CN106569908A - 资料备份系统 - Google Patents
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Abstract
一种资料备份方法，用于将一目标资料透过一驱动程式模组由一第一储存装置备份至一第二储存装置，该第一储存装置包含一储存该目标资料之一第一储存单元，以及依据一第一逻辑至实体位址对应表存取该第一储存单元之一第一控制单元，该第二储存装置包含一第二储存单元，以及依据一第二逻辑至实体位址对应表存取该第二储存单元之一第二控制单元，该方法包含：在不存取该第一逻辑至实体位址对应表的情况下自该第一储存单元读取该目标资料并传送至该驱动程式模组；将该目标资料传送至该第二控制单元；以及在不存取该第二逻辑至实体位址对应表的情况下将该目标资料写入该第二储存单元。
Description
技术领域
本发明是关于资料备份系统与方法，尤其是关于非挥发性储存装置之资料备份系统与方法。
背景技术
随着快闪记忆体(flash memory)的普及，愈来愈多电脑及电子产品以其所制成的储存装置(例如固态硬碟(Solid State Drive,SSD))取代传统的磁性硬碟(Hard Disk Drive,HDD)。快闪记忆体有使用寿命的限制，当使用寿命将尽，则必须进行资料备份。图1为习知执行快闪记忆体储存装置之资料备份操作的示意图。快闪记忆体储存装置110的控制单元112及快闪记忆体储存装置120的控制单元122，分别藉由各自的逻辑位址转换实体位址(logical to physical)的对应表(以下简称逻辑至实体对应表)来对快闪记忆体114及快闪记忆体124进行读写操作。主机(host)上的作业系统对快闪记忆体储存装置110或快闪记忆体储存装置120作存取时，档案系统模组140参考逻辑区块位址(Logical Block Address,LBA)取得目的地的逻辑位址，透过驱动程式模组130向快闪记忆体储存装置110或快闪记忆体储存装置120下达存取命令，此存取命令中包含目的地的逻辑位址，之后控制单元112或控制单元122再参考逻辑至实体对应表将目的地的逻辑位址转换为快闪记忆体114或快闪记忆体124的实体位址(PhysicalAddress,PA)。
假设资料将从快闪记忆体储存装置110(来源端)备份至快闪记忆体储存装置120(目的地端)(如虚线的方向所示)，备份的过程中主机持续对快闪记忆体储存装置110读取资料以及将资料写入快闪记忆体储存装置120。因为档案系统模组140通常以特定的资料大小为单位对快闪记忆体储存装置110及快闪记忆体储存装置120进行存取，例如每次4KB，所以要读完快闪记忆体储存装置110的所有资料必须进行相当多次的读取操作。而且因为快闪记忆体储存装置110在长时间的使用后，快闪记忆体114内部的资料已成为零乱分布的状态，也就是说，将资料从快闪记忆体储存装置110读出的过程中时常伴随大量的随机读取，代表每次读取操作时控制单元112皆必须参考逻辑至实体对应表将逻辑位址转换为实体位址。此查表动作对控制单元112而言相当耗时，所以往往造成备份时间冗长。再者，在某些情况下快闪记忆体储存装置110可能安装有作业系统或应用程式，然而当使用者备份资料时，往往只备份储存装置上的个人资料(例如多媒体档案、文件等)，无法连同安装于储存装置上的作业系统及/或应用程式一同备份。
发明内容
鉴于先前技术之不足，本发明之一目的在于提供一种资料备份系统与方法，以提升资料备份的效率。
本发明揭露了一种资料备份系统，用于备份一目标资料，包含：一第一储存装置，包含：一第一储存单元，储存该目标资料；以及一第一控制单元，耦接该第一储存单元，用来依据一第一逻辑至实体位址对应表存取该第一储存单元；一第二储存装置，包含：一第二储存单元；以及一第二控制单元，耦接该第二储存单元，用来依据一第二逻辑至实体位址对应表存取该第二储存单元；以及一驱动程式模组，用来存取该第一储存装置及该第二储存装置；其中该目标资料从该第一储存装置备份至该第二储存装置的过程中，该第一控制单元在不存取该第一逻辑至实体位址对应表的情况下自该第一储存单元读取该目标资料并传送至该驱动程式模组，该驱动程式模组将该目标资料传送至该第二控制单元，并且该第二控制单元在不存取该第二逻辑至实体位址对应表的情况下将该目标资料写入该第二储存单元。
本发明另揭露了一种资料备份方法，用于将一目标资料透过一驱动程式模组由一第一储存装置备份至一第二储存装置，该第一储存装置包含一储存该目标资料之一第一储存单元，以及依据一第一逻辑至实体位址对应表存取该第一储存单元之一第一控制单元，该第二储存装置包含一第二储存单元，以及依据一第二逻辑至实体位址对应表存取该第二储存单元之一第二控制单元，该方法包含：在不存取该第一逻辑至实体位址对应表的情况下自该第一储存单元读取该目标资料并传送至该驱动程式模组；将该目标资料传送至该第二控制单元；以及在不存取该第二逻辑至实体位址对应表的情况下将该目标资料写入该第二储存单元。
本发明之资料备份系统与方法以实体位址对应实体位址的方式来复制或搬移资料，使得资料备份的过程为连续存取而非随机存取，以提升资料备份的效率。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为习知执行快闪记忆体储存装置之资料备份操作的示意图；
图2为依据本发明之一实施例，执行快闪记忆体储存装置之资料备份操作的示意图；
图3为依据本发明之一实施例，执行快闪记忆体储存装置之资料备份操作的流程图；
图4为目的地端的快闪记忆体的原始缺陷区块表与来源端的快闪记忆体的资料储存状态的示意图；以及
图5为目的地端的快闪记忆体储存装置于完成资料备份后的储存状态的示意图。
符号说明
110、120、210、220 快闪记忆体储存装置
112、122、212、222 控制单元
114、124、214、224 快闪记忆体
130、230 驱动程式模组
140、240 档案系统模组
410 原始缺陷区块表
S310～S350 步骤
具体实施方式
以下说明内容之技术用语是参照本技术领域之习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语之解释是以本说明书之说明或定义为准。本发明之揭露内容包含资料备份系统与方法。由于本发明所包含之部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明之充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。此外，本发明之资料备份方法可以是软体及/或韧体之形式，并且可藉由本发明之资料备份系统或其等效装置来执行，在不影响该方法发明之充分揭露及可实施性的前提下，以下方法发明之说明将着重于步骤内容而非硬体。
图2为依据本发明之一实施例，执行快闪记忆体储存装置之资料备份操作的示意图，图3为对应图2之资料备份操作的流程图。此实施例中资料将从快闪记忆体储存装置210(来源端)备份至快闪记忆体储存装置220(目的地端)。本发明在将快闪记忆体储存装置210的资料备份至快闪记忆体储存装置220之前，会先从目的地端读取快闪记忆体224的原始缺陷区块表(Original Defect Block Table,ODBT)(步骤S310)。因制程变异的关系，每个快闪记忆体在制作完成后有或多或少的缺陷，而缺陷区块无法储存资料。每个快闪记忆体缺陷区块的位置不同，所以每个快闪记忆体经过检测后，会得到专属的原始缺陷区块表，以供控制单元在操作的过程中避开该些缺陷区块。图4为目的地端的快闪记忆体224的原始缺陷区块表与来源端的快闪记忆体214的资料储存状态的示意图。在此例中，快闪记忆体214共有40个区块，其中「X」代表缺陷区块的所在位置(即区块e2与b3)，空白处为未储存资料的区块(即区块a4、b7与d5)，其余的斜线区域代表已储存资料的区块。图4的右侧显示快闪记忆体224的原始缺陷区块表410(储存于快闪记忆体224中)的示意图，其中区块b3、区块d5及区块d8为缺陷区块。
快闪记忆体224的原始缺陷区块表410可以由主机读取后再传送给快闪记忆体储存装置210的控制单元212，也就主机先透过档案系统模组240及驱动程式模组230向控制单元222读取快闪记忆体224的原始缺陷区块表410，再传送给控制单元212，如图2的资料路径251所示；或者，快闪记忆体224的原始缺陷区块表的传送不经过上层的档案系统模组240处理，而是由驱动程式模组230控制，直接透过快闪记忆体储存装置210与快闪记忆体储存装置220两者间的连接介面(例如快速周边组件互连介面(PCI-E))传送，如图2的资料路径252所示。
控制单元212取得快闪记忆体224的原始缺陷区块表410后，便依据该原始缺陷区块表410搬移快闪记忆体214中的资料，并更新快闪记忆体储存装置210的逻辑至实体对应表(步骤S320)。为了接下来实体位址对实体位址的资料复制或移动能顺利进行，控制单元212必须预先将快闪记忆体214中对应目的地端的缺陷区块的资料，搬移至其他未被占用的区块。以图4的例子而言，实体位置的区块b3对快闪记忆体224而言为缺陷区块，但因为快闪记忆体214的区块b3正好也是缺陷区块，所以在此情况下控制单元212不需做任何动作；再者，对快闪记忆体224的缺陷区块d5而言，因为快闪记忆体214的区块d5正好为未被占用的区块，所以在此情况下控制单元212也不需做任何动作；对快闪记忆体224的缺陷区块d8而言，因为快闪记忆体214同样实体位址的区块存有资料，为了避免资料在实体位址对实体位址直接复制或移动的操作下造成资料遗失，控制单元212必须先将区块d8的资料搬移到未储存资料的区块，也就是说理论上可搬移至区块a4、b7与d5的任一者，但区块d5对应到快闪记忆体224的缺陷区块，所以区块d8的资料实际上只能搬移至区块a4或区块b7。资料搬移后，控制单元212必须对应修改快闪记忆体储存装置210的逻辑至实体对应表。
上述的步骤S320完成后，控制单元212将快闪记忆体储存装置210的逻辑至实体对应表从控制单元212的快取记忆体(例如动态随机存取记忆体(DRAM)，图未示)中存入快闪记忆体214(步骤S330)。此步骤完成后，快闪记忆体214中的资料(包含逻辑至实体对应表)已存在适当的实体位址，所以可以进行接下来的实体位址对应实体位址的资料复制或移动(步骤S340)。此时因为来源端的资料及目的地端的可用空间已完成实体位址上的对应，所以资料的复制或移动不需经过档案系统模组240，而可以只藉由驱动程式模组230与快闪记忆体储存装置210及快闪记忆体储存装置220的韧体互相配合(例如驱动程式模组230与快闪记忆体储存装置210及快闪记忆体储存装置220的韧体以预先定义的指令沟通)，经由图2所示的资料路径253传送。因为资料的复制或移动实际上没有经过档案系统模组240，每次存取及传递的资料量便不受档案系统模组240之存取单位的限制。如此一来，可以以较预设的资料存取单位(例如4KB)更大的资料量为单位(例如32KB、64KB等)，来复制或移动资料，以减少对快闪记忆体储存装置210及快闪记忆体储存装置220的存取次数，亦即可提升资料备份的效率。再者，当资料的传递不需藉由档案系统模组240控制时，快闪记忆体储存装置210与快闪记忆体储存装置220之间传递的存取命令便不会包含逻辑区块位址，也就是说，不经过档案系统模组240的资料复制或移动不会涉及逻辑位址与实体位址的转换程序(即过程中控制单元212不需存取快闪记忆体储存装置210的逻辑至实体对应表，控制单元222不需存取快闪记忆体储存装置220的逻辑至实体对应表)，且资料的存取不再是随机存取，而是连续存取。
举例来说，在其中一种实施例中，驱动程式模组230对控制单元212下达的读取命令只包含资料的实体位址及资料长度，读取指令的格式例如是(R,PA,L)，R代表指令为读取指令，PA代表实体位址，L代表资料长度，而对控制单元222下达的写入命令包含同样的实体位址及同样的资料长度，写入指令的格式例如是(W,PA,L,Dn)，W代表指令为写入指令，Dn代表待写入的资料。因此，备份过程中不同次的存取操作(自快闪记忆体储存装置210读出资料并将资料写入快闪记忆体储存装置220在此处定义为一次取存操作)所对应的读取指令及写入指令如表1所示。请注意，为了方便说明，此处所列的读取指令及写入指令只包含与本发明的备份操作相关的部分，实作上可能包含其他参数，参数的顺序也可能不同；再者，实体位址PA与资料长度L在本实施例中虽以十进位表示，实作上可能以不同的格式表示。
表1：
| 第N次存取操作 | 读取指令 | 写入指令 |
| 1 | R,0000,64 | W,0000,64,D1 |
| 2 | R,0064,64 | W,0064,64,D2 |
| 3 | R,0128,64 | W,0128,64,D3 |
| … | … | … |
| 11 | R,0640,64 | W,0640,64,D11 |
| 12 | R,0706,64 | W,0706,64,D12 |
| … | … | … |
假设快闪记忆体214及快闪记忆体224的每个区块的大小为64KB，图4中区块a1的实体位址的范围为0000～0063，区块b1的实体位址的范围为0064～0127，以此类推，并假设每次存取操作的资料量为64KB。由表1可见，在任何一次的存取操作中，读取指令与写入指令具有相同的实体位址；也就是说，从快闪记忆体214读出的资料在快闪记忆体224中写入相同的实体位址(亦即上述的实体位址对实体位址的资料复制或移动)。另外，对任意连续两次的读取指令(或写入指令)而言，后一次读取指令(或写入指令)的实体位址等于前一次读取指令(或写入指令)的实体位址移位资料长度后的位址；也就是说，在整个资料备份的过程中，资料是为连续读取(或写入)。以图4所示的记忆体区块为例，第一次存取操作时读取快闪记忆体214的区块a1，并将资料写入快闪记忆体224的区块a1，第二次存取操作时读取快闪记忆体214的区块b1，并将资料写入快闪记忆体224的区块b1，以此类推。图5显示目的地端的快闪记忆体储存装置于完成资料备份后的储存状态的示意图。空白区块e2对应原本快闪记忆体214的缺陷区块e2，而原本快闪记忆体214的区块d8的资料，在备份完成后移动到区块b7(假设在步骤S320中控制单元212选择区块b7而非区块a4)。请注意，在复制或移动资料的过程中，如果快闪记忆体214的某一笔资料无法读取，则略过该笔资料的实体位址，进行下一笔资料的读取；同样的，如果将某一笔资料写入快闪记忆体224时失败，则同样略过该笔资料的实体位址。
当资料已全数复制或移动至快闪记忆体储存装置220的快闪记忆体224后，控制单元222回复逻辑至实体对应表(步骤S350)，也就是将位于快闪记忆体224的逻辑至实体对应表加载其快取记忆体中(图未示)，并初始化快闪记忆体224的区块资讯(例如抹除次数等)，之后主机的档案系统模组240便可如操作快闪记忆体储存装置210一般对快闪记忆体储存装置220进行操作。请注意，如果快闪记忆体214与快闪记忆体224的容量不同，则控制单元222在回复逻辑至实体对应表时还包含调整该逻辑至实体对应表的步骤，以符合快闪记忆体储存装置220的实际使用情形，例如因应快闪记忆体224的实际容量，扩大逻辑至实体对应表中逻辑位址与实体位址的对应范围。
由此可见，本发明相较于习知技术可以大幅减少存取次数以及省去逻辑至实体位址之间的转换，这两项优势大大地加快快闪记忆体储存装置的资料备份程序。此外，上述的快闪记忆体储存装置仅为本发明的其中一种实施方式，本发明所揭露的资料备份方法亦适用于2个快闪记忆体(例如随身碟(flash drive))之间的实体位址对实体位址的直接资料复制或移动，只要先依据目的地端的原始缺陷区块表调整来源端的资料位址，即可避免资料的遗失。因为本发明是将来源端的快闪记忆体内的所有资料(包含逻辑至实体对应表)完整地复制或移动至目的地端，所以来源端的作业系统及/或应用程式也会一并备份，这对于储存装置的完整备份(clone，亦即将来源端的储存装置的所有资料(包含系统资料及使用者资料)全部复制或搬移至目的地端的储存装置)而言相当便利。本发明可适用的快闪记忆体包括NAND型及NOR型，而且本发明不仅可以应用在个人电脑的系统，也可以应用在储存伺服器上。当储存伺服器以快闪记忆体储存装置作为储存媒介时，也可以使用本发明来完整备份快闪记忆体储存装置，有助大幅缩减重建容错式磁碟阵列(Redundant Array of Independent Disks,简称磁碟阵列(RAID))所需的时间。
由于本技术领域具有通常知识者可藉由图2、图4及图5之装置发明的揭露内容来了解图3之方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明之揭露要求及可实施性的前提下，重复之说明在此予以节略。请注意，前揭图示中，元件之形状、尺寸、比例以及步骤之顺序等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。
虽然本发明之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求之专利保护范畴，换言之，本发明之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种资料备份系统，用于备份一目标资料，包含：
一第一储存装置，包含：
一第一储存单元，储存该目标资料；以及
一第一控制单元，耦接该第一储存单元，用来依据一第一逻辑至实体位址对应表存取该第一储存单元；
一第二储存装置，包含：
一第二储存单元；以及
一第二控制单元，耦接该第二储存单元，用来依据一第二逻辑至实体位址对应表存取该第二储存单元；以及
一驱动程式模组，用来存取该第一储存装置及该第二储存装置；
其中该目标资料从该第一储存装置备份至该第二储存装置的过程中，该第一控制单元在不存取该第一逻辑至实体位址对应表的情况下自该第一储存单元读取该目标资料并传送至该驱动程式模组，该驱动程式模组将该目标资料传送至该第二控制单元，并且该第二控制单元在不存取该第二逻辑至实体位址对应表的情况下将该目标资料写入该第二储存单元。
2.根据权利要求1所述之资料备份系统，其中该第二储存单元是储存一原始缺陷区块表，该第一控制单元是依据该原始缺陷区块表移动该目标资料于该第一储存单元中的储存位址，并更新该第一逻辑至实体位址对应表。
3.根据权利要求2所述之资料备份系统，其中该原始缺陷区块表是经由该驱动程式模组传送至该第一控制单元。
4.根据权利要求1所述之资料备份系统，更包含：
一档案系统模组，耦接该驱动程式模组，于非备份该目标资料时，以一预设资料单位存取该第一储存装置；
其中该目标资料从该第一储存装置备份至该第二储存装置的过程中，该目标资料不经过该档案系统模组，并且该第一储存装置与该第二储存装置之间单次传送的资料量是大于该预设资料单位。
5.根据权利要求4所述之资料备份系统，其中该第二储存单元是储存一原始缺陷区块表，该第一控制单元是依据该原始缺陷区块表移动该目标资料于该第一储存单元中的储存位址，并更新该第一逻辑至实体位址对应表。
6.根据权利要求5所述之资料备份系统，其中该原始缺陷区块表是经由该档案系统模组传送至该第一控制单元。
7.根据权利要求1所述之资料备份系统，其中该目标资料从该第一储存装置备份至该第二储存装置的过程中，该第一控制单元于对该第一储存单元之连续两次的读取操作中所读取的两笔资料，是为实体位址上连续的资料，以及该第二控制单元于对该第二储存单元之连续两次的写入操作中所写入的两笔资料，是为实体位址上连续的资料。
8.根据权利要求1所述之资料备份系统，其中该第二控制单元将该目标资料写入该第二储存单元中之实体位址等于该目标资料于该第一储存单元中之实体位址。
9.根据权利要求1所述之资料备份系统，其中该第一储存装置及该第二储存装置是快闪记忆体储存装置，以及该第一储存单元及该第二储存单元是快闪记忆体。
10.根据权利要求1所述之资料备份系统是选自个人电脑系统及储存伺服器的其中之一。
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| GR01 | Patent grant | ||
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