CN102012852A - 一种增量写快照的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增量写快照的实现方法，在快照卷中分别维护写时拷贝数据地址映射表和写快照数据地址映射表；该方法包括如下步骤：A、接收到对快照卷进行的写操作命令后，判断该写操作命令的目的地址是否在写快照数据地址映射表中存在，若是，执行步骤B，否则执行步骤C；B、将新的待写的数据覆盖快照数据区中对应位置的数据，然后结束本次写操作；C、申请新的空间来存放待写的数据，记录待写的数据的地址映射关系到写快照数据地址映射表中，然后结束本次写操作。由于本发明通过针对增量快照的写操作采用写重定向技术，并且通过写快照数据地址映射表记录这一重定向，从而解决了增量快照在被写后与其相关联的快照不可用这一缺点，并且也保证了被写的快照本身的可用性。

Description

一种增量写快照的实现方法

技术领域

本发明涉及计算机及网络存储技术领域，特别涉及一种增量写快照的实现方法。

背景技术

信息技术的加速发展，使得企业的关键业务数据的规模日益膨胀，不仅要求存储容量越来越大，对数据安全的要求也越来越高。随着存储应用需求的提高，用户需要在线备份和保护数据。快照(Snapshot)技术是一种有效的在线数据保护方法，能够快速实现在线数据备份。

快照是指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括指定数据集合在某个时间点的映像。指定数据集合称为源数据区，某个时间点的映像称为快照数据区。目前的快照技术主要有两种：写时拷贝(Copy-On-Write)和重定向写(Redirect-On-Write)。其中写时拷贝技术在创建快照时，不进行任何数据拷贝，仅需为源数据区初始化快照引用指针索引，标识该时间点数据实际所处位置，瞬间即可完成创建写时拷贝快照。因此，写时拷贝技术占用空间小，创建速度快，且对源数据区访问性能影响较小，广泛应用于各种快照系统中。

写时拷贝技术按指定大小单元将源数据区划分为若干数据块(chunk)，数据块是快照处理数据的基本单位。写时拷贝的原理如下：创建写时拷贝快照后，当源数据区收到写数据请求时，存储系统首先查找快照引用指针索引，判断源数据区待修改的数据块是否建立了引用指针，若该数据块未建立引用指针，则先将该数据块拷贝到快照数据区，并建立该数据块的引用指针，然后更新源数据区数据块；若该数据块已经建立了引用指针，则表示该数据块已经拷贝到快照数据区，可直接更新该数据块。这样快照数据区就备份了源数据区快照后所有的更改数据，即生成了源数据区在快照创建时间点的映像。图1所示为写时拷贝原理示意图。当对一个逻辑卷创建快照时，逻辑卷就是该快照的源卷，同时快照卷会从配对卷中获得存储空间用来存储需要记录的数据。配对卷是为快照卷提供存储空间的存储池。

当有一个对源卷的写操作时，情况如图2。假设要将内容“S”到写入源卷原存储内容为“c”的位置，写时拷贝逻辑会将源卷的数据“c”拷贝至快照卷的某处，并且记录原先存储“c”内容的源卷地址与现在存储的c”内容的快照卷地址的映射关系。完成该操作后，再将内容“S”写入到源卷。这个逻辑过程就是写时拷贝(copy-on-write)。当用户想要通过快照访问源卷存储内容“c”的位置时，快照逻辑会通过上述所存储的映射关系，将快照存储内容“c”返回给用户，相当于用户就读到了源卷在快照创建时的内容。

基于写时拷贝原理，进一步出现了增量快照技术。增量快照会将对源卷创建的若干快照当作一个整体做写时拷贝操作。即在同一个时刻，只会做一次写时拷贝操作。假设对源卷在不同的时间点依次创建了快照卷A、B、C后，当对源卷进行写操作时，如果将被写覆盖的源卷上的数据并未被拷贝至快照卷C，则需要进行写时拷贝。写时拷贝需要快照卷存储的数据仅存储在快照C上(即最后的一个快照卷)，即便是这块数据有可能在创建快照A后就一直没有被更改过。当对快照A读取上述被改的位置的数据时，快照A所依赖的数据在快照C中，根据逻辑关系，可以找到快照C中的数据并返回给用户。

当增量快照实现写操作时，如果该写操作所要写的位置的数据已经在快照卷中存在，则会直接写该快照卷相应的位置。如果不存在，则会分配一个新的存储空间，并将要写的数据写入该新的存储空间。因为这样做，则原有快照的数据就被新写入的数据覆盖，该快照的数据就脏了。而根据增量快照的原理，与之相关联的同一个源卷的其他快照卷就无法继续使用了。

写时拷贝技术可以在每次写入新数据或已有数据被更新时，生成对存储数据改动的快照。这样做可以在发生硬盘写错误、文件损坏或程序故障时迅速地恢复数据。但是，如果需要对网络或存储媒介上的所有数据进行完全的存档或恢复时，所有以前的快照都必须可供使用。由于采取增量快照技术，如果一个快照被写，则所有的快照都会受到影响，其他快照依赖于被写的快照的数据会被破坏，从而导致与该快照关联的对同一个逻辑卷所做的所有快照都会失效(既无法读写也无法用于回滚)，而该快照本身的数据也会被破坏。

发明内容

本发明提供了一种改进的增量写快照的实现方法，可以在对采用增量写快照技术的快照卷进行写操作时，不破坏与该快照卷关联的其他快照卷的数据。

本发明实施例提出的一种增量写快照的实现方法，在快照卷中分别维护写时拷贝数据地址映射表和写快照数据地址映射表；写时拷贝数据地址映射表用于记录写时拷贝时，被拷贝的数据在源卷上的地址与该数据在快照卷上的地址的对应关系；写快照数据地址映射表用于记录写快照时，写命令指明的写地址与将该写命令重定向到快照卷的地址的对应关系；该方法包括如下步骤：

A、接收到对快照卷进行的写操作命令后，判断该写操作命令的目的地址是否在写快照数据地址映射表中存在，若是，执行步骤B，否则执行步骤C；

B、将新的待写的数据覆盖快照数据区中对应位置的数据，然后结束本次写操作；

C、申请新的空间来存放待写的数据，记录待写的数据的地址映射关系到写快照数据地址映射表中，然后结束本次写操作。

较佳地，在所述步骤C之后，该方法进一步包括：

D、接收对已写快照卷的读操作命令，查找写快照数据地址映射表，判断该读操作命令对应的地址已经存在于写快照数据区中，若是，执行步骤E，否则，执行步骤F；

E、根据写快照数据地址映射表读取相应的内容，并结束本次读操作；

F、查找写时拷贝数据地址映射表，判断该地址是否已经存在于写时拷贝快照数据区中，若是，根据写时拷贝映射表在写时拷贝数据区读取相应的内容；否则，从源卷相应地址读取内容。

本发明通过针对增量快照的写操作采用写重定向技术，并且通过写快照映射表记录这一重定向，从而解决了增量快照在被写后与其相关联的快照不可用这一缺点，并且也保证了被写的快照本身的可用性。本发明方案可以达到如下技术效果：

A、在对一个逻辑卷的快照进行写操作后，该逻辑卷的其他快照和被写的快照本身仍然可用(可以进行读写和回滚)；

B、在对一个逻辑卷的快照进行写操作后，该快照的数据虽然被修改，但该快照被写前的数据依然完整，仍旧可以访问该快照被写前的数据。

附图说明

图1为现有技术中的写时拷贝原理示意图；

图2为对源卷进行写操作的示意图；

图3中描述了快照的存储空间及源卷的存储空间的分配图；

图4为本发明实施例提出的写快照实现流程图；

图5为本发明实施例提出的读取已写过的快照内容的流程图。

具体实施方式

为使本发明技术方案以及优点更加清楚，以下通过具体实施例对本发明方案进行详细说明。

快照的实现是基于逻辑存储空间的。图3中描述了快照的存储空间及源卷的存储空间的分配图。快照卷301的存储空间包括写时拷贝数据区302和写快照数据区。写时拷贝数据区302中存储由在对源卷进行读写时产生的的写时拷贝数据，写快照数据区303中存储写快照时产生的写快照数据。快照卷301分别维护写时拷贝数据地址映射表和写快照数据地址映射表。写时拷贝数据地址映射表用于记录写时拷贝时，被拷贝的数据在源卷上的地址与该数据在快照卷上的地址的对应关系。写快照数据地址映射表用于记录写快照时，写命令指明的写地址与将该写命令重定向到快照卷的地址的对应关系。通过维护这两张表来管理快照的写时拷贝数据与写快照的数据，从而实现写快照数据与写时拷贝数据分开管理，保证写快照数据不影响在写快照之前产生的写时拷贝数据。图3只是表明写时拷贝数据区302与写快照数据区303在逻辑上是分开的，但在物理上有可能是共存于同一个配对卷304中。

图4示出了本发明实施例提出的写快照的实现流程，包括如下步骤：

步骤401：接收到对快照卷进行的写操作命令；

步骤402：判断该写操作命令的目的地址是否在写快照数据地址映射表中存在，若是，转步骤403，否则转步骤404；

步骤403：将新的待写的数据覆盖快照数据区中对应位置的数据，然后结束本次写操作。

步骤404：申请新的空间来存放待写的数据，记录待写的数据的地址映射关系到写快照数据地址映射表中，然后结束本次写操作。

图5示出了本发明实施例提出的读取已写过的快照内容的流程，包括如下步骤：

步骤501：接收对已写快照卷的读操作命令；

步骤502：查找写快照数据地址映射表，判断该读操作命令对应的地址已经存在于写快照数据区中？若是，转步骤503，否则，转至步骤504；

步骤503：根据写快照数据地址映射表，读取相应的内容，转步骤507；

步骤504：查找写时拷贝数据地址映射表，判断该地址是否已经存在于写时拷贝快照数据区中，是转步骤505，否则，转至步骤506；

步骤505：根据写时拷贝映射表，在写时拷贝数据区读取相应的内容，转步骤507；

步骤506：从源卷的相应地址读取内容，转步骤507；

步骤507：结束本次读操作。

上面两个流程描述了按照本发明的设计，增量快照处理读、写操作的过程。

由于系统维护了两张独立的表(写时拷贝数据地址映射表和写快照数据地址映射表)，并且这两张表所记录的快照卷的空间也没有任何重合，快照卷在被创建时所产生的数据并没有受到破坏。因此与一个被写快照相关联的属于同一个源卷的其他快照仍旧可以使用，而被写的快照本身在被写之前的数据也依然保存完好并且可用。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种增量写快照的实现方法，其特征在于，在快照卷中分别维护写时拷贝数据地址映射表和写快照数据地址映射表；写时拷贝数据地址映射表用于记录写时拷贝时，被拷贝的数据在源卷上的地址与该数据在快照卷上的地址的对应关系；写快照数据地址映射表用于记录写快照时，写命令指明的写地址与将该写命令重定向到快照卷的地址的对应关系；该方法包括如下步骤：

A、接收到对快照卷进行的写操作命令后，判断该写操作命令的目的地址是否在写快照数据地址映射表中存在，若是，执行步骤B，否则执行步骤C；

B、将新的待写的数据覆盖快照数据区中对应位置的数据，然后结束本次写操作；

C、申请新的空间来存放待写的数据，记录待写的数据的地址映射关系到写快照数据地址映射表中，然后结束本次写操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤C之后，该方法进一步包括：

D、接收对已写快照卷的读操作命令，查找写快照数据地址映射表，判断该读操作命令对应的地址已经存在于写快照数据区中，若是，执行步骤E，否则，执行步骤F；

E、根据写快照数据地址映射表读取相应的内容，并结束本次读操作；

F、查找写时拷贝数据地址映射表，判断该地址是否已经存在于写时拷贝快照数据区中，若是，根据写时拷贝映射表在写时拷贝数据区读取相应的内容；否则，从源卷相应地址读取内容。

Images