CN100418062C - 复制控制器及其方法 - Google Patents

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Abstract

在接收到第一复制请求并激活从复制源区域到复制目的地区域的复制操作后，当生成复制源区域和或复制目的地区域中至少一个的数据更新时，记录表示更新段的信息。当接收到第二复制请求时，根据记录的信息，将与更新段相对应的复制源区域中的数据复制到复制目的地区域。

Description

复制控制器及其方法
技术领域
本发明涉及控制用于根据来自主机设备的指令在指定时间在存储设备中准备数据拷贝的复制操作的设备，及其方法。
背景技术
作为用于准备在具有一个或多个磁盘设备(磁盘驱动器)的存储设备(盘阵列)中存储的数据的拷贝的传统方法，存在如下两种方法：
(1)通过主机设备复制的方法
在该方法中，如图1A所示，主机设备11从复制源逻辑单元21读取要被复制的数据，并且将该数据写到目的地逻辑单元22。逻辑单元等同于主体机系统中的卷(volume)，并且等同于开放系统中的薄片(slice)或分区(partition)。
(2)从存储设备复制的方法
在该方法中，如图1B所示，主机设备11向存储设备12发出复制指令。一旦接收到指令，存储设备12从逻辑单元21读取要被复制的数据，并且将数据写到逻辑单元22上。
这样，用于在存储设备中执行复制操作的功能是众所周知的，还提出了一种被称作OPC(单点复制)的功能(例如，见日本早期公开专利No.2001-166974)，其中扩展了上述功能。如图1C所示，OPC根据如下步骤工作。
1、存储设备从主机设备接收复制指令。
2、存储设备假设在发出复制指令时数据复制逻辑上已被完成，并且立即执行对主机设备的复制完成响应。
3、在执行复制完成响应后，存储设备物理上将实际数据从复制源逻辑设备复制到复制目的地逻辑设备。
4、存储设备执行如下动作，这些动作与从主机设备到其中未完成实际数据复制的区域的读/写访问有关。
A、到复制源的未复制区域的读访问：
存储设备执行正常操作，即，正常读取实际数据。
B、到复制源的未复制区域的写访问：
在现有数据被复制到复制目的地之后，写入指定的实际数据。
C、到复制源的未复制区域的读访问：
在从复制源复制实际数据之后，读取被复制的数据。
D、到复制源的未复制区域的写访问：
按现状写入指定的实际数据。此后，将该区域指定为已复制。
通过执行这些操作，复制操作所需的时间，即直至上述第2项中的响应被返回到主机设备的时间，在主机设备一侧看来变得非常短。例如，即使复制千兆字节的数据，看起来也只需几秒钟就能完成。
日本早期公开专利No.11-345158涉及一种在包括盘设备的信息处理系统中获得转储(dump)的方法。
在前述传统存储设备的复制控制操作中存在如下问题。
OPC是这样的功能，其将整个或一部分的指定逻辑设备(复制源，后文中称为Src)的快照复制到指定逻辑单元(复制目的地，后文中称为Dest)。在OPC中，在每次启动时从Src到Dest执行整个指定范围的物理复制。因为在物理复制期间控制器和磁盘设备的负载是如此之重，以致整个存储设备的性能与不进行物理复制时相比被劣化。
发明内容
本发明的目的是减少存储设备执行复制操作时的负载，并且防止整个存储设备的性能恶化。
根据本发明的复制控制器包括存储设备和处理设备，并且控制将数据从复制源区域复制到复制目的地区域的数据复制操作。
在接收到第一复制请求、完成从复制源区域到复制目的地区域的逻辑复制并激活物理复制过程后，如果在源区域或目的地区域的至少一个中生成数据更新，则存储设备存储表示复制源区域和复制目的地区域的更新段(update section)的信息。处理设备将表示更新段的信息记录到存储设备中，并且当接收到第二复制请求时，基于存储在存储设备中的表示更新段的信息，控制用于将数据从与更新段相对应的复制源区域复制到复制目的地区域的数据复制操作。
附图说明
图1A是示出了通过主机设备进行复制的示图；
图1B是示出了由存储设备进行复制的示图；
图1C是示出了OPC的示图；
图2A是根据本发明的复制控制器的原理图；
图2B是示出了复制请求时的操作的示图；
图3是示出了重复制请求时的操作的示图；
图4是示出了跟踪停止请求后的操作的示图；
图5是存储设备的配置图；
图6是控制器的配置图；
图7示出了初始状态中的位图；
图8示出了第一状态中的位图；
图9示出了第二状态中的位图；
图10示出了第三状态中的位图；
图11示出了第四状态中的位图；
图12示出了第五状态中的位图；
图13示出了第六状态中的位图；
图14示出了位图的合并；
图15示出了OPC中的差异；
图16示出了数据的恢复；以及
图17示出了一种提供程序和数据的方法。
具体实施方式
图2A是根据本发明的复制控制器的原理图。图2A中的复制控制器包括存储设备101和处理设备102，并且控制数据复制操作，其中将数据从复制源区域103复制到复制目的地区域104。
在接收到第一复制请求并激活从源区域103到目的地区域104的复制过程之后，当生成复制源区域103或复制目的地区域104中至少一个的数据更新时，存储设备101存储示出了更新段的信息105。当处理设备102在存储设备101中记录表示更新段的信息并接收到第二复制请求时，其基于存储在存储设备101中的信息105控制复制操作，其中将数据从对应于更新段的复制源区域103复制到目的地区域104。
当处理设备102接收到第一复制请求时，其激活从复制源区域103到复制目的地区域104的数据复制，并且在存储设备101中记录此后生成的数据更新的更新段。然后，当其接收到第二复制请求时，其发起数据复制操作，其中将数据从对应于所记录的更新段的复制源区域103复制到复制目的地区域104。
利用这样的控制，当发出用于与第一复制请求相同的一对复制源区域103和复制目的地区域104的第二复制请求时，在先前的复制被发起之后，可以只对更新区域的数据执行物理复制。
例如，存储设备101和处理设备102分别对应于稍后描述的图6中的存储器602和处理器601，并且源区域103和目的地区域104例如分别对应于前述的Src和Dest。
通常，如果周期性地备份相同的逻辑设备，则不必每次都执行整个Src的物理复制，并且如果物理复制过程能只复制与先前复制操作时不同的数据，则物理复制时间有望减少。
根据本发明，可以只执行对与先前复制操作中不同的数据的物理复制，并且减少了实际复制时间。因此，可以减少物理复制执行期间控制器和磁盘设备的负载，并且防止了整个存储设备的性能恶化。
在本实施例中，实现了记录基于先前的复制的更新信息然后只复制数据中的差异之处的功能(后文称为差异复制功能)。该功能的特征如下：
(1)复制操作瞬时结束(逻辑复制的瞬时完成)。
(2)在完成逻辑复制后，Src和Dest将到所有能识别卷形式的主机的读/写操作确认为相同内容的各自卷。
(3)在完成逻辑复制后，在后台激活物理复制。后文中，该状态称为物理复制状态(见图2B)。
(4)即使在执行物理复制时生成对Src侧的要被复制区域的写请求，也执行该操作，从而使得接收复制请求时的Src的内容能被复制到Dest侧。
(5)即使在物理复制完成之前生成对Dest侧的要被复制区域的读请求，也执行该操作，从而使得能读取与复制请求接收时的Src内容相同的内容。
(6)在完成逻辑复制后，如果生成对Src或Dest的写请求，则据此记录更新段。后文中，记录更新段的状态称为跟踪状态(见图2B和图3)。
(7)即使在完成物理复制后，也继续Src和Dest的逻辑配对，如在跟踪状态中一样(见图2B和图3)。
(8)重复制请求只是将在先前的逻辑复制中生成的更新段的数据从Src侧复制到Dest侧(见图3)。同时，清除到重复制请求时为止所记录的更新段的数据，并且再次开始更新段的数据记录。另外，重复制请求用Src侧的数据覆盖Dest侧的更新段数据。此外，可以在物理复制期间允许重复制请求。
(9)跟踪状态结束并且跟踪停止请求解散逻辑对(见图4)。如果正执行物理复制，则在完成物理复制后不久就立即取消逻辑配对。
前述(1)至(5)与传统OPC功能相同，而前述(6)至(9)是差异OPC特有的特征。
图5是上述存储设备的配置图。图5所示的存储设备501包括主机适配器511和512、控制器513和逻辑设备514至517。每个逻辑设备等同于一个或多个磁盘设备的全部或部分数据区域。逻辑设备的数目不必限于4。
如图6所示，控制器513包括处理器601和存储器602，并且控制对逻辑设备514至517的访问。存储器602存储处理器601所使用的程序和数据，并且处理器601通过执行使用存储器602的程序来执行必需的处理。
在存储器602中，状态表521、复制位图522、Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524被存储为控制信息。状态表521是管理复制状态的控制表，复制位图522是用于控制物理复制的位图。Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524是分别用于记录Src侧和Dest侧上的位置变化的位图。
位图522至524是用于控制等同于逻辑设备内的数据位置数量的位数的数据。在复制位图522中，逻辑“1”表示其中还未完成物理复制的数据位置，而逻辑“0”表示其中完成了物理复制的数据位置。在跟踪位图523和524中，逻辑“1”表示从跟踪开始后已经改变过的数据位置，而逻辑“0”表示还未改变过的数据位置。
主机适配器511和512从主机设备接收请求，并将其传送到控制器513，并且将控制器513生成的响应发送到主机设备。主机适配器511和512可以连接到冗余配置中的相同主机设备，或者可以连接到单独的主机设备。
存储设备501将如下命令识别为用于复制过程控制的外部接口。
(1)开始命令(Start)
(2)重新开始命令(Restart)
(3)跟踪停止命令(Tracking stop)
(4)停止命令(Stop)
(5)状态指示命令(Query)
接下来描述的是在从主机设备接收到这些命令时，存储设备501的操作。
(1)开始命令
控制器513在存储器602中确保用于状态表521、复制位图522、Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524的区域，并且确认逻辑复制的完成。在状态表521中注册诸如Src和Dest逻辑设备号码(LUN)之类的控制信息。如图7所示，复制位图522的初始值被确定为全1(所有的位都被设置为逻辑“1”)，而跟踪位图523和524的初始值被确定为全0(所有的位都被设置为逻辑“0”)。
此后，控制器513在后台开始物理复制。
(a)对与复制位图522中“1”的位相对应的数据执行从Src到Dest的物理复制。这种情形中，如图8所示，在复制位图522中，与已复制区域相对应的位从“1”变为“0”。
(b)当接收到对Src中已复制区域的读请求时，从Src读出数据。不更新位图522至524。
(c)当接收到对Src中已复制区域的写请求时，在Src写入数据后，Src跟踪位图523中对应位置的位从“0”变为“1”，如图9所示。
(d)当接收到对Src中未复制区域的读请求时，从Src读出数据。不更新位图522至524。
(e)当接收到对Src中未复制区域的写请求时，在从Src到Dest的物理复制完成后，位图522中对应位置的位从“1”变为“0”，如图10所示。此后，Src写入数据，并且Src跟踪位图523中的对应位置的位从“0”变为“1”。
即，跟踪位图中目的地位置从“0”变为“1”。
(f)当接收到对Dest中已复制区域的读请求时，从Dest读出数据。不更新位图522至524。
(g)当接收到对Dest中已复制区域的写请求时，在Dest写入数据后，Dest位图524中对应位置的位从“0”变为“1”，如图11所示。
(h)当接收到对Dest中未复制区域的读请求时，在执行从Src到Dest的物理复制后，从Dest读出数据，如图12所示，复制位图522中对应位置的位从“1”变为“0”。
(i)当接收到对Dest中未复制区域的写请求时，在Dest写入数据后，复制位图522中对应位置的位从“1”变为“0”，Dest跟踪位图524中对应位置的位从“0”变为“1”，如图13所示。不必执行从Src到Dest的物理复制。
(2)重新开始命令
(a)如果先前的物理复制完成，则复制位图522被确定为全0。这种情形中，控制器513将复制位图522设置为Src跟踪位图523与Dest跟踪位图524通过逻辑加计算得到的合并结果。此后，Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524被设置为全0，并且开始物理复制。
接下来的操作与开始命令的(a)至(i)相同。
(b)如果先前的物理复制未完成，则复制位图522中某些位仍被设置为“1”。这种情形中，控制器513将复制位图522设置为复制位图522与Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524通过逻辑加计算得到的合并结果，如图14所示。此后，如前述(a)中的情形一样，src跟踪位图523和Dest跟踪位图524被复位为全0，并且开始物理复制。
(3)跟踪停止命令
(a)如果物理复制已经完成，则控制器513释放所有的控制信息，并且终止复制处理。
(b)如果物理复制未完成，则控制器513释放Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524。物理复制根据复制位图522继续进行，并且当所有区域的复制都完成时，控制器513释放状态表521和复制位图522，并且终止复制处理。
(4)停止命令
控制器513释放所有控制信息，并且终止复制过程。如果物理复制未完成，则不能保证Dest侧的数据完整性。
(5)状态指示命令
控制器513向主机设备通知关于正在执行的复制过程的如下信息。
·Src的LUN
·Dest的LUN
·物理复制的过程状态
·是否有跟踪
接着，下面描述差异复制功能的扩展应用。如图15所示，如果通过从Src到Dest的差异OPC准备了备份数据，则当由于软件因素或个人操作错误而不是硬件因素导致发生数据损坏时，可以通过将Src和Dest彼此切换并启动OPC来恢复数据。
在这种情形中，在Src跟踪位图523中记录在已创建备份数据后由数据损坏导致的更新段。然后，将其中Src和Dest彼此切换的OPC判断为“用于数据恢复的OPC”，并且启动从Dest到Src的OPC，如图16所不。
此时，控制器513将其上的Src跟踪位图523的数据设置为复制位图522的初始值，并且仅从Dest到Src复制Src的更新段，由此使得能够使用Dest中的数据只恢复被损坏的数据，并且与复制所有数据的恢复方法相比，这种方法缩短了物理复制所需的时间。
图17示出了一种用于提供控制器513的处理器601用来进行处理的程序和数据的方法。存储在外部设备1701以及诸如信息处理器之类的便携式记录介质1702中的程序和数据被载入存储设备501内的控制器513的存储器602。
外部设备1701生成携带程序和数据的载波信号，并通过通信网络上的任意传输介质将其传输到存储设备501。便携式记录介质1702是任意计算机可读记录介质，例如存储卡、软盘、光盘、磁光盘等。处理器601通过使用数据来执行程序，以实现必要的处理。
虽然在图5所示的存储设备501中使用了磁盘设备，但是本发明也可以应用于其他盘设备，诸如光盘和磁光盘，或者可以应用于连接有诸如磁带设备之类的其他存储器设备的存储设备。
另外，控制器513不必同时包括Src跟踪位图523和Dest跟踪位图524，也可以通过使用单个跟踪位图来实现差异复制功能。
例如，如果准备了备份数据，因为Dest中的数据不是经常更新的，所以控制器包括记录Src中的更新段的跟踪位图就足够了。另外，如果在同一跟踪位图中记录Src和Dest中的更新段，则当接收到重新开始命令时，不必将两个跟踪位图合并。

Claims (10)

1. 一种用于控制数据复制操作的复制控制器，在所述复制操作中将数据从复制源区域复制到复制目的地区域，所述复制控制器包括：
存储设备，在接收到第一复制请求、完成从所述复制源区域到所述复制目的地区域的逻辑复制并激活物理复制后，当生成所述复制源区域或所述复制目的地区域中至少一个的数据更新时，所述存储设备存储表示所述复制源区域和所述复制目的地区域的更新段的信息；和
处理设备，当表示所述更新段的信息被记录到所述存储设备中并且接收到第二复制请求时，基于存储在所述存储设备中的表示所述更新段的信息，发起用于将数据从与所述更新段相对应的所述复制源区域复制到所述复制目的地区域的数据复制操作。
2. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中所述处理设备在接收到所述第一复制请求时，在确认逻辑复制完成后，发起将数据从所述复制源区域复制到所述复制目的地区域的数据物理复制操作，并且将表示在确认逻辑复制完成后所生成的数据更新的更新段的信息记录到所述存储设备。
3. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中即使在基于所述第一复制请求的物理复制完成后，所述处理设备也继续记录表示所述更新段的信息的处理。
4. 根据权利要求3所述的复制控制器，其中当接收到记录停止请求时，所述处理设备终止记录表示所述更新段的信息的处理。
5. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中在基于所述第二复制请求的复制被激活之后，所述处理设备开始将表示新生成的数据更新的更新段的信息记录在所述存储设备中的处理。
6. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中在根据所述第一复制请求完成物理复制后，接收到所述第二复制请求时，所述存储设备存储表示所述复制源区域的更新段的复制源跟踪信息以及表示所述复制目的地区域的更新段的复制目的地跟踪信息，并且所述处理设备发起将与所述复制源跟踪信息对应的数据和与所述复制目的地跟踪信息对应的数据从所述复制源区域复制到所述复制目的地区域的数据复制操作。
7. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中在根据所述第一复制请求的物理复制还未完成的情况下接收到所述第二复制请求时，所述存储设备存储表示所述复制源区域中的更新段的复制源跟踪信息以及表示所述复制目的地区域中的更新段的复制目的地跟踪信息，并且所述处理设备发起对尚未完成复制的数据的复制操作，其中将与所述复制源跟踪信息对应的数据和与所述复制目的地跟踪信息对应的数据从所述复制源区域复制到所述复制目的地区域。
8. 根据权利要求1所述的复制控制器，其中当在所述复制源区域中执行数据恢复时，所述存储设备存储表示所述复制源区域中的更新段的信息，并且所述处理设备发起将与所述复制源区域中的更新段对应的数据从所述复制目的地区域复制到所述复制源区域的复制操作。
9. 一种具有复制源区域和复制目的地区域的存储设备，其包括：
用于接收复制请求的接收装置；
存储装置，在接收到第一复制请求、完成从所述复制源区域到所述复制目的地区域的逻辑复制并激活物理复制后，当生成所述复制源区域或所述复制目的地区域中至少一个的数据更新时，所述存储装置存储表示所述复制源区域和所述复制目的地区域的更新段的信息；和
处理装置，当表示所述更新段的信息被记录到所述存储装置中并且接收到第二复制请求时，基于存储在所述存储装置中的表示所述更新段的信息，发起将数据从与所述更新段对应的所述复制源区域复制到所述复制目的地区域的数据复制操作。
10. 一种复制控制方法，用于控制将数据从复制源区域复制到复制目的地区域的数据复制操作，其中：
在接收到第一复制请求、完成从所述复制源区域到所述复制目的地区域的逻辑复制并激活物理复制后，当生成所述复制源区域或所述复制目的地区域中至少一个的数据更新时，记录表示所述复制源区域和所述复制目的地区域的更新段的信息；以及
当接收到第二复制请求时，根据表示所述更新段的信息，将与所述更新段对应的所述复制源区域中的数据复制到所述复制目的地区域。
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