CN100349139C - 一种快照过程中向源卷写数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快照过程中向源卷写数据的方法，包括写流程：A1.判断是否存在所述源卷地址指向临时快照卷的索引，若存在，则将数据写入相应临时快照卷地址中，否则执行下一步；B1.建一条指向临时快照卷相应地址的索引，将数据写入临时快照卷该地址内。还包括回写流程：A2.判断是否符合预定的回写流程启动条件，若符合，则执行步骤B2；否则返回步骤A2；B2.判断临时快照卷上相应地址对应源卷上的地址位图标识是否为已拷贝到快照卷，若是，则将临时快照卷上的数据拷贝到源卷相应地址，并删除相应索引；否则执行下一步骤；C2.读取临时快照卷上的下一个数据，返回步骤B2。应用本发明，可提高快照时对主机写数据响应速度，缩短快照时的写延迟。

Description

一种快照过程中向源卷写数据的方法

技术领域

本发明涉及磁盘阵列数据备份技术，特别是指一种快照过程中向源卷写数据的方法。

背景技术

在磁盘阵列(RAID，Redundant Access Independent Disk)系统中，对于数据的备份要求很高，不仅要求在数据备份过程中不能中断当前的业务，还要求尽可能减少备份过程给主机其他操作带来的影响。目前，通常使用快照(Snapshot)技术来实现数据的快速备份。快照是一种数据快速备份技术，可以在很短的时间内为当前的逻辑卷建立一个拷贝。这里所述当前逻辑卷即源卷，建立的拷贝称为快照卷。

目前，在快照过程中，RAID系统同时接收主机下发的写数据请求时，主机通过源卷、快照卷和临时快照卷的配合，并通过维护一个位图和一个指针链表即可实现快照过程中主机对源卷的写数据。这里的临时快照卷用来存储临时数据，位图用来标识源卷中的数据是否被更新以及是否已拷贝到快照卷。

在快照过程中，主机向源卷下发的新数据可能会覆盖尚未备份到快照卷中的源卷数据，这种情况下，首先将源卷相应分条(Strip)的原数据拷贝到临时快照卷，并通过指针记录拷贝到临时快照卷上的分条位置，以用于快照时从指针所定位的临时快照卷的分条位置读取该原数据到快照卷。同时，对于源卷中的每一个分条，通过一个两位位图A和B进行标识，一个位图A用来标识快照期间源卷上该分条内容是否被主机更新过，另一个位图B用来标识该分条内容是否已经拷贝到快照卷上。

快照启动时，首先初始化位图，将源卷各分条的位图A、B全部置位为0，然后启动一后台拷贝线程，依次将源卷上的数据从低地址到高地址逐个分条拷贝到快照卷上。每拷贝完一个分条数据，就将该分条的位图A、B修改为1。快照过程中主机下发写数据请求后，参见图1所示，主机对源卷的写数据过程包括以下步骤：

步骤101：主机接收到写数据请求的命令，首先检查将要写入的源卷分条的位图标识，若位图A＝1，则直接写到该分条中，完成数据的写入，结束；若位图A＝0且B＝0，则表示该分条未被主机更新过、还未拷贝到快照卷上，则暂时将写数据请求挂起，先在临时快照卷分配一个分条，并在指针链表中添加指向该分条的指针，然后将源卷上该分条的数据复制到临时快照卷的分条上，之后再执行步骤102。

步骤102：恢复主机的写数据请求，将新数据写入源卷相应分条位置，并修改位图标识A＝1。

当快照的拷贝线程涉及到步骤102所述位图A＝1且B＝0的分条时，根据步骤101所述指针链表将临时快照卷上的数据拷贝到快照卷，然后删除该指针，并修改相应源卷分条的位图B＝1。

可以看出，在快照期间，主机向源卷发出写数据请求的时候，若源卷中相关分条的旧数据尚未拷贝到快照卷或者临时快照卷，则需要先暂时悬挂起主机的写数据请求，将源卷上相关分条的旧数据拷贝到临时快照卷上，之后继续主机的写数据请求，将新数据写入源卷。由于需要暂时悬挂写数据请求，因此主机对用户下发的写数据请求的响应延时还是比较大，导致用户发起写数据请求时，要等待一定时间才能将数据写入。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种快照过程中向源卷写数据的方法，提高快照期间对主机写数据的响应速度，缩短快照时的主机写延迟。

在快照启动时将源卷各地址对应的位图初始化，依次将源卷上的数据顺序逐个地址拷贝到快照卷上，每拷贝完一个地址，将该地址对应的位图进行置位，主机接收到向指定源卷地址写数据的命令时，该方法包括一个快照中的写流程和回写流程：

快照中的写流程包括以下步骤：

A1、判断是否存在所述源卷地址指向临时快照卷的索引，若存在，则将数据写入所指向的临时快照卷的地址中，否则执行下一步；

B1、建立一条指向临时快照卷相应地址的索引，将数据写入临时快照卷的该地址内；

回写流程包括以下步骤：

A2、判断是否符合预先设定的回写流程启动条件，若符合，则执行步骤B2；否则返回步骤A2；

B2、判断临时快照卷上相应地址对应源卷上的地址位图是否已经置位，若是，则将临时快照卷上的数据拷贝到源卷相应地址，并删除相应索引；否则执行下一步骤；

C2、读取临时快照卷上的下一个数据，并返回步骤B2，直到临时快照卷中各分条的数据全部恢复到源卷对应的分条上。

其中，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：B10、判断进行写操作的源卷地址的相应位图，若位图已经置位，则将数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1。

其中，步骤B2判断出临时快照卷上相应地址对应源卷上的地址位图没有置位时，步骤B2、C2之间进一步包括步骤B21：将源卷上该地址数据拷贝到快照卷，对相应位图进行置位，并将临时快照卷上的数据拷贝到源卷相应地址，删除相应索引。

其中，步骤A2所述预先设定的启动条件为：将源卷地址数据拷贝到快照卷时，检测到所述源卷地址存在索引。

其中，步骤A2所述预先设定的启动条件为：检测到步骤B1建立的索引长度超过预定的门限值，或为检测到预先设置的定时器到达预定的值。

其中，步骤A2所述预先设定的启动条件为：检测到该源卷的下一份快照进程启动。

其中，该方法进一步包括：挂起所检测到的下一份快照进程，检测到回写流程结束时，恢复所述下一份快照进程。

其中，启动下一份快照进程后，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：B10、判断源卷中所要写入地址的相应各个快照的位图，若位图均已经置位，则将数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1；相应的步骤B2所述源卷上的地址位图已经置位的地址是指各个快照位图均已经置位的地址。

其中，启动所述的下一份快照进程后，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：B10、各个快照进程记录各自快照的拷贝进度，根据记录的拷贝进度判断源卷中所要写入的地址中的数据是否已经被各个快照进程拷贝到各自快照卷，若是，则将该数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1；相应的步骤B2所述源卷上的地址位图已经置位的地址是指各个快照位图均已经置位的地址。

由上述方法可以看出，本发明在快照过程中，对主机的数据写入首先写到临时快照卷上，避免了要等待拷贝旧数据而挂起主机写数据请求的问题出现，在将源卷的数据拷贝到快照卷后，再将临时快照卷上的数据恢复到源卷上。整体上提高了快照期间主机对用户写数据请求的响应速度，减少了快照过程给用户带来的写延迟。

附图说明

图1为现有技术下快照过程中的写操作流程图。

图2为本发明快照过程中的写操作流程图。

图3为第一份快照过程中进行第二份快照流程图。

具体实施方式

本发明提供一种快照过程中主机向源卷写数据的方法。在快照过程中，主机向源卷发出写数据请求时，其新数据均写到临时快照卷上，并通过索引将源卷相应分条与临时快照卷写入数据的分条建立联系，执行快照时从源卷依次将各分条数据拷贝到快照卷，之后再将临时快照卷上的数据恢复到源卷上，实现在快照过程中主机的写数据。使用该方法，在快照过程中主机不用挂起写数据请求，因此不必用户等待，提高了快照过程中写数据请求命令的响应速度。

本发明涉及索引表和一个位图C，其中索引表用来将所要写入的源卷分条与所写入的临时快照卷的分条建立对应关系，与背景技术所述的指针链表的功能相同；其中的位图C用来标识源卷相应分条的数据是否拷贝到快照卷。

快照启动时，将源卷各分条对应的位图C全部初始化为0，表示这些分条的数据没有拷贝到快照卷上。然后启动一后台拷贝线程，依次将源卷上的数据从低地址到高地址逐个分条拷贝到快照卷上，每拷贝完一个分条数据，就将该分条位图C置为1，表示该分条的数据已经拷贝到快照卷上。

图2为本发明快照过程中的写操作流程图。本发明实现快照过程中向源卷写数据的过程，包括一个快照中的写流程和回写流程，如图2所示，快照中的写流程包括步骤201-202，回写流程包括步骤203-204。其中，可以通过预先设定索引长度门限，当索引长度达到门限值时，触发回写流程。以下通过具体实施例和参照附图2，对本发明进一步详细说明。

步骤201：快照期间，主机接收到用户写数据请求命令后，主机首先根据索引表中是否存在相应分条的索引，来判断在临时快照卷相应分条中是否存有数据，若索引表中存在该分条的索引，表示临时快照卷相应分条存有数据，则将数据写入临时快照卷的该分条中，即，对临时快照卷中的数据进行更新；若不存在该分条的索引，则执行步骤202。

步骤202：主机检测源卷中该分条的位图C，若C＝1，表示快照进程已经将源卷上该分条数据拷贝到快照卷，则将该数据写入源卷的该分条中，完成数据向源卷的写入；若C＝0，表示快照进程还没有将源卷上该分条数据拷贝到快照卷，则不对源卷进行更新，而建立一条索引指向临时快照卷对应的分条，将主机下发的数据写入临时快照卷的该分条内。方便起见，数据存储在临时快照卷上的位置与源卷上的位置可以一一对应，例如，若无法在源卷逻辑地址5-10对应的分条写入数据，则主机直接将新数据写到临时快照卷相同的逻辑地址5-10的分条位置上。

当索引长度超过预先设定的长度门限时，启动回写流程，即，将临时快照卷各分条的数据逐个分条移动到源卷对应的分条上。其中，所述的启动回写流程的方法除了通过索引长度的控制来启动外，也可以采用定时器定时启动，或者由下一份快照进程开始时启动。所述的回写过程包括以下步骤：

步骤203：读取临时快照卷的一条记录，判断该记录对应的源卷分条的位图C，若C＝1，则将对应临时快照卷中的数据拷贝到源卷该分条中，并删除该索引，然后执行步骤204；若C＝0，表示快照进程还没有将源卷上该分条数据拷贝到快照卷，则将该分条悬挂不作处理，执行步骤204。

步骤204：读取临时快照卷中下一个数据，并返回步骤203，直到临时快照卷中各分条的数据全部恢复到源卷对应的分条上。

其中步骤204也可以是：将源卷中该分条数据拷贝到快照卷，并置C＝1，然后将对应临时快照卷中的数据拷贝到源卷该分条中，并删除该索引。之后读取临时快照卷中下一个数据，并返回步骤203，直到临时快照卷中各分条的数据全部恢复到源卷对应的分条上。

其中，上述的回写流程也可以通过以下方式实现。在快照过程中，源卷某分条数据拷贝到快照卷后，将该分条位图C置为1，然后检测该分条是否存在索引，若是，表示在临时快照卷中对应分条有新数据存在，将临时快照卷中该分条数据拷贝到源卷的该分条上，并删除该索引，然后继续快照进程；否则继续进行快照，拷贝下一个数据到快照卷。

另外，对于一个源卷来说，同一时刻可能存在多个快照，参见附图3所示进行说明。当在第一份快照过程中，收到第二份快照的命令，则首先挂起第二份快照进程，并启动回写流程，将临时快照卷中各分条的数据全部恢复到源卷相应分条上。回写流程结束后，创建第二份快照的位图，开始第二份快照。通过启动回写流程，保证在第二份快照启动时刻，当前源卷上的数据更新为此时刻的最新数据，也就保证了第二份快照的内容均为此时刻的最新数据，保证快照内容的准确性。

两次快照的位图分别为各自快照进程服务，第二份快照初始化位图，并不会对正在进行的第一份快照进程有影响，也就是说第二份快照不会与第一份快照引起冲突。当这种多快照情况下，主机下发写数据请求时，首先先分析源卷相应分条的多个快照的位图C，若均为1则覆盖写入源卷，若存在一个快照相应位图C为0，则写入临时快照卷并建立索引。这样，实现了当各个快照对于该分条都完成了拷贝，则数据写入源卷，当对于最慢的快照进度来说，还没有将该分条原数据拷贝到快照卷，则写入临时快照卷。

当然，由于快照是从低地址到高地址线性拷贝数据，也可以通过各个快照进程记录各自快照的拷贝进度，根据记录的拷贝进度来判断当前分条的原数据是否已经被各个快照进程都进行了拷贝，若是，则将新数据写入源卷的该分条中，完成写操作；否则，写入临时快照卷并建立索引。

本发明以分条为单位进行说明，显然，当所述的单元为磁道、块(Block)或其他存储单位时，该发明仍然适用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种快照过程中向源卷写数据的方法，快照启动时将源卷各地址对应的位图初始化，依次将源卷上的数据顺序逐个地址拷贝到快照卷上，每拷贝完一个地址，将该地址对应的位图进行置位，主机接收到向指定源卷地址写数据的命令时，其特征在于，该方法包括一个快照中的写流程和回写流程：

快照中的写流程包括以下步骤：

A1、判断是否存在所述源卷地址指向临时快照卷的索引，若存在，则将数据写入所指向的临时快照卷的地址中，否则执行下一步；

B1、建立一条指向临时快照卷相应地址的索引，将数据写入临时快照卷的该地址内；

回写流程包括以下步骤：

A2、判断是否符合预先设定的回写流程启动条件，若符合，则执行步骤B2；否则返回步骤A2；

B2、判断临时快照卷上相应地址对应源卷上的地址位图是否已经置位，若是，则将临时快照卷上的数据拷贝到源卷相应地址，并删除相应索引；否则执行下一步骤；

C2、读取临时快照卷上的下一个数据，并返回步骤B2，直到临时快照卷中各分条的数据全部恢复到源卷对应的分条上。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：

B10、判断进行写操作的源卷地址的相应位图，若位图已经置位，则将数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B2判断出临时快照卷上相应地址对应源卷上的地址位图没有置位时，步骤B2、C2之间进一步包括步骤B21：将源卷上该地址数据拷贝到快照卷，对相应位图进行置位，并将临时快照卷上的数据拷贝到源卷相应地址，删除相应索引。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A2所述预先设定的启动条件为：将源卷地址数据拷贝到快照卷时，检测到所述源卷地址存在索引。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A2所述预先设定的启动条件为：检测到步骤B1建立的索引长度超过预定的门限值，或为检测到预先设置的定时器到达预定的值。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A2所述预先设定的启动条件为：检测到该源卷的下一份快照进程启动。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：挂起所检测到的下一份快照进程，检测到回写流程结束时，恢复所述下一份快照进程。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，启动下一份快照进程后，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：

B10、判断源卷中所要写入地址的相应各个快照的位图，若位图均已经置位，则将数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1；

相应的步骤B2所述源卷上的地址位图已经置位的地址是指各个快照位图均已经置位的地址。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，启动所述的下一份快照进程后，步骤A1、B1之间进一步包括步骤：

B10、各个快照进程记录各自快照的拷贝进度，根据记录的拷贝进度判断源卷中所要写入的地址中的数据是否已经被各个快照进程拷贝到各自快照卷，若是，则将该数据写入源卷该地址中，结束；否则，执行步骤B1；

相应的步骤B2所述源卷上的地址位图已经置位的地址是指各个快照位图均已经置位的地址。

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