DE19937423C2 - Verfahren zur schnellen Datensicherung und Datenübertragung - Google Patents

Verfahren zur schnellen Datensicherung und Datenübertragung

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    • G06F11/1458Management of the backup or restore process

Description

Das vorliegende Verfahren beschreibt ein Verfahren zur schnellen Datensicherung und Datenübertragung unter Sicherstellung, dass die Daten nicht abgeändert werden können.
Um Datenbestände gegen Verlust zu schützen, ist ein regelmäßiger Datensicherungsprozess, im Folgenden kurz BACKUP genannt, notwendig.
Die klassische Form des Backups besteht darin, dass außerhalb der "Online-Zeiten", meist nachts, Backups gemacht werden und die gesicherten Daten auf Magnetband oder Magnetplatte oder sonstigen Medien an sicheren Plätzen abgelegt werden.
Im Falle eines Datenverlusts kann der Anwender auf den neuesten "Backup" zurückgreifen, um den Verlust so klein wie möglich zu halten.
Wegen der steigenden Datenmengen und der erhöhten Ansprüche an Datensicherheit werden immer häufigere Backups mit immer längeren Laufzeiten notwendig.
In der Regel finden diese Backup-Läufe während der Nachtschicht statt, da sich während eines Backups die Daten nicht ändern dürfen - Synchronisations-Probleme. Da die Datenbestände immer größer werden, reicht oft die Nacht nicht aus, um alle Daten zu sichern.
Aufgrund der Nachfrage nach schnelleren Backup-Möglichkeiten entstand das Magnetplattenspeicher-System "IBM RVA = IBM RAMAC Virtual Array" mit der Funktion IXFP/SnapShot", im Folgenden kurz "SnapShot" genannt.
Diese Funktion SnapShot erlaubt durch patentierte Konzepte das Kopieren von ganzen Platten in extrem kurzer Zeit, z. B. in Sekunden bis Minuten. Nach dem Kopieren der Platten könnte dann z. B. der sog. "Online Betrieb" anlaufen, und alle Backups könnten von den Kopien am Tage gezogen werden.
Details zu "SnapShot" sind in der technischen dazugehörigen Beschreibung beschrieben. Wichtig für die vorliegende Erfindung ist es, dass Kopien von Platten in sehr kurzer Zeit erzeugt werden können. Da die vorliegende Erfindung nicht von "SnapShot" abhängig ist, wird im Folgenden nur die Bezeichnung "kopierte Platten", benutzt. Es ist natürlich auch denkbar, die beschriebene Methode mit beliebigen anderen Platten-Kopier-Methoden durchzuführen.
Ein Nachteil der kopierten Platten als Basis für Backup kann sein, dass diverse Datenbanken und Dateisysteme, die bestimmte Zugriffs- oder Identifizierungsmethoden benutzen, z. B. die auf den Plattennamen aufbauen, nach der Kopie mit SnapShot nicht weiterbearbeitet bzw. gesichert werden können.
Deshalb kann die extrem schnelle Kopie nicht ohne weiteres als Basis für Backups benutzt werden.
Einige Betriebssysteme benutzen kopierte Platten als Basis für Backups, indem die Plattenidentifikation (im Folgenden "VOLID" genannt) verändert wird und damit "Doppelnamen" vermieden werden.
So wird diese Methode z. B. vom Betriebssystem IBM OS/390 benutzt. Das geht aber nur, weil bei OS/390 die Dateien von einfachen Katalogstrukturen beschrieben werden.
Die Veränderung der kopierten Platten (als Basis für Backups) hat einige entscheidende Nachteile:
  • - sie kann nur angewendet werden, wenn keine oder einfache Katalogstrukturen die Dateien beschreiben. Bei komplizierten Strukturen kann sie zu Fehlern führen und ist zeitaufwendig.
  • - es widerspricht den üblichen Backup-Philosophien, einen "eingefrorenen" Datenbestand später zu modifizieren.
  • - die Datenbestände auf den modifizierten Platten könnten von normalen Applikationen verändert werden.
  • - der veränderte Datenbestand kann nicht zum direkten zurück-Kopieren verwendet werden ("Disaster-Recovery").
Deshalb ist es im Allgemeinen sicherer, die kopierten Platten im "eingefrorenen" Zustand zu belassen.
Das herkömmliche Verfahren wird anhand den Schritten 1-3 nachfolgend näher beschrieben.
Schritt 1: ist das Kopieren der Platten mit der schnellstmöglichen Methode (z. B. SnapShot). Der Einfachheit halber wird der Plattenname (VOLID) mit verändert (Fig. 1A).
Schritt 2: die Beschreibungen bzw. Identifikationen der Dateien werden den veränderten Plattennamen angepaßt (gegebenenfalls im Katalog, wie z. Z. im Betriebssystem IBM OS/390).
Das kann recht aufwendig werden. Es kostet Zeit und kann zu Fehlern auf den kopierten Platten führen (Fig. 1B).
Schritt 3: Das Backup-Programm kann die kopierten Platten lesen und Datensicherungen erstellen (Fig. 1C). Ein Nachteil ist jedoch, dass alle Anwendungen die kopierten Platten lesen und beschreiben können. Dies ist riskant und unerwünscht.
Eine durchschnittliche VSE/ESA Installation eines größeren Benutzers (typische Anwender der SnapShot Backup Methode) beinhaltet 20 Kataloge mit je 500 Dateien (inklusive Datenbanksystemen) und 200 alternativen Indizes auf ca. 50 bis 100 Platten verteilt. Durchschnitt also 75 Platten. Des weiteren sind sog. Pfade zu den alternativen Indizes und sog. "Non-VSAM" Dateien verzeichnet.
Die Summe von 12,640 Änderungen zeigt den Zeitaufwand und das Risiko eines Datenverlustes recht deutlich.
Besonders nachteilig ist dabei, dass die veränderten Platten nicht im Falle eines Verlustes der original (Quell-)Platten zurück kopiert werden können, ohne vorher auch wieder zurück geändert zu werden.
US Patent 5,555,371 beschreibt eine automatische Datensicherung, beruhend auf einem Primärdatenspeichersystem (abgekürzt PDSS) und einem Sekundärspeichersystem (abgekürzt SDSS), bei dem die Datenkongruenz nicht durch Datensicherung jeweils aller Daten, sondern durch Sicherung von Datenänderungen (updates) im PDSS in das SDSS erzielt wird. Hierzu wird zunächst eine (oder mehrere) Datenänderungskopie (update copy) im SDSS abgelegt und in einem dort angeordneten "update directory" ein vorläufiges Verzeichnis geführt, um die Adressierbarkeit der Änderungsdaten (update copy data) sicherzustellen. Erst danach wird das Verzeichnis des SDSS auf den neuesten Stand gebracht. Bei diesem Verfahren werden gleichberechtigt Kopien nebeneinander erzeugt. Beim Systemabsturz können daher Daten verloren gehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Datensicherung und Datenübertragung bereitzustellen, das sicherstellt, dass die Unterbrechungszeiten zur Datensicherung oder zur Datenübertragung so kurz wie möglich sind unter Vermeidung der genannten Nachteile im Stand der Technik.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Basis der vorliegenden Erfindung ist eine Tabelle oder sogenannte Synonym-Liste. In dieser Synonym-Liste werden die benötigten Plattennamen oder sonstigen Identifizierungen als Paare gespeichert. Jeder Original-Plattenname hat einen fest zugeordneten Synonymnamen; bei anderen Identifikationen hat sinngemäß die Originalidentifikation eine fest zugeordnete Synonym-Identifikation. Die Synoym-Liste ist entweder Teil des Datensicherungsprogramms oder ist separat von dem Datensicherungsprogramm auf einem Speichermedium abgelegt.
Da die betreffenden Dateien auf den kopierten Platten für die normale Anwendung nicht zugreifbar sind, weil der Identifikation bzw. Katalogeintrag nicht paßt bzw. nicht an die neue Platte angepaßt wurde, muß im betreffenden Betriebssystem ein Interface (Hook) eingebaut werden, das das Vorhandensein und den Inhalt dieser Synonym-Liste erkennt und auswertet. Dieses Interface ist sehr einfach, in jedem Falle einfacher als ein Hilfsprogramm, das alle Identifikationen auf den kopierten Platten verändert. Der Aufwand zur Änderung der Identifikationen durch ein Hilfsprogramm ist im Stand der Technik dargestellt.
Die entscheidenden Vorteile des erfinderischen Verfahrens sind:
  • - Die Datenbestände können nach dem Kopieren nicht mehr verändert werden ("eingefroren").
  • - Keine Anwendung mit Ausnahme des autorisierten Backup- Programms kann die Daten verändern (Datensicherheit).
  • - Auch nach längerer Zeit kann der Datenbestand einer kopierte Platte als Ersatz für einen beschädigten Produktionsdatenbestand verwendet werden, weil der Datenbestand eindeutig definiert ist durch den Zeitpunkt der Kopie! ("Disaster-Recovery").
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit Figuren näher erläutert, wobei
Fig. 1A-1C ein herkömmliches Verfahren zur Datensicherung beschreibt
Fig. 2A-2B eine bevorzugte Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens zeigt
Fig. 3 eine Backup-Synonymliste zeigt, wie sie in Fig. 2A-B eingesetzt wird
Fig. 1A-1C zeigen das herkömmliche Verfahren zur Datensicherung, wie es nach dem Stand der Technik eingesetzt wird (siehe Seite 3).
Anhand von Fig. 2A-2B wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Datensicherung im Betriebssystem IBM VSE/ESA beschrieben.
Das Betriebssystem IBM VSE/ESA ist für Großrechner (Mainframes) der S/390 Architektur konzipiert. Es wird zunehmend als Server und Datenbanksystem für verteilte Anwendungen genutzt. Das Vorhandensein von großen Datenmengen verlangt auch regelmäßige und schnelle Datensicherungen.
Die Daten werden zum größten Teil mit der Zugriffsmethode "VSE/VSAM" (IBM Virtual Storage Extended/Virtual Access Method) bearbeitet und gespeichert. Der Kernpunkt der Dateien ist eine Gruppe von Katalogen, die keine Daten, aber alle Informationen über die Dateien beinhalten (Verwaltungsdaten). Die Dateien selbst sind nur zugreifbar, wenn die benötigten Informationen aus den Katalogen verfügbar gemacht werden. Dabei werden strenge Sicherheitsmaßstäbe angelegt, so wird z. B. immer geprüft, ob die Zielplatte auch den selben Plattennamen (VOLID) hat, den der Katalogeintrag bezüglich der Datei registriert hat. Schon beim Eröffnen der Kataloge werden strenge Prüfungen durchgeführt, z. B. der Plattenname muß richtig sein. Daraus resultiert, dass z. B. kopierte Platten mit anderen Plattennamen nicht den Katalog-Einträgen entsprechen. Wichtig ist in dem Zusammenhang noch, dass auch doppelte Plattennamen nicht zulässig sind (sonst könnte man ja die Kopie im Plattennamen unverändert lassen). Im Folgenden soll beschrieben werden, wie die Erfindung geeignet ist, um schnelle Datensicherungen von (z. B. mit SnapShot) kopierten Platten herzustellen, ohne die kopierten Platten oder deren Katalogeinträge zu verändern.
Das erfinderische Verfahren besteht aus zumindest zwei Schritten:
  • 1. Wie in Fig. 2A dargestellt ist, werden im ersten Schritt die zu sichernde bzw. zu übertragende Daten (Nutzdaten) einschließlich deren Kataloge (Verwaltungsdaten) 1 : 1 kopiert. Das Kopieren erfolgt vorzugsweise mit der schnellstmöglichsten Methode, z. B. SnapShot. Beim Kopieren der Daten wird der Plattenname von VOLID1 in den Plattennamen VOLIDX und der Plattenname VOLID2 in VOLIDY abgeändert. Die kopierten Daten werden entweder auf derselben oder einer anderen Platte innerhalb des Systems abgelegt.
    Da die Kataloge (Verwaltungsdaten) nur die alten Plattennamen "VOLID1" bzw. "VOLID2" kennen und die Daten auf einer neuen Platte mit einem neuen Plattennamen kopiert sind, können die Dateien auf den Platten "VOLIDX" und "VOLIDY" von keiner Anwendung geöffnet, gelesen oder beschrieben werden.
  • 2. Wie in Fig. 2B dargestellt ist, können direkt nach dem Kopieren der Platten (z. B. SnapShot) alle Anwendungen ihr normales Tagesgeschäft mit den original Platten "VOLID1" und "VOLID2" beginnen.
Die Daten auf den kopierten Platten "VOLIDX" und "VOLIDY" sind eingefroren, da die Kataloginformationen (Verwaltungsdaten) nicht an den neuen Plattennamen angepaßt wurden. Das neue Backup-Programm (Datensicherungsprogramm) kann zu jeder beliebigen Zeit über die Synonym-Liste Datensicherungen von den Daten auf der neuen Platte "VOLIDX" und "VOLIDY" erstellen. Das gleiche gilt auch für die Übertragung von Daten auf ein anderes Datenverarbeitungsgerät. Die Synonym-Liste ist entweder Teil eines Datensicherungsprogramms oder ist separat auf einem Speichermedium verfügbar, auf den das Datensicherungsprogramm während des Öffnens von Dateien zugreift. Das temporäre Ersetzen durch die Synonym-Liste erfolgt ausschließlich im flüchtigen Speicher des Datenverarbeitungsgeräts. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verwaltungsdaten und Nutzdaten auf der neuen Platte "VOLIDX" und "VOLIDY" beim Öffnen der Dateien nicht geändert werden können. Darüber hinaus hat das Datensicherungs­ programm nur eine Lesefunktion beim Öffnen der Dateien. Die Synonym-Liste kann entweder auf der Namens- oder Adressfunktion je nach Art der Betriebssystem aufgebaut sein.
Im Nachfolgenden wird das erfinderische Backup-Verfahren (Datensicherungsverfahren) mit Hilfe der Synonym-Liste anhand der Beschreibung einer VSE/VSAM Datei-Eröffnung im System IBM VSE/ESA näher erläutert.
Intern im IBM VSE/ESA wird ein kleines Interface etabliert, das die Benutzung des "Synonym Backups" und das Vorhandensein der Synonymliste erkennt.
Die benötigten Katalog- und Dateizugriffe werden mit Hilfe der "Synonym-Liste" auf die kopierten (SnapShot) Platten umgeleitet.
In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Identifikation der zu sichernden Dateien neben ihrem Dateinamen sowohl aus den Plattennamen (VOLID) als auch aus dem Katalognamen besteht.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, enthält die Synonymliste für IBM VSE/ESA folgende Informationen:
"SOURCE" (Ausgangsspeichermedium) bezeichnet hier den Ausgangspunkt, also Katalog und Platten des Ausgangsspeichermediums, "TARGET" (Zielspeichermedium) bezeichnet hier das Zielspeichermedium der schnellen Kopie (z. B. SnapShot) einschließlich des Katalogs.
Zuerst muß die Kopie der Platten, der zu sichernden Dateien gemacht werden. Nach Beendigung des Kopierens können die Produktionsdaten auf den Source-Platten bereits bearbeitet werden. Die folgenden Verfahrensschritte zur Herstellung eines Backups können parallel zur Bearbeitung der Produktionsdaten erfolgen:
  • 1. Es muß ein Katalogsynonymname in den Hauptkatalog eingebracht werden. Der Hauptkatalog enthält Informationen über Namen und Plattennamen (Adressen) der Datenkataloge. Das neu eingefügte Katalogsynonym zeigt auf die Adresse des kopierten Katalogs (Plattenadresse). Dies erfolgt vorzugsweise über die Funktion "Import Connect", die Bestandteil des Hilfsprogramms IDCAMS ist. Eine andere Möglichkeit wäre diese Funktionalität in das Backup-Programm aufzunehmen.
  • 2. Das Backup-Programm eröffnet über den Hauptkatalog den kopierten Katalog, um aus den Katalogdaten alle Informationen über die Dateien und den darin befindlichen Daten zu erhalten.
    Damit dies möglich ist, ist die Verwendung der Synonym-Liste erforderlich, um die abweichenden Namen im Katalog, die zu Zugriffsverweigerungen führen würden, temporär zu ersetzen.
  • 3. Das Backup-Programm eröffnet alle Dateien auf die gleiche Art und Weise wie den Katalog mit Hilfe der Synonym-Liste, indem die abweichenden Plattennamen temporär ersetzt werden. Das temporäre Ersetzen durch die Synonym-Liste erfolgt ausschließlich im flüchtigen Speicher des Datenverarbeitungsgeräts. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verwaltungsdaten und Nutzdaten auf der neuen Platte "VOLIDX" und "VOLIDY" beim Öffnen der Dateien nicht geändert werden können.
    Nach der Eröffnung aller Dateien mit Hilfe der Synonym-Liste ist sichergestellt, dass nur die Dateien bzw. Daten auf den kopierten Platten (Traget-Platten) vom Backup-Programm gelesen werden können.
  • 4. Die Daten in den Dateien können nun in herkömmlicher Art gelesen und auf ein Backup-Speichermedium geschrieben werden.
Zusammenfassend stellt die Synonym-Liste sicher, dass
  • - Zugriff auf die kopierten Daten möglich ist
  • - Zugriff auf die Source-Daten verhindert wird
  • - Backup parallel zur Bearbeitung der Source-Daten erfolgen kann.
Der Backup-Prozeß kann standardisiert werden, d. h. die Synonymliste muß nicht ständig verändert werden, weil sog. Backup-Jobs jeden Tag oder jede Nacht von den selben Dateien gemacht werden.
Das folgende Beispiel zeigt die Job Control Notation in IBM VSE/ESA:
Beispiel eines Synonym Backup Jobs im IBM VSE/ESA
Erläuterung der neuen Backup Parameter
Mit der Einführung der vorliegenden Erfindung wurden einige neue Backup Parameter eingeführt.
SYNLIST indiziert die Verwendung des "Synonym Backup" und das Vorhandensein einer Synonymliste
SOURCEVOLUME(. .) bezeichnet die Gruppe der Ausgangs- (Source-)Platten. Das sind die Produktionsplatten.
TARGETVOLUMES(. .) bezeichnet die Ziel-(Target-) Platten. Dahin werden die Dateien und die Kataloge kopiert. Die Source- und Target-Platten werden als "Paare" betrachtet - positional.
CATALOG(. .) bezeichnet den Produktionskatalog
SYNCATALOG(. .) bezeichnet den Synonym-Namen des kopierten Katalogs.

Claims (15)

1. Verfahren zur automatischen Datensicherung oder Datenübertragung von Dateien, wobei die Dateien aus Nutzdaten und Verwaltungsdaten bestehen und die Verwaltungsdaten zur Beschreibung der Nutzdaten dienen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) elektronischen Kopieren der Dateien von einem Ausgangsspeichermedium zu einem Ziel­ speichermedium innerhalb desselben Systems, wobei die kopierten Verwaltungsdaten der Dateien noch die Informationen des Ausgangsspeichermediums enthalten
  • b) Öffnen der kopierten Dateien auf dem Zielspeichermedium zur Datensicherung oder Datenübertragung durch zumindest folgende Schritte:
    • a) elektronisches Suchen nach Informationen in den Verwaltungsdaten, die die Zugriffsvoraussetzungen zum Öffnen der kopierten Dateien nicht erfüllen
    • b) Temporäres elektronisches Ersetzen der nach Schritt aa) gefundenen Informationen durch Informationen zur Erfüllung der Zugriffsvoraussetzung zum Öffnen der kopierten Dateien auf dem Zielspeichersystem
  • c) elektronisches Lesen und Übertragen der Daten der geöffneten Dateien (Datensicherung) vom Zielspeichermedium auf ein Speichermedium des selben oder anderen Systems.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kopieren der Dateien von einem Ausgangsspeichermedium zu einem Zielspeichermedium unter Änderung des Namens des Zielspeichermediums erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangs- und Zielspeichermedium Speichermedien eines Systems sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangs- und Zielspeichermedium physikalisch getrennte Speichermedien sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangs- und Zielspeichermedium physikalisch ein Speichermedium bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen nach Schritt aa) zumindest der Name des Ausgangsspeichermediums ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen nach Schritt aa) zusätzlich die Namen von Mitgliedern innerhalb der Strukturebene der Verwaltungsdaten (Katalogdaten), die Dateinamen, die Dateinamenserweiterungen, die Verzeichnisnamen oder die Namen von Rechnern bei parallelen oder verteilten Netzen sein können, soweit die Zugriffsmethoden den Zugriff mit gleichen Namen verweigern.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen nach Schritt aa) zumindest die logische Adresse des Ausgangsspeichermediums ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen nach Schritt aa) der Name oder die logische Adresse des Ausgangsspeichermediums und die Namen oder logischen Adressen der Mitglieder einer jeder Strukturebene der Verwaltungsdaten zur Identifizierung der darunter liegenden Strukturebene der Verwaltungsdaten sind, wenn die Verwaltungsdaten hierarchisch strukturiert sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das temporäre Ersetzen über eine Tabelle gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle nicht erfüllte Zugriffsvoraussetzungen festlegt und ihnen erfüllte Zugriffsvoraussetzungen zuordnet.
12. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle als Datei im nicht flüchtigen Speicher abgelegt ist und beim Öffnen der Dateien zur Datensicherung in den flüchtigen Speicher geladen wird und nicht erfüllte Zugriffsvoraussetzungen durch erfüllte Zugriffsvoraussetzungen ersetzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das temporäre Ersetzen im flüchtigen Speicher ohne Änderung der kopierten Verwaltungsdaten und Nutzdaten auf dem Zielspeichermedium erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle Teil eines Datensicherungsprogramms ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass das Datensicherungsprogramm nur eine Autorisierung zum Lesen der Verwaltungsdaten und Nutzdaten hat.
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