CN106557274A - 虚拟快照处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚拟快照处理方法及装置，其中，该方法包括：采用获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，当前待处理的虚拟快照用于记录与当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间；若查找出并未为该虚拟资源标识分配物理空间，则为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作。通过本发明，解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

Description

虚拟快照处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种虚拟快照处理方法及装置。

背景技术

存储快照(以下简称快照)是磁盘阵列中一种重要的存储技术，这种快照一般在逻辑单元号(Logic Unit Number，简称为LUN)级(块级)完成，独立于操作系统和文件系统，是某个数据集在某个特定时刻的镜像。一般用于实现数据备份和还原，还可用于进行数据分析和挖掘等。

写时拷贝(Copy-On-Write，简称为COW)是最常用的一种实现快照的技术，当数据第一次写入到某个存储位置(快照源卷)时，先将原有的内容读取出来，写到另一位置处(为快照保留的存储空间)，然后再将数据写入到存储设备(快照源卷)，而当再次对快照源卷的同一位置写操作时将不再执行写时拷贝。根据COW的原理可以看出，为了实现对存储设备的快照，需要额外预留一定的快照存储空间。目前已有的存储产品要么是提前为快照创建足够的逻辑单元号LUN，要么是在创建快照的同时为快照创建一定容量的逻辑单元号LUN。无论哪一种方式，不管快照源卷的数据是否发生变更，都是实际占用了物理存储空间，而且当配置的快照数较多或快照源卷的数据量变化较大时，也可能会出现预留空间不足，需要扩展，而一旦需要扩展时，可能会影响到原有数据的布局，而且扩展期间会影响到正常的数据业务。

另外，根据COW的原理，快照卷上的数据实际上是分布在两个物理空间上的，如果从创建快照时刻开始，未发生变化的数据还在快照源卷上，而发生过变化的数据则已经被拷贝到快照预留空间上。为了实现对快照卷的数据读取，必须要有额外的机制来记录快照源卷的数据变化情况，而且要记录数据拷贝前后的映射关系,我们称之为例外记录。目前业界的存储产品通常在创建快照时，同步分配一定容量的元数据逻辑单元号LUN来保存数据变化和数据映射关系，或者直接使用一定容量的固态硬盘(Solid State Disk，简称为SSD)来代替元数据逻辑单元号LUN。使用元数据逻辑单元号LUN会对源卷的数据业务会带来一定的性能的损耗，首先在创建快照时，需要对元数据进行初始化，其次当快照进行COW时，还需要额外写一次元数据，增加了一次写操作。使用固态硬盘SSD，虽然可以加速COW写元数据的过程，但同时也大大增加了存储产品的成本。

针对相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种虚拟快照处理方法及装置，以至少解决相关技术中在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种虚拟快照处理方法，包括：获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，所述当前待处理的虚拟快照用于记录与所述当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间；若查找出并未为所述虚拟资源标识分配物理空间，则为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作。

可选地，在所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，还包括：判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；若已获取到所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，则将所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

可选地，所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作包括：为所述待处理虚拟资源标识数组中的每一个所述虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行所述写时拷贝COW操作。

可选地，所述获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括：获取在所述快照源卷中发生所述数据变化的目标逻辑区块地址；至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

可选地，所述至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括：VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D，其中，所述VDBLK用于标识所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，所述LBA用于标识目标逻辑区块地址，所述N用于标识虚拟快照的总量，所述M用于标识所述快照源卷的大小，所述D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

可选地，在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，还包括：根据所述快照源卷的逻辑区块地址为所述虚拟快照创建虚拟资源，其中，所述虚拟资源的粒度与所述快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

可选地，在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间之后，还包括：获取所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作；若所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作，则在查找出已为所述虚拟资源标识分配物理空间后，不在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作；若所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作，则读取所述物理空间中的数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种虚拟快照处理装置，包括：第一获取模块，用于获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，所述当前待处理的虚拟快照用于记录与所述当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；查询模块，用于在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间；第一处理模块，用于若查找出并未为所述虚拟资源标识分配物理空间，则为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作。

可选地，所述装置还包括：判断模块，用于在所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；保存模块，用于在已获取到所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识时，将所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

可选地，所述第一处理模块还用于为所述待处理虚拟资源标识数组中的每一个所述虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行所述写时拷贝COW操作。

可选地，所述第一获取模块包括：获取单元，用于获取在所述快照源卷中发生所述数据变化的目标逻辑区块地址；确定单元，用于至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

可选地，所述确定单元用于通过以下方式确定：VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D，其中，所述VDBLK用于标识所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，所述LBA用于标识目标逻辑区块地址，所述N用于标识虚拟快照的总量，所述M用于标识所述快照源卷的大小，所述D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

可选地，所述装置还包括：创建模块，用于在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，根据所述快照源卷的逻辑区块地址为所述虚拟快照创建虚拟资源，其中，所述虚拟资源的粒度与所述快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

可选地，所述装置还包括：第二获取模块，用于在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间之后，获取所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作；第二处理模块，用于在所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作时，在查找出已为所述虚拟资源标识分配物理空间后，不在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作；读取模块，用于在所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取所述物理空间中的数据。

通过本发明，采用获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，当前待处理的虚拟快照用于记录与当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间；若查找出并未为该虚拟资源标识分配物理空间，则为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作。即在虚拟资源中查找是否已为虚拟资源标识分配物理空间，作为是否执行数据变化对应的写时拷贝COW操作的依据，而不需要额外的元数据保存数据变化和数据映射关系，导致的额外的元数据读写操作。解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的虚拟快照处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的虚拟化资源卷结构示意图；

图3是根据本发明实施例的是源卷,快照卷,资源卷LBA之间的关系示意图；

图4是根据本发明实施例的源卷写数据流程示意图；

图5是根据本发明实施例的读取快照卷流程示意图；

图6是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图；

图7是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(一)；

图8是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(二)；

图9是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(三)；

图10是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(四)。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

在本实施例中提供了一种虚拟快照处理方法，图1是根据本发明实施例的虚拟快照处理方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S102，获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，该当前待处理的虚拟快照用于记录与该当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；

步骤S104，查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间；

步骤S106，若查找出并未为该虚拟资源标识分配物理空间，则为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作。

可选地，本实施例中，上述虚拟快照处理方法包括但并不限于应用于存储系统的快照技术中，而不同于相关技术中，需要额外的元数据保存数据变化和数据映射关系，导致增加了额外的元数据读写操作，而是在虚拟资源中查找是否已为虚拟资源标识分配物理空间，作为是否执行数据变化对应的写时拷贝COW操作的依据，进而解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

可选地，在本实施例中，上述当前待处理的虚拟快照包括但并不限于：执行写入操作的待处理的虚拟快照；执行读取操作的待处理的虚拟快照，在此并不作任何限定。

可选地，在本实施例中，在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间之后，还包括但并不限于：在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作时，在查找出已为虚拟资源标识分配物理空间后，不在物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作；在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取该物理空间中的数据。

可选地，在本实施例中，在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，包括但并不限于：根据快照源卷的逻辑区块地址为虚拟快照创建虚拟资源。而不同于相关技术中，不管快照源卷的数据是否发生变更，都实际占用了物理存储空间，造成了存储空间的利用率降低的问题。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

本发明实施例利用虚拟化方法实现资源卷，可最大限度提升存储空间利用率。使用虚拟化资源卷，所有的用户容量都以虚拟存储的形式分配，而实际的物理磁盘空间将根据实际使用情况进行分配也可称之为写分配。如此一来，使用的物理磁盘容量显著降低，进而实现更高效的存储空间利用率。另外，当容量利用率达到预定义的阈值时，需要添加额外物理磁盘时，发出警告，以避免容量短缺。

资源卷的虚拟化,最重要的是虚拟化数据块和物理地址的映射,图2是根据本发明实施例的虚拟化资源卷结构示意图。如图2所示，本发明实施例资源卷虚拟化采用Linuxradix树每个结点有64个slot，key是数据块的逻辑编号(VDBLK)，每个数据条目(item)就是数据块对应的物理地址，键值从左到右分别代表第1-3层结点位置(假设只有3层)。没有孩子的结点在图中不出现。因此，radix树为稀疏树提供了有效的存储，代替固定尺寸数组提供了键值到指针的快速查找也就是虚拟数据块到物理地址的快速查找。具体地，在图2中上述数据块对应的是数据条目6。

资源卷虚拟化之后,创建快照时资源卷也就不再需要指定大小,源卷,快照卷,资源卷逻辑地址(LBA)之间的关系如图3所示。图3是根据本发明实施例的是源卷,快照卷,资源卷LBA之间的关系示意图。

如图3所示：假设源卷的大小为M，那么源卷LBA的地址范围[0，M],第一个快照在资源卷上的LBA的地址范围为[0，M]，第二个快照在资源卷上的LBA地址范围[M，2M]，第N个快照在资源卷上的LBA地址范围[(N-1)*M，N*M]，也就是说传统的增量快照实现中的例外记录不再需要了，源卷和资源卷之间的映射关系通过简单的计算就可以得到。

在实现的时候确保资源卷虚拟化的粒度和快照数据块的大小一致，这样根据源卷的LBA就可以快速的在虚拟资源卷上查询源卷的LBA对应的数据块在该快照上是否已经做过COW操作，这样一来快照源卷位图元数据也就不再需要。

通过本发明实施例，快照COW过程，不需要额外的元数据信息，减少了额外的元数据读写，提高了输入输出IO吞吐率。

在一个可选的实施方式中，在为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，还包括以下步骤：

步骤S11，判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；

步骤S12，若已获取到该全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，则将该全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

可选地，在本实施例中，具体是将获取到的全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中，以满足对全部待处理的虚拟快照执行对应的操作，例如写入和读取操作。

通过上述步骤，进一步解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

在一个可选的实施方式中，为虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作包括以下步骤：

步骤S21，为待处理虚拟资源标识数组中的每一个虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行写时拷贝COW操作。

可选地，在本实施例中，通过为待处理虚拟资源标识数组中的每一个虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行写时拷贝COW操作，进一步解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

在一个可选的实施方式中，获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括以下步骤：

步骤S31，获取在该快照源卷中发生该数据变化的目标逻辑区块地址；

步骤S32，至少根据该目标逻辑区块地址确定该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

可选地，在本实施例中，根据目标逻辑区块地址确定当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，进而在对虚拟快照进行写入或者读取操作时，可以通过该虚拟资源标识找到相应的位置。

在一个可选的实施方式中，至少根据该目标逻辑区块地址确定该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括以下公式获取：VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D。

需要说明的是，上述公式中的VDBLK用于标识该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，LBA用于标识目标逻辑区块地址，N用于标识虚拟快照的总量，M用于标识该快照源卷的大小，D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

例如，假设，假设源卷为10G，对应的虚拟快照也为10G(由于该虚拟快照总共为10G，即M＝10G，那么单位空间为1G，即D＝1G)，其中的2G空间的数据发生变化(即上述LBA为2G)，例如是由0变为1，需要建立第一虚拟快照，将发生变化的数据写入该第一虚拟快照，而当该2G空间的数据又由1变为2时，需要建立第二虚拟快照，将发生变化的数据写入该第二虚拟快照，即该处的标识虚拟快照的总量为N＝2，其中，发生变化的数据写入该第二虚拟快照的写入地址的计算公式为：第二虚拟快照的写入地址＝2+(2-1)*10/1＝12。

通过上述步骤，使得源卷和资源卷之间的映射关系通过简单的计算就可以得到，而无需相关技术中传统的增量快照实现中的例外记录。

在一个可选的实施方式中，在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，还包括以下步骤：

步骤S41，根据快照源卷的逻辑区块地址为该虚拟快照创建虚拟资源，其中，该虚拟资源的粒度与该快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

可选地，在本实施例中，确保资源卷虚拟化的粒度和快照数据块的大小一致，这样根据源卷的LBA就可以快速的在虚拟资源卷上查询源卷的LBA对应的数据块在该快照上是否已经做过COW操作，这样一来快照源卷位图元数据也就不再需要。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

图4是根据本发明实施例的源卷写数据流程示意图。假设,源卷的大小为M,数据块的大小为D,LBA是源卷写入地址,本实施例的写源卷过程包括以下步骤：

步骤S401：获取源卷配置的第一个快照,进入步骤S402；

步骤S402：判断源卷配置的所有快照是否处理完成：当结果为是，进入步骤S409；当结果为否,进入步骤S403；

步骤S403：根据公式:VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D,计算出第N个快照对应的资源卷虚拟数据块编号,进入步骤S404；

步骤S404：在虚拟化资源卷中查询计算出来的VDBLK虚拟数据块编号是否分配物理空间：当结果为是,进入步骤S405；当结果为否,进入步骤S406；

步骤S405：虚拟化资源卷中，VDBLK虚拟数据块编号已经分配物理空间,不需要进行COW操作，进入步骤S408；

步骤S406：虚拟化资源卷中，VDBLK虚拟数据块编号没有分配物理空间,需要进行COW操作，进入步骤S407；

步骤S407：将VDBLK虚拟数据块编号，增加到待处理VDBLK数组，进入步骤S408；

步骤S408：获取源卷配置的下一个快照，进入步骤S402；

步骤S409：判断待处理VDBLK数组是否为空：当结果为是，进入步骤S414；当结果为否，进入步骤S410；

步骤S410：为源卷上的数据块在资源卷上分配物理磁盘空间，进入步骤S411；

步骤S411：读取源卷LBA地址对应的数据块数据，进入步骤S412；

步骤S412：将读取的数据写入资源卷上分配的物理磁盘空间，进入步骤S414；

步骤S414：将待处理VDBLK数组项中的每个VDBLK对应的物理地址修改为分配的物理空间地址，进入步骤S414；

步骤S414：所有的快照都做过COW操作，进入步骤S415；

步骤S415：数据写入源卷；进入步骤S416；

步骤S416：写源卷结束。

在一个可选的实施方式中，在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间之后，还包括以下步骤：

步骤S51，获取该当前待处理的虚拟快照所执行的操作；

步骤S52，若该当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作，则在查找出已为该虚拟资源标识分配物理空间后，不在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作；

步骤S53，若该当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作，则读取该物理空间中的数据。

可选地，在本实施例中，通过获取当前待处理的虚拟快照所执行的操作，其中可能包括写入操作和读物操作，在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作，则在查找出已为该虚拟资源标识分配物理空间后，不再在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作，在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取物理空间中的数据。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

图5是根据本发明实施例的读取快照卷流程示意图。假设,源卷的大小为M,数据块的大小为D,对第N个快照进行处理,本发明实施例的读取快照卷过程包括以下步骤:

步骤S501：开始读取快照卷，进入步骤S502；

步骤S502：根据公式:VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D,计算出源卷写入地址LBA,在第N个快照对应的资源卷虚拟数据块编号,进入S503步骤；

步骤S503：在虚拟化资源卷中查询计算出来的VDBLK虚拟数据块编号是否分配物理空间,当结果为是，进入步骤S505；当结果为否，进入步骤S505；

步骤S504：读取快照资源卷，进入步骤S506；

步骤S505：读取源卷，进入步骤S506；

步骤S506：读取快照卷结束。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

在本实施例中还提供了一种虚拟快照处理装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图，如图6所示，该装置包括：

1)第一获取模块62，用于获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，该当前待处理的虚拟快照用于记录与该当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；

2)查询模块64，用于在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间；

3)第一处理模块66，用于若查找出并未为该虚拟资源标识分配物理空间，则为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作。

可选地，本实施例中，上述虚拟快照处理装置包括但并不限于应用于存储系统的快照技术中，而不同于相关技术中，需要额外的元数据保存数据变化和数据映射关系，导致增加了额外的元数据读写操作，而是在虚拟资源中查找是否已为虚拟资源标识分配物理空间，作为是否执行数据变化对应的写时拷贝COW操作的依据，进而解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

可选地，在本实施例中，上述当前待处理的虚拟快照包括但并不限于：执行写入操作的待处理的虚拟快照；执行读取操作的待处理的虚拟快照，在此并不作任何限定。

可选地，在本实施例中，在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间之后，还包括但并不限于：在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作时，在查找出已为虚拟资源标识分配物理空间后，不在物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作；在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取该物理空间中的数据。

可选地，在本实施例中，在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，包括但并不限于：根据快照源卷的逻辑区块地址为虚拟快照创建虚拟资源。而不同于相关技术中，不管快照源卷的数据是否发生变更，都实际占用了物理存储空间，造成了存储空间的利用率降低的问题。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

本发明实施例利用虚拟化装置实现资源卷，可最大限度提升存储空间利用率。使用虚拟化资源卷，所有的用户容量都以虚拟存储的形式分配，而实际的物理磁盘空间将根据实际使用情况进行分配也可称之为写分配。如此一来，使用的物理磁盘容量显著降低，进而实现更高效的存储空间利用率。另外，当容量利用率达到预定义的阈值时，需要添加额外物理磁盘时，发出警告，以避免容量短缺。

资源卷的虚拟化,最重要的是虚拟化数据块和物理地址的映射,图2是根据本发明实施例的虚拟化资源卷结构示意图。如图2所示，本发明实施例资源卷虚拟化采用Linuxradix树每个结点有64个slot，key是数据块的逻辑编号(VDBLK)，每个数据条目(item)就是数据块对应的物理地址，键值从左到右分别代表第1-3层结点位置(假设只有3层)。没有孩子的结点在图中不出现。因此，radix树为稀疏树提供了有效的存储，代替固定尺寸数组提供了键值到指针的快速查找也就是虚拟数据块到物理地址的快速查找。具体地，在图2中上述数据块对应的是数据条目6。

资源卷虚拟化之后,创建快照时资源卷也就不再需要指定大小,源卷,快照卷,资源卷逻辑地址(LBA)之间的关系如图3所示。图3是根据本发明实施例的是源卷,快照卷,资源卷LBA之间的关系示意图。

如图3所示：假设源卷的大小为M，那么源卷LBA的地址范围[0，M],第一个快照在资源卷上的LBA的地址范围为[0，M]，第二个快照在资源卷上的LBA地址范围[M，2M]，第N个快照在资源卷上的LBA地址范围[(N-1)*M，N*M]，也就是说传统的增量快照实现中的例外记录不再需要了，源卷和资源卷之间的映射关系通过简单的计算就可以得到。

在实现的时候确保资源卷虚拟化的粒度和快照数据块的大小一致，这样根据源卷的LBA就可以快速的在虚拟资源卷上查询源卷的LBA对应的数据块在该快照上是否已经做过COW操作，这样一来快照源卷位图元数据也就不再需要。

通过本发明实施例，快照COW过程，不需要额外的元数据信息，减少了额外的元数据读写，提高了输入输出IO吞吐率。

图7是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(一)，如图7所示，该装置除了包括图6中所有模块外还包括：

1)判断模块72，用于在该为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；

2)保存模块74，用于在已获取到该全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识时，将该全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

可选地，在本实施例中，具体是将获取到的全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中，以满足对全部待处理的虚拟快照执行对应的操作，例如写入和读取操作。

通过上述步骤，进一步解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

可选地，第一处理模块66还用于为待处理虚拟资源标识数组中的每一个该虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行该写时拷贝COW操作。

可选地，在本实施例中，通过为待处理虚拟资源标识数组中的每一个虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行写时拷贝COW操作，进一步解决了相关技术中，在虚拟快照写时拷贝COW过程中，需要读写额外的元数据信息，造成读写速度降低的问题，进而达到了提高读写速度，进一步提高输入输出IO吞吐量的效果。

图8是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(二)，如图8所示，第一获取模块62包括：

1)获取单元82，用于获取在该快照源卷中发生该数据变化的目标逻辑区块地址；

2)确定单元84，用于至少根据该目标逻辑区块地址确定该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

可选地，在本实施例中，根据目标逻辑区块地址确定当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，进而在对虚拟快照进行写入或者读取操作时，可以通过该虚拟资源标识找到相应的位置。

可选地，确定单元84用于通过以下方式确定当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识：VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D，其中，该VDBLK用于标识该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，该LBA用于标识目标逻辑区块地址，该N用于标识虚拟快照的总量，该M用于标识该快照源卷的大小，该D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

需要说明的是，上述公式中的VDBLK用于标识该当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，LBA用于标识目标逻辑区块地址，N用于标识虚拟快照的总量，M用于标识该快照源卷的大小，D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

例如，假设，假设源卷为10G，对应的虚拟快照也为10G(由于该虚拟快照总共为10G，即M＝10G，那么单位空间为1G，即D＝1G)，其中的2G空间的数据发生变化(即上述LBA为2G)，例如是由0变为1，需要建立第一虚拟快照，将发生变化的数据写入该第一虚拟快照，而当该2G空间的数据又由1变为2时，需要建立第二虚拟快照，将发生变化的数据写入该第二虚拟快照，即该处的标识虚拟快照的总量为N＝2，其中，发生变化的数据写入该第二虚拟快照的写入地址的计算公式为：第二虚拟快照的写入地址＝2+(2-1)*10/1＝12。

通过上述步骤，使得源卷和资源卷之间的映射关系通过简单的计算就可以得到，而无需相关技术中传统的增量快照实现中的例外记录。

图9是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(三)，如图9所示，该装置除了包括图6中所有模块外还包括：

1)创建模块92，用于在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，根据该快照源卷的逻辑区块地址为该虚拟快照创建虚拟资源，其中，该虚拟资源的粒度与该快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

可选地，在本实施例中，确保资源卷虚拟化的粒度和快照数据块的大小一致，这样根据源卷的LBA就可以快速的在虚拟资源卷上查询源卷的LBA对应的数据块在该快照上是否已经做过COW操作，这样一来快照源卷位图元数据也就不再需要。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

图4是根据本发明实施例的源卷写数据流程示意图。假设,源卷的大小为M,数据块的大小为D,LBA是源卷写入地址,本实施例的写源卷过程包括以下步骤：

步骤S401：获取源卷配置的第一个快照,进入步骤S402；

步骤S402：判断源卷配置的所有快照是否处理完成：当结果为是，进入步骤S409；当结果为否,进入步骤S403；

步骤S403：根据公式:VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D,计算出第N个快照对应的资源卷虚拟数据块编号,进入步骤S404；

步骤S404：在虚拟化资源卷中查询计算出来的VDBLK虚拟数据块编号是否分配物理空间：当结果为是,进入步骤S405；当结果为否,进入步骤S406；

步骤S405：虚拟化资源卷中，VDBLK虚拟数据块编号已经分配物理空间,不需要进行COW操作，进入步骤S408；

步骤S406：虚拟化资源卷中，VDBLK虚拟数据块编号没有分配物理空间,需要进行COW操作，进入步骤S407；

步骤S407：将VDBLK虚拟数据块编号，增加到待处理VDBLK数组，进入步骤S408；

步骤S408：获取源卷配置的下一个快照，进入步骤S402；

步骤S409：判断待处理VDBLK数组是否为空：当结果为是，进入步骤S414；当结果为否，进入步骤S410；

步骤S410：为源卷上的数据块在资源卷上分配物理磁盘空间，进入步骤S411；

步骤S411：读取源卷LBA地址对应的数据块数据，进入步骤S412；

步骤S412：将读取的数据写入资源卷上分配的物理磁盘空间，进入步骤S414；

步骤S414：将待处理VDBLK数组项中的每个VDBLK对应的物理地址修改为分配的物理空间地址，进入步骤S414；

步骤S414：所有的快照都做过COW操作，进入步骤S415；

步骤S415：数据写入源卷；进入步骤S416；

步骤S416：写源卷结束。

图10是根据本发明实施例的虚拟快照处理装置的结构框图(四)，如图10所示，该装置除了包括图6中所有模块外还包括：

1)第二获取模块102，用于在虚拟资源中查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间之后，获取该当前待处理的虚拟快照所执行的操作；

2)第二处理模块104，用于在该当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作时，在查找出已为该虚拟资源标识分配物理空间后，不在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作；

3)读取模块106，用于在该当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取该物理空间中的数据。

可选地，在本实施例中，通过获取当前待处理的虚拟快照所执行的操作，其中可能包括写入操作和读物操作，在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作，则在查找出已为该虚拟资源标识分配物理空间后，不再在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作，在当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取物理空间中的数据。

下面结合具体示例，对本实施例作举例说明。

图5是根据本发明实施例的读取快照卷流程示意图。假设,源卷的大小为M,数据块的大小为D,对第N个快照进行处理,本发明实施例的读取快照卷过程包括以下步骤:

步骤S501：开始读取快照卷，进入步骤S502；

步骤S502：根据公式:VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D,计算出源卷写入地址LBA,在第N个快照对应的资源卷虚拟数据块编号,进入S503步骤；

步骤S503：在虚拟化资源卷中查询计算出来的VDBLK虚拟数据块编号是否分配物理空间,当结果为是，进入步骤S505；当结果为否，进入步骤S505；

步骤S504：读取快照资源卷，进入步骤S506；

步骤S505：读取源卷，进入步骤S506；

步骤S506：读取快照卷结束。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述模块分别位于多个处理器中。

实施例3

本发明的实施例还提供了一种存储介质。该实施例的应用场景及实例可以参考上述实施例1和实施例2，在此不赘述。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

S1，获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，该当前待处理的虚拟快照用于记录与该当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；

S2，查找是否已为该虚拟资源标识分配物理空间；

S3，若查找出并未为该虚拟资源标识分配物理空间，则为该虚拟资源标识分配该物理空间，并在该物理空间执行与该数据变化对应的写时拷贝COW操作。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述步骤S1、S2以及S3。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (14)

1.一种虚拟快照处理方法，其特征在于，包括：

获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，所述当前待处理的虚拟快照用于记录与所述当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；

在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间；

若查找出并未为所述虚拟资源标识分配物理空间，则为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，还包括：

判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；

若已获取到所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，则将所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作包括：

为所述待处理虚拟资源标识数组中的每一个所述虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行所述写时拷贝COW操作。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括：

获取在所述快照源卷中发生所述数据变化的目标逻辑区块地址；

至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识包括通过以下方式确定：

VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D，

其中，所述VDBLK用于标识所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，所述LBA用于标识目标逻辑区块地址，所述N用于标识虚拟快照的总量，所述M用于标识所述快照源卷的大小，所述D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，还包括：

根据所述快照源卷的逻辑区块地址为所述虚拟快照创建虚拟资源，其中，所述虚拟资源的粒度与所述快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间之后，还包括：

获取所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作；

若所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作，则在查找出已为所述虚拟资源标识分配物理空间后，不在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作；

若所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作，则读取所述物理空间中的数据。

8.一种虚拟快照处理装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，其中，所述当前待处理的虚拟快照用于记录与所述当前待处理的虚拟快照对应的快照源卷的数据变化；

查询模块，用于在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间；

第一处理模块，用于若查找出并未为所述虚拟资源标识分配物理空间，则为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于在所述为所述虚拟资源标识分配所述物理空间，并在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作之前，判断是否获取到全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识；

保存模块，用于在已获取到所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识时，将所述全部待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识存放至待处理虚拟资源标识数组中。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理模块还用于为所述待处理虚拟资源标识数组中的每一个所述虚拟资源标识分配物理空间，并在对应的物理空间执行所述写时拷贝COW操作。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

获取单元，用于获取在所述快照源卷中发生所述数据变化的目标逻辑区块地址；

确定单元，用于至少根据所述目标逻辑区块地址确定所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于通过以下方式确定：

VDBLK＝LBA/D+(N-1)*M/D，

其中，所述VDBLK用于标识所述当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识，所述LBA用于标识目标逻辑区块地址，所述N用于标识虚拟快照的总量，所述M用于标识所述快照源卷的大小，所述D用于标识虚拟快照中单位数据块的大小。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

创建模块，用于在获取当前待处理的虚拟快照对应的虚拟资源标识之前，根据所述快照源卷的逻辑区块地址为所述虚拟快照创建虚拟资源，其中，所述虚拟资源的粒度与所述快照源卷中单位数据块的大小相匹配。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于在虚拟资源中查找是否已为所述虚拟资源标识分配物理空间之后，获取所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作；

第二处理模块，用于在所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为写入操作时，在查找出已为所述虚拟资源标识分配物理空间后，不在所述物理空间执行与所述数据变化对应的写时拷贝COW操作；

读取模块，用于在所述当前待处理的虚拟快照所执行的操作为读取操作时，读取所述物理空间中的数据。