量的复制而不显著增加用于跟踪各种数据目标的内容的元数据量。

因此，本发明的目标是改进公知技术。

根据本发明的第一方面，提供了一种处理备份过程的方法，包括：接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令；将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程；以及如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于处理备份过程的系统，所述系统包括多个存储卷和连接到所述存储卷的存储卷控制器，所述存储控制器被布置为：接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令；将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程；以及如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

根据本发明的第三方面，提供了一种在计算机可读介质上的用于处理备份过程的计算机程序产品，所述产品包括用于执行以下操作的指令：接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令；将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程；以及如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

由于本发明，可以通过确保快照从不依赖于克隆而克服现有技术级联备份过程实施方式中的问题。上述方法允许单个数据源具有多个级联。此方法的优势在于快照与克隆在不同依赖链（或级联）中，因此克隆从不将数据复制到快照。这意味着快照从不保存不需要的数据。跟踪各种数据目标上的数据不需要额外元数据。基本上，从源卷维护单独的级联，以便属于克隆的备份过程从不与属于快照的备份过程在一个级联中，反之亦然。

优选地，所述方法还包括将备份过程的类型标识为旨在恢复所述目标存储卷上的所述源存储卷的完整副本的恢复过程，以及从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。建议在完全独立的级联中处理例如作为对存储卷的数据损坏的响应而旨在恢复该存储卷的任何备份过程。

有利地，所述方法还包括检测被标识为快照的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有备份过程，并且还包括检测被标识为克隆的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有被标识为快照的备份过程。重要的是以一致的方式处理备份过程的停止。将采用上面详述的方法，因为快照始终依赖于其源，并且如果源被毁坏，则快照不再有用。

现在仅通过实例的方式参考附图描述本发明的各实施例，这些附图是：

图1是一对存储卷的示意图；

图2是闪速拷贝级联的示意图；

图3是存储卷的不同排列的示意图；

图4是存储卷的逻辑排列的示意图；以及

图5和6是存储卷的不同排列的其他示意图。

图1示出了使用存储控制器8以及两个存储盘10和12的备份过程的概念。盘10和12可以形成更大盘阵列的一部分，并且通常形成企业存储解决方案的一部分。盘10和12例如可以是与商业网站相关的存储解决方案的一部分。如果在任何时候需要对vdisk1的内容进行备份，则可以将闪速拷贝指令从存储卷控制器8发送到定义源盘10（vdisk1）的此盘10以及作为闪速拷贝目标的目标盘12（vdisk2）。所述闪速拷贝指令创建作为源盘10的特定vdisk的映像的即时副本。

在图1的实例中，第一闪速拷贝指令的源盘10为vdisk1，目标盘12为vdisk2。所述闪速拷贝指令开始闪速拷贝过程，此过程创建从源盘10到目标盘12的映射14。此映射在图中标记为映射1。vdisk1的在此特定时刻的映像现在可在vdisk2上提供。这将创建vdisk1上的数据的备份，并且还允许针对vdisk1的数据运行测试和其他管理任务，而没有随之而来的丢失任何原始数据的危险，因为已在原始源盘上保留数据。

当进行闪速拷贝时，它将在两个盘10和12之间创建链接，如由映射14定义的。现在可以在后台复制数据，而且另外要求对vdisk2（作为目标盘12）的任何访问将立即导致复制vdisk1的映像的相关部分，并且对vdisk1的任何引起更改此盘10存储的映像的访问也将导致在进行更改之前，将未改变的数据立即复制到目标盘12。通过这种方式，对于外部用户，vdisk2存储vdisk1的即时副本，尽管在上述情况下仅物理地复制数据。

作为备份过程（例如，闪速拷贝功能）的目标卷的存储卷也可以是进一步备份过程的源卷，因此创建存储卷的级联。在图2中，示出了三个存储卷10、12和16的闪速拷贝级联的一个实例，这三个存储卷通过闪速拷贝映射14链接。每个映射14定义从源卷到目标卷的备份过程。盘B提供盘A的备份，盘C通过盘B也提供盘A的备份。链接不同存储卷的闪速拷贝功能14可以在不同时间启动，这将创建相应存储卷存储的映像的不同即时副本，或者可以同时启动。

在闪速拷贝级联A→B→C中，其中A、B和C是级联中的盘，如图2中所示，并且箭头是闪速拷贝映射，则指示（A、B）是从盘A到盘B的闪速拷贝映射，该级联具有映射（A、B）和（B、C）。在此级联实施方式中，根据相应的闪速拷贝功能，向盘A写入任何新数据都将导致向盘B写入，这是维护盘B上的映像所需的。此向盘B的写入将导致对盘B进行进一步清洁读取，然后向盘C写入。通过这种方式，向级联中的第一存储卷10的单个写入可以导致整个级联内的多个操作。

当创建级联时，将新映射和新存储卷插入级联中，而不是添加到级联的末尾。在图2示出的级联中，开始的第一备份过程将是A→C。然后开始备份过程A→B时，将新目标存储卷B有效地“插入”现有源存储卷A与现有目标存储卷C之间。此“插入”完全是一种逻辑结构，此逻辑结构示出目标盘C将从盘B而不是盘A接收数据写入的事实。这就是级联实施方式如何不同于将具有来自盘A的两个独立映射的常规排列。

当从不同存储卷开始更多备份过程时，将创建更复杂的排列。例如，图3示出了四个盘A、B、C和D，它们之间具有来自源卷A的三个PIT映射。操作存储卷控制器8以便排列盘和映射，从而将克隆和快照分成不同的依赖链或级联。例如，假设启动映射1作为克隆，然后一段时间以后启动映射2作为快照。于是，用于维护目标映像的结果图形结构将如图3a中所示。此结构是依赖图。

在图3a中示出的图形中，向盘A的数据写入可能需要将写入继续复制到B和/或C，以便在相应备份过程的目标盘上维护这些映像。如果存储卷控制器8现在启动映射3作为克隆，则结果依赖图如图3b中所示。在级联中，始终将新盘以及到此盘的映射放置在源盘A的邻近，因此将映射3的新目标盘D放在级联A→D→B中，其中两个映射3和1都是克隆。在单独的级联A→C中，映射2是快照。

作为A的快照或克隆的后续备份过程将延伸克隆和/或快照链的长度而不增加离开A的边缘数，因此不会增加向A的任何写入所需的IO数。图3b的图形可以扩展以包括进一步的快照和克隆。一般说来，如果对于特定备份过程类型（克隆或快照）存在级联，则将目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则开始包括所述目标存储卷和所述源存储卷的新级联。

图4示出了进行进一步备份E、F、G和H之后的存储卷的逻辑排列。由相应映射4和5定义的备份E和F对盘D进行备份。由相应映射6和7定义的备份G和H对盘C进行备份。图4只是示出备份映射的逻辑排列，而非将由存储卷控制器8建立以实现图4中所示排列的备份过程的实际配置。如可以在图3b中看到的，启动从A到D的映射3的结果是创建级联A→D→B。

现在假设启动映射4作为克隆而启动映射5作为快照，则备份和存储卷的结果排列将如图5中所示。此图基本上是图3b中示出的排列加上盘D的两个备份，这两个备份分别由到卷E和F的映射4和5定义。因为映射4是克隆，所以可以将此映射放在从卷D到B的级联中，因为到盘B的映射1也是克隆。始终将最后启动的映射放置为最靠近源盘，在这种情况下创建级联D→E→B。

盘D（其是来自盘A的映射3的目标）是由映射4定义的备份过程的源盘，因此将盘E放在盘D的邻近以创建新级联D→E→B。然而，映射5是快照，因此相对于其源存储卷（盘D）而言必须是新级联的开始。因此，新映射5定义新级联D→F。这是来自盘D的快照备份过程的级联。以此方式，从特定源盘进行的克隆和快照从不出现在来自该特定源盘的同一级联中。

如果到盘F的映射5是盘A（而不是盘D）的快照备份，则将此映射放在盘A和C之间以形成级联A→F→C。始终将使用A作为源盘的快照备份过程放在此级联中，正如将使用A作为源盘的克隆备份过程放在其他级联（在A和D之间）中一样。来自级联中的其他盘的任何备份过程将遵循相同的规则，即，或者进入所述备份过程类型的现有级联，或者创建新级联（在尚不存在新级联的情况下）。

例如，如果启动映射6作为克隆并且如果启动映射7作为快照，则排列将如图6中所示。这两个备份过程都来自盘C，因此从该存储卷形成两个新级联。此实例示出了当启动映射作为快照或克隆时如何构造依赖图。将以相同方式处理来自图6的级联中的任何盘的任何新备份过程。对于将来任何时候从任何盘进行的每个新备份过程，或者对于所述备份过程类型已经存在级联，或者创建新级联。

对于多个目标PIT副本，对依赖图中的盘的写入将导致读取、拆分写入（split write）和客户端写入。例如，对上述依赖图中的B的客户端（或主机）写入可导致读取A（如果B需要的被写入数据的位置在A上），向F写入从A读取的数据（如果F依赖于B），向E写入从A读取的数据（如果E依赖于B）（它们可以与第二操作并行执行，并且最后客户端本身向B写入）。这是所需的IO操作的最大数量。因此，可以看到，该IO算法是传统多目标实施方式与多目标级联实施方式的混合。

此解决方案的优势在于源卷的克隆和快照不会混合。例如，如果在图6的依赖图中停止映射4，则存储卷控制器8会将数据从E“清理”到D。这并不是问题，因为D也是克隆并且不介意是否将数据复制到其上。快照F不会受到影响。

需要考虑的规则涉及在依赖图中停止其目标是其他快照和克隆的源的映射。本领域的技术人员可以采用多种方法。在此实施方式中，在下面定义了优选实施例。规则1–当停止快照时，目标盘的所有快照和克隆也停止。规则2–当停止克隆时，目标盘的所有快照也停止。将采用此方法，因为快照始终依赖于其源，并且如果源被毁坏，则快照不再有用。

Claims (8)

1.一种处理备份过程的方法，包括：

○接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令，

○将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程，以及

○如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者

○如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

2.根据权利要求1的方法，还包括将备份过程的类型标识为旨在恢复所述目标存储卷上的所述源存储卷的完整副本的恢复过程，以及从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

3.根据权利要求1或2的方法，还包括检测被标识为快照的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有备份过程。

4.根据权利要求1或2的方法，还包括检测被标识为克隆的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有被标识为快照的备份过程。

5.一种用于处理备份过程的系统，所述系统包括多个存储卷和连接到所述存储卷的存储卷控制器，所述存储控制器被布置为：

○接收发起从源存储卷到目标存储卷的备份过程的指令，

○将备份过程的类型标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷的完整副本的完整备份过程，或标识为旨在在所述目标存储卷上创建所述源存储卷上的已更改数据的副本的部分备份过程，以及

○如果对于所标识的备份过程类型存在级联，则将所述目标存储卷添加到所标识的备份过程类型的现有级联，或者

○如果对于所标识的备份过程类型不存在级联，则从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

6.根据权利要求5的系统，其中所述存储控制器还被布置为：将备份过程的类型标识为旨在恢复所述目标存储卷上的所述源存储卷的完整副本的恢复过程，以及从所述源存储卷开始所述目标存储卷的新级联。

7.根据权利要求5或6的系统，其中所述存储控制器还被布置为：检测被标识为快照的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有备份过程。

8.根据权利要求5或6的系统，其中所述存储控制器还被布置为：检测被标识为克隆的备份过程已停止并停止来自所检测的备份过程的所述目标存储卷的所有被标识为快照的备份过程。