CN1099109C - 用均匀数据存储段进行磁带预格式化 - Google Patents

Abstract

各种数据存储格式有助于对存储在磁带媒体上的用户数据进行高效率的定位和读写。磁带通过在不插入任何存取用户数据的情况下写入多个段标题而格式化。相邻段标题均匀相隔一个预定间隔，规定了多个数据存储段。各段标题都含有一个相同的唯一关键字，它拷贝入关键字索引以标识各有效段。格式化后可执行普通的磁带访问。不需擦除任何旧的标题或数据通过将新的段标题写到磁带上就可以建立一个新的格式化方案。

Description

用均匀数据存储段进行磁带预格式化

本发明涉及使用磁带媒体存储数据的技术。具体地说，本发明涉及采用新的数据存储格式的方法和设备以便更有效、更方便地对存储在磁带媒体上的数据进行定位、读写和更新。

据目前所知，有少数几种磁带存储系统具有有限划分功能。划分(partitioning)通常是指在磁带上建立至少一个独立可寻址的数据存储区域。一种已知的“2分区系统”用一个分区(partition)存储目录，而用另一个分区存储数据。相反，已知的“堆叠分区系统”(stack-ing partition system)则采用多个各存储一个不同的数据组的分区。在堆叠分区系统中，可相继规定一些新的分区追加到现有分区上，也就是“堆叠”到现有的数据上。

虽然这些分区系统可以适合一系列不同的用途，但却不能满足另外一些应用的需要。例如，在许多应用中，希望将数据存储在有规则地分布在磁带上的多个固定长度分区内，这样比较有益。理论上，有了这样的分区会使磁带定位更快一些，也可以增加数据容量，而且允许执行诸如更新存储数据(原位更新update in place)那样的一些高级功能。然而，已知的这些分区系统并不支持多个长度固定、间隔规则的数据存储分区。2分区系统仅用两个分区，而数据只存储在一个分区内，堆叠分区系统虽然用多个数据存储分区，但各分区长度不固定，相互间隔也没有规则：每个分区的长度取决于所存储的数据量，而每个分区的位置取决于它前面的所有分区的总长度。

许多已知的磁带存储系统采用“蛇形”方式存储数据，如图1所示。蛇形数据存储模式是在具有多条平行磁道的磁带上存储数据的一种方式。采用蛇形存储，以沿着不同的平行磁道来回地横越磁带的图形，存储一组设备块(device block)。具体地说，数据存储路径首先是沿着第一磁道在一个方向上跨越整个磁带长度，然后再沿着相邻的一条平行磁道反方向返回，接着再这样来回沿磁带扫描。

为了减少蛇形存储数据的访问时间，工程人员开发了所谓固定容量定标(fixed-capacity scaling)。固定容量定标可在数据不足以充满磁带时使用。在这种情况下，数据聚集在靠近磁带开始部分的所有磁道上，而不是存储在扫过磁带整个长度的几条磁道或几个磁道组上。在许多系统中，一个多磁道读写磁头可以同时读出16条磁道，而磁带配置成8组16条磁道。在这种系统中，以普通蛇形存储方式存储的数据可能只占用了4个磁道组的整个长度，而剩下4个磁道组未被占用。然而，在采用固定容量定标的磁带100中，数据聚集在所有8个磁道组的前半部102，如图1所示。为了追随这条数据存储路径，这样进带，使读写磁头沿路径104通过磁带长度的一半。在读写磁头与路径106“垂直”对准后，再进带，使读写磁头沿相邻的平行路径106反方向返回。这样，读写磁头和磁带协同动作，追随数据路径，该数据路径往复沿着磁带扫描。作为一个例子，读写磁头与路径106之间的“垂直对准”可以是读写磁头的机械运动(所谓磁头换档)，或者是切换到另一个配置成与原读写磁头反向工作的读写磁头。虽然数据在磁带上仍是占用那么大的面积，但聚集在磁带的前半部，而留下了后半部108没有占用。因此，磁头的运动有益地限制到磁带的前一半。所以，固定容量标定能有效地确定数据的位置，因为搜索同样的数据磁带的运动较小，从而有所得益。采用固定容量定标，费时的走带操作可由动作小而快的将磁头“垂直”对准数据路径的操作(如磁头换挡或切换磁头)来代替。

虽然固定容量定标在一些情况下是令人满意的，然而对于另一些应用并不完全合适。例如，某些在意经济效益的用户可能并不愿意牺牲那么大的磁带存储容量108来换取较快的磁带访问速度。此外，固定容量定标也不适合存储数据量大到足以占用整盘磁带的数据。在这种情况下，固定容量定标并没有多少好处，因为这样的数据并不能重新安排得可以存储在较短的磁带长度上。在另一方面；有些用户可能发现固定容量定标的不足之处，因为它不能提供任何形式的划分。

简要地说，本发明涉及各种采用新的数据存储格式的方法和设备，以便能更有效、更方便地对存储在磁带媒体上的数据进行定位、读写和更新。本发明的一个特点是提出了预格式化磁带媒体的方法。首先，通过在磁带媒体上写入一系列段标题，在磁带媒体上规定相应的多个数据存储段。这些存储段在使用磁带前(即对磁带执行任何写操作前)一开始就加以规定。相邻的段标题都相隔一个第一预定间隔。这个间隔例如可以由用户通过规定段量化单位加以确定。每个段标题含有一个对于所有各段标题都相同的第一预定关键字。这个关键字存入一个关键字索引，标识这些段标题为有效段标题，也就是最新确定的段标题。

建立了段以后，就可以将用户数据存入这些段内，执行通常的操作，如定位、读写等。按照本发明，任何时候都可以很容易建立完全不同的分段方式，而使原来的段和存储在这些段内的用户数据无效。即，通过将相应的第二段标题写到磁带上在磁带上规定一个第二组存储段。这些第二段标题均匀相隔一个预定间隔，这个间隔可以与以前的间隔不同。与第一间隔一样，第二间隔也可以由用户规定的所需段量化单位确定。写段标题时最好不要插入任何其他读写操作，以保证所写的这些段标题间隔均匀、定位精确。

这第二组中的每个段标题都包括一个与第一组段标题的关键字不同的关键字。关键字例如可以包括一个随格式化次数递增的数。象第一关键字那样，第二关键字存入关键字索引，标识这些第二段标题(含有第二关键字的)是当前有效的。定义了第二段标题后，在通常的磁带操作期间原存储在磁带上的第一段标题现在就不再起作用了，因为它们不含有当前有效的关键字。然而，在数据恢复、重建或其他涉及使用原来的用户数据的程序时可以利用第一段标题。

可以按需要将段结合成组，在磁带上建立起独立可寻址的存储分区。段与存储分区之间的映射例如可以是一对一的，或者，也可以是其他固定关系，例如几个相邻的段为一组，形成分区。

作为另一种情况，可以不采用段与分区之间的固定映射，而采用可变长度分区(variable-sized partition)也就是每个分区可以包括一个或几个存储段。采用可变长度分区，首先也是象上述那样在磁带上规定各个数据存储段。为了使说明更加明确，可以考虑将各段按它们离磁带带头的距离排序，离带头较近的排在离带头较远的“前面”。当接收到一组设备块或其他用户数据要存到磁带上时，将这些块写入可满足存储这些块的数量最少的相继数据存储段。需要的话，每组设备块可以从磁带上可用的最前面的那段开始存储。一组设备块写入了数量最少的段以后，这些段就规定为一个分区，所谓“划出”了这个分区。于是，所有剩下的(也就是尚未占用的)段规定为一个分区。例如，划出了第一分区后，所有剩下的段就规定为第二分区。

当又接到另外一些设备块需要存到磁带上时，就将这些块写入第二分区开始处的一个或几个段内。最好用最少的段来存储数据。写入新数据后，通过规定所占用的这些段为第二分区，划出了第二分区，而所有剩下的(尚未占用的)段规定为第三分区。就这样存储新的数据、建立新的分区，直到磁带写满。每个分区分别具有适合其中所存数据的数据量的可变长度。

如果需要的话，一个分区甚至可以由一些不相继的数据存储段组成。这可以这样来实现，先象上述那样准备好可变分区，然后再维护一个由未占用的段组成的自由存储池，有选择地与现有各分区配合。自由存储池也接受从现有分区解除出来的段。

本发明的另一个实施例采用了“自动填补”，这对于支持可变长度分区中数据更新特别有用。具体地说，磁带上的数据更新存在着一些特殊问题，这是因为更新后的数据可能要比原来的数据占据更大的空间。即使是更新后的数据含有与原来的数据相同的字节数，更新后的数据在实际存到磁带上时由于差错校验算法而引起的变化、数据兼容性和压缩性的变化等实际上可能要占更大的空间。为了解决这个问题，就可采用自动填补，为已划出的分区增添一个或几个未占用的数据存储段。增添段数可由用户根据存储在分区中的数据的特性加以选择。或者，增添段数也可以按照用户事先所规定的缺省值自动选择。

本发明的另一个特点是柔性容量定标(flexible-capacity scal-ing)，一种在磁带上更有效地存储数据的技术，以提供更快的数据存取。采用这种技术，可将一组有序的设备块分布到一个具有多条平行磁道的磁带媒体上。这些设备块按由多个相邻堆栈的蛇形图形构成的连续路径结构双向(来回)存储。这些蛇形图形可以占据部分或全部磁带。该图形这样配置，能够依次存取所有的设备块而在相继设备块之间没有任何区域。需要走动磁带跳过。因此，可以完全连续地对整个设备块序列进行存取，从一个设备块进到下一个设备块所需的走带(进或退)量最小。

除了诸如以上所述的这些处理过程以外，本发明还考虑了其他一些诸如实施本发明的各种硬件装置之类与本发明有关的方面。例如，本发明包括一种安装在数据存储设备内的磁带驱动器和一种作为工厂产品的磁带媒体。

本发明具有许多明显的优点。例如，对磁带进行预格式化可以保证将磁带精确地划分成个数符合要求的一些等长的数据存储段。与现有技术不同，本发明的这些特点有益地为实现快速访问操作、数据半随机存取、原位更新和其他一些高级磁带功能提供了基础。

此外，本发明通过采用固定长度分区提供了独立可寻址数据存储区域。而且，通过采用可变长度分区，本发明还能使一个经预格式化的磁带适合具有存储长度不同的一些数据组的用户数据。采用可变长度分区还允许非相连存储用户数据组。进一步增加了这种存储格式的灵活性。虽然将用户数据存储在一些非相连的数据存储段内很象DASD存储，但是这种存储方式实际上提供了一些DASD所失去的优点，因为用户可以规定存储段量化单位的大小，而且磁带驱动器能双向读写数据。本发明的另一个优点是可以用缺省值很方便地设定选择填补，或者可以允许用户根据应用的要求灵活地选择填补量，从而提高了数据存储的效率。

采用本发明还可以获得另一个好处，因为本发明具有柔性容量定标特点，可以显著提高对于有序数据的数据定位性能，这是由于将用户数据按一些相邻堆栈的蛇形路径图形集中存储而不是分布在整个磁带的长度上。与现行的数据结构不同，采用本发明的柔性容量定标既可改善数据存取性能又不必在磁带上指定一些不占用的区域而牺牲存储容量。此外，还可实现在磁带未被充满的情况下仍能保持紧凑地存储数据的有益之处。

对于熟悉本技术领域的人员来说，通过以下结合附图所进行的详细说明，就可更加清楚本发明的实质、目的和优点。在这些附图中，相同的标记数字前后标记的都是相同的部分，其中：

图1为采用固定容量定标的多磁道磁带的示意图；

图2为本发明所提出的数据存储系统硬件配置方框图；

图3为本发明所提出的磁带数据存储媒体的例示图；

图4为本发明所提出的经预格式化的磁带的示意图，图中例示了采用固定划分的情况；

图5为本发明所提出的采用固定划分的磁带预格式化流程图；

图6为本发明所提出的经预格式化的磁带的示意图，图中例示了采用可变划分的情况；

图7为本发明所提出的采用可变划分的磁带预格式化流程图；

图8为本发明所提出的采用柔性容量定标的一种配置的多磁道磁带的示意图；以及

图9为本发明所提出的采用柔性容量定标的另一种路径配置的多磁道磁带的示意图。

                    硬件环境数据存储系统概述

本发明可以用如图2所例示的磁带数据存储系统200那样的各种不同的硬件配置来实现。通常，系统200包括主机202、读写控制器204、磁带媒体206和其他一些装置。主机202产生和/或维护存储在磁带媒体206上的用户数据。这里所谓的“用户”可以包括主机202、通过网络或其他链路与主机连接的计算机、应用程序、控制程序、通过控制台与系统200交互作用的操作员等。

控制器204管理在磁带媒体206与主机202之间的用户数据交换。控制器204还处理与用户数据的存储、检索有关的其他任务，如：格式化，差错校验，压缩，以及其他最好对于主机202是不可见的任务。控制器204包括一系列不同的部件，这在下面还要详细说明。通常，控制器204与读写数据流205和读写磁头207相互作用，以便与磁带媒体206交换数据。

作为一个例子，图2中的各个部件可以采用IBM的3590型磁带存储驱动器的相应部件。磁带媒体

在所示的这个例子中，磁带媒体206采用诸如IBM的3590型盒式磁带那样的磁数据存储媒体。这种盒式磁带(见图3)的基本部件包括带盒300、磁带盘302和导带块304。在这个实施例中，磁带盒302是0.5英寸宽、100英尺长，具有可存储10Gb未压缩的数据的容量。磁带盘302含有128条磁道和3条伺服磁道。磁带盘302也可以就称为“磁带”磁带管理装置

如图2所示，系统200包括一系列协同管理磁带媒体206和读写磁头207的部件。驱动装置223用来卷带、进带和倒带。驱动装置223包括诸如走带通道、驱动电动机、计程器和其他一些有关部件(均未示出)，这些部件可以包括已知的装置。

装带机构(stack loader)208用来在驱动装置223与磁带存放处(如存放待用磁带媒体的盒架、盒仓、盒库之类)之间机械传送磁带。装带机构208例如可以是IBM的3590型装带机构。控制器

控制器204包括一个诸如小型计算机系统接口(SCSI)那样的主机接口210。控制器204还包括一对用来适应主机202与读写数据流205的I/O速度差的速度匹配缓冲存储器212和214 。还包括一个用来减小存到磁带媒体206上的数据量的数据压缩器216 。

装带机构控制器218接在耦合主机接口210和装带机构208上，按照主机202的要求对装带机构208的动作进行控制。

控制器204还包括一个标题模块226，用来产生标题和其他非用户数据以及将这信息推入缓冲存储器214以便存储在磁带媒体206上。标题模块226还具有解释通过缓冲存储器214从磁带媒体206接收到的标题和其他用户数据的补充功能。

控制器204还包括一个磁道跟踪模块220(或称为“伺服”模块)用来将读写磁头207与磁带媒体206上的所需磁道对准。张力和磁带定位模块222用来使驱动装置223保持磁带盘302(见图3)具有适当的张力。模块222还通过控制驱动装置223的电动机的工作来控制对磁带媒体206的定位。

控制器204例如可以用诸如Intel的I960tm微处理器那样的数字数据处理器电路或其他合适的电路来实现。在一个实施例中，本发明的处理步骤可以通过利用诸如控制器204、主机202和/或其他适当处理器的电路执行诸如“C”代码指令程序以实现。主机

在一个示范性的实施例中，主机202可以是一个IBM个人计算机、IBM RS6000计算机、IBM AS400计算机、Sun工作站、IBM3090大型机或其他适当的数字处理设备。如图所示，所存储和检索出来的用户数据用来支持由主机202执行的应用程序203的运行。应用程序203例如可以是IBM的ADSM程序。或者，代替应用程序，用户数据可以不是来自主机202而是来自其他的源，例如通过网络接到系统200的其他主机(未示出)或者其他硬件设备、用户或过程。

                预格式化和固定划分存储格式概述

在一些情况下，与直接存取存储设备(DASD)相比，利用磁带媒体的数据存储在传统上提供了一些有限的益处。例如，本发明的发明者发现，现有的一些磁带存储格式特别不能对数据快速定位。

就已知的数据存储格式而言，数据存储在一条通常是从磁带头开始一直延续到数据结束为止的数据路径上。对于多磁道磁带，数据存储在多条平行的数据路径上。通常，这样的数据是用标志相应数据子组(称为“设备块”，或简称为“块”)的位置的标题隔开。但是，块的规模可能是有大有小，因此这些标题并不能用作任何类型的分布在整个磁带上周期的标志。在这方面，某些磁带格式有一条专用的“计程条”，计程条包括一些由计程器用来精确对磁带进行定位的周期性分布标记。然而，计程条并不与数据集成在一起，为此在磁带上需要有一条独立的计程条。

本发明者发现，在不配置计程条的磁带系统中，通过在数据中有规则地插入一些间隔标记可以更迅速地存取数据。例如，通过规定规则间隔的具有已知长度的数据“段”，就可以使磁带快进一段已知距离到达相应段的始端，从而很容易找到一个设备块。然而，目前还没有将数据存入边界均匀一致规定了的多个定长数据段的存储格式。与此不同，采用已知的数据存储格式则很难快进到某个设备块，因为在这个设备块前面的每个设备块长度可能各不相同。因此，必需用设备块的标题作为路标，逐个经过前面的各块再到达所需的设备块。

使用规则间隔数据段的另一个潜在的优点是可以“原位更新”；现存的数据在磁带上可以通过改写一个或几个有关的数据段加以更新。保护间隔配合问题

然而，正如本发明者所发现的那样，在无计程条的磁带媒体上建立定长段时，保护间隔配合是一个相当突出的问题。如上面所述，现有的系统并不提供具有固定不变边界的数据段。在这些系统中，各数据块相继存储，每一块都直接存储在它的相应标题后面。设备块(连同它的标题)一个接一个地加到磁带上，直到将磁带充满。由于这些格式并不执行原位更新，相邻的设备块可以接连存储，中间不留任何空间或者所谓的“保护间隔”。

如果采用已知技术设立定长数据段，那么保护间隔配合问题会大大减少磁带的存储容量。即使是每个设备块最恰当地占用了磁带的一个定长划分的区域，然而由于在数据存储时的温度、磁带张力、磁带驱动器性能和其他一些条件的不同，各块的长度可能有些微妙的差别。通常，每个数据块及其相应标题可能是在与其他设备块及其相应标题完全不同的时间存储的。此外，在相继写各设备块时，任何定位误差都会保留下去；也就是说，如果一个数据块没有对准，那么下一个数据块也将不能对准。因此，例如第60块可能会存在原指定给第61块的区域中。在希望访问第61块时，磁带驱动器因此将使磁带快进标准段长乘以61的距离到达第61块，然而，在这一位置，找到的却是第60块，从而可能产生数据读出错误。

因此，在定长划段的系统中存储设备块时，必需在设备块后留出一个空白的磁带区域(即保护间隔)。具体地说，每一个块的保护间隔在块错误延迟而伸入下一块空间的情况下提供了一个缓冲区。这样，如果磁带驱动器将磁带快进或快退到某块的预期位置、而这个位置通常是前一块的保护间隔，磁带驱动器不会改写前一块的数据。

保护间隔还可用来支持原位更新，因为更新后的数据由于出错编码的改变、压缩技术的改变、数据的添加等可能会比原来的数据更长一些。

每个保护间隔除了所在段各设备块的任何可能定位误差外还必需考虑前面各块的任何可能的定位误差。因此，随着设备块的相继写入，保护间隔的长度应相应增大。这就是所谓的“保护间隔配合”。于是，由于每个段长度是固定不变的，因此保护间隔大的段数据存储容量就小。

因此，考虑到保护间隔配合问题，本发明开发了下面将要说明的预格式化技术，支持定长数据段而又充分节约了数据容量。本发明的预格式化技术还用来大大减少磁带预格式化的时间，否则对于许多应用来说这时间会太长。预格式化

本发明特意开发了一种通过预格式化磁带媒体配置能更有效地实现数据存取的磁带媒体的方法。在存储任何数据前，先将磁带预格式化成一组长度相等的数据存储段。这是很有益的，因为各段在同一时间划定，每段的位置得到更精确的控制，从而可大大减小各段保护间隔的长度。

如下面将要详细说明的那样，将磁带媒体预格式化成数据段的另一个优点是这些段可以逻辑上结合构成一些称为“分区”的独立可寻址存储区域。采用固定长度分区(fixed-size partitioning)，每个分区包括数目固定的一个或几个段，而各分区的长度可以是相等的，也可以是不等的。然而，如果采用可变长度分区(variable-sizedpartitioning)，那么每个分区可包括用户选定数目的分区。在某些时候(如重新格式化磁带时)可以加以改变。磁带编制概述

参照图4，表示一种磁带400，以便更详细地示出本发明预格式化方法的一个实例。磁带400例如可以是图3所示盒式磁带的一个磁带盘。磁带400包括一个物理带头(PBOT)、一个物理带尾(PEOT)和一个逻辑带头(LBOT)。在LBOT前是一个量控制区402(VCR)和一对数据小缓冲区404、405。

磁带400还包括一组标为SH-O至SH-N的段标题(且分别标号为408至411)。每个段标题后是一个数据存储区域，例如段标题408后的数据存储空间408a。每个存储区域可以由多个设备块占用，如空间408a中的一组设备块408b。每个段标题和紧接的数据存储区域可以称为一个“段”。段代码

每个段标题都包括几个不同的代码。例如，段标题408包括一个唯一关键字(408c)、一个段编号代码(408d)、一个指示这个磁带上的段数的代码(408e)和一个段配置映射代码(408f)。唯一关键字408c包括按诸如一定个数的二进制数字那样的预定格式编排的数字、字母或字符的一组组合。唯一关键字408c同样也置于其他各段标题中，置于这些段标题中的这个关键字与以前磁带400预格式化所使用的关键字都不相同，因此是唯一的。这样，唯一关键字408c就将段标题408-411标识为最新的(亦即有效的)段标题。如下面所要说明的那样，使用唯一关键字将显著减少预格式化磁带所需要的时间。

段编号408d最好是一个顺序标识相应各段的号码，例如SH-O可以编为“O”。代码408e简单地列出磁带上的段数，也就是表示磁带400已被格式化成总共多少段的一个数字。段配置映射代码408f包括一个指示预格式化对磁带400的配置的代码。最好，这个代码含有表示一个预定的磁带配置的多个二进制数，该配置与识别配置菜单相应。每个预定的配置例如可以包括一组诸如每段的长度、磁带400上各段分配的模式等特征的组合。此外，代码408f可以含有表示段与定长分区之间的映射关系的部分。这在下面还要详细说明；设备块

如上所述，每个段都包括一个可以含有一些设备块的数据存储区。每个设备块前面是一个首部，而后面是一个尾部。最后的设备块即这段中最后一个设备块，包括一个表示数据结束的代码(EOD)。

作为例子，图4中示出了存储在区域408b内的各设备块的内容。首部408g在含有多个逻辑块408i-408l的设备块408h前。在逻辑块408i-408l后紧接尾部408m。第二段设备块408o前面是首部408n，而后面是尾部408p。最后，EOD设备块408r夹在首部408q和尾部408s之间。

如扩展了的首部408g所示，这组设备块408b中的每个首部包括唯一关键字、段编号和某些对相应设备块是专用的数据。VCR

VCR 402包括一些不同的代码，如格式代码(402a)、统计差错信息代码(402b)、数据位置和有效性信息代码(402c)、目录(402d)。目录402d包括唯一关键字的拷贝(408c)、磁带上的段数(408e)、以及段配置映射代码的拷贝(408f)。

格式代码402a指示磁带400的格式化情况，如数据存储密度、数据磁道数，伺服磁道数等。代码402b维护着对数据存取差错的类型和频率的登记。代码402c提供了不同的数据项的位置，列出各段的内容，以及载明磁带上任何含有无效数据的区域。

目录402d包括与段标题408类似的信息，如上所述。预格式化程序

图5示出了按照本发明所提出的方法进行预格式化的示例性流程。流程500可以通过用诸如控制器204或主机202那样的数字数据处理器执行一个由“C”或其他编程语言的机器可读指令组成的程序来实现。参照图4、5可见，在任务502中，磁带驱动器工作，通过在磁带400上规定一系列的段对磁带400进行预格式化。所以说是“预格式化”是因为先格式化了这些新的段以后才加以使用。这些段是通过将段标题408-411写到磁带上进行规定的，每个段标题中有一个与其他各段标题中相同的唯一关键字，如前面所述。如果需要的话，任务502还可以包括一个接收用户规定段的一些特征(如规定段的长度和/或段总数的段量化单位)的输入的步骤(未示出)。

重要的是，在建立段标题时应不插入任何对磁带媒体进行写数据的操作。这样，一次建立起所有的段标题，从而避免了任何涉及保护间隔配合问题。然而，最好在每段的数据存储区域仍留用一个小的保护间隔，以适应在对每个段标题精确定位中可能存在的微小偏差。

最好，段标题在任务502中尽可能以最有效的方式写入。例如，在多磁道磁带的情况下，所有“垂直对准”的段标题可以通过反复在写一个段标题后对准另一个磁道(通过磁头切换或换档)再写另一个段标题的方式快速一次规定。在一个垂直对准的所有段标题都规定了以后，再将磁带进到下一个垂直对准点。

在任务504中，建立VCR402，包括拷贝现行的唯一关键字408c。VCR402中的这个唯一关键字拷贝提供了将在任务502中设立的这些段标题标识为有效的(即最新的)段标题的索引。

在一般性的操作中，在任务504完成后，驱动器223在任务506中可以对磁带进行各种访问操作，如读写、查找操作。然而，任务506最好是任选的，因为在相继的预格式化操作之间并不见得有任何需执行磁带访问的要求。在任务506后，查询508询问是否接收到需要通过重新格式化磁带建立一个新的段配置的请求。如果没有接收到，控制返回任务506，允许再执行更多的磁带访问操作。然而，如果查询508的结果为“是”，则任务510设立一个新的唯一关键字。如果唯一关键字是一个二进制的数字序列(如前面所述)，则任务510例如可以通过将这个数字序列加上一个或几个单元(unit)来完成。

在任务510完成后，控制返回到任务502/504，用新的段标题和新的唯一关键字对磁带进行预格式化。此时，可以接收用户另外的输入(未示出)，规定诸如段量化单位之类的各种段特征。在大多数情况下，新的段量化单位将与原来的段量化单位不同。在预格式化期间(任务502)，新的段标题和VCR直接写在原有的段标题和VCR上。

未遭新的段标题改写的原有数据仍保留在磁带上，因为并没有执行擦除操作。

在磁带经预格式化规定了各个新的段(任务502/504)后，驱动器223可以进行任务506中的一些磁带访问。这些磁带访问操作现在仅参照用含有最新唯一关键字表明自身有效性的段标题和设备块首部进行，而忽略老的数据和标题信息。以这种方式利用唯一关键字大大减少了否则就需要的预格式化磁带的时间。况且，老的数据和标题信息在诸如数据恢复、重建或其他要用到老数据的程序之类的情况下仍然可以有效地加以利用。划分

如果需要的话，流程500还可以包括另外一些步骤(未示出)，将每个段定义为一个独立可寻址的固定长度“分区”，如前面所述。在这种情况下，段配置映射代码408f还构成一个“分区目录”，提供每个定长分区的地址和内容的目录。

在一个实施例中，分区与段之间可以是一对一的映射关系。或者有一种应用的情况不用单段固定长度分区，而要求混合各种不同长度的固定长度分区，每个分区根据该应用程序的需要具有一个或多个相邻的段。例如，一个磁带可以规定为64个段，分配给三个5段分区和一个49段分区。在具有固定长度不一致的一些分区的实施例中，段与分区之间的映射可用一个包括在目录402d内的分区配置映射代码600(见图6)来保持。作为一个例子，各分区的长度可以通过在任务502和504前接收用户输入(未示出)来设定。

作为另一种实施方案，流程500中的一些步骤(例如502和504)可以在生产磁带媒体时用专用的高精度预格式化机来执行。在一些应用中，这可以提供更高的预格式化精度，也给最终用户更多的方便。

在还有一种实施例(未示出)中，可以按需要在某些磁道组中而不是在整个磁带上规定段。在这种实施例中，例如可以启动任务502(图5)，在指定的磁带部分，诸如第一“磁道组”或“半数磁道组”(”wrap half)，执行规定段标题的操作。然后，在磁带的经预格式化的部分在磁带访问(任务506)期间被充满后，可以重复任务502，在一个剩下的磁道组或半边磁带中规定一组新增添的段标题。

                预格式化：可变划分配置

简要地说，可变划分(variable partitioning)涉及使用一些相继规定的数据存储分区，其中每个分区所包括的段数由用户选定。由图6可见，可变划分的许多特点与图4所示的固定划分类似。

但是，某些特征作了修改，以适应长度改变的分区。例如，除了段配置映射代码408f外，目录402d还包括一个分区配置映射代码600。如前面所述，段配置映射代码408f包括一个指示对磁带400进行预格式化后段的配置的代码。与此不同，分区配置映射代码600指示了磁带400上段与分区之间的映射。在所示例子中，规定了三个分区602-606：(1)在SH-0至SH-2之间的两段构成分区0(602)，(2)在SH-2(410)与SH-N(411)之间的多个段构成分区1(604)，以及(3)SH-N后的单个段构成分区2(606)。可变划分概述

为了说明方便起见，将各段认为是按各自离磁带带头的距离依次排序的，离带头较近的段排在离带头较远的段“前面”。一开始，整个磁带表示一个分区。当接收到一组设备块或其他用户数据要存到磁带上时，依次将这些块写入可满足存储这些块的数量最少的相继数据存储段。最好，每组设备块从磁带上可用的排在最前面的那个段开始存储。将一组设备块写入了数量最少的段以后，这些段就规定为是一个第一分区，这称为“划出”这分区。于是，所有剩下的(即尚未占用的)段规定为第二分区。

当又接到另外一些设备块需要存到磁带上时，就将这些设备块写到第二分区开始处的一个或几个段上。最好用最少的段来存储这些新的设备块。写入这些设备块后，通过重新规定第二分区为那些新占用的段，“划出”了第二分区。所有剩下的(尚未占用的)段规定为第三分区。就这样存储新的数据、建立新的分区直到磁带充满，每个分区分别具有适合其中所存储的数据的数据量的可变长度。可变划分流程

图7示出了按照本发明方法进行可变划分的示例性流程，在任务702开始。流程700可以通过用诸如控制器204或主机202那样的数字数据处理器执行一个由“C”或其他语言的机器可读指令组成的程序来实现。在任务702中，接收到规定使用固定划分还是可变划分和规定有关预格式化磁带的其他参数的输入。这些参数可以包括例如段量化单位。然后，在任务704中，磁带驱动器工作，在磁带上规定各个段。这情况如以上结合图4、5和流程500所述。

在任务704后，查询706询问在任务702中是否规定了可变划分。如果没有规定，则控制返回到建立固定分区的过程，如图5的任务506 。否则，在查询706后，在任务710中接收一个命令。这个命令可以是一个诸如主机、应用程序、操作人员、其他设备或过程那样的用户发出的。

对在任务710中接收到的命令作出响应，驱动器可以访问磁带、定位数据或划出一个分区。如果命令规定磁带访问，则在任务712中驱动器223按照要求执行诸如读写、查找之类的各种磁带访问操作。如果命令(任务710)规定一个定位操作，则在任务714中驱动器223找到所需数据的位置。如果在任务710中请求的是分区划出，则任务716执行一个“划出”操作，划出这个当前分区，从所有剩下的段建立一个新的分区。

在任务712、714、716中的无论哪一个任务完成以后，查询718询问是否接收到用新的段标题对磁带进行预格式化的请求。如果没有接收到，控制就返回到任务710，接收另一个命令。否则，如果请求执行预格式化，任务720就产生一个新的唯一关键字，控制返回到任务704，开始预格式化处理过程。相连和非相连数据存储

采用“相连数据存储”时，每个分区只包括相邻的数据段。图6所示例采用的就是相连数据存储。然而，本发明的划分系统的一个优点是可以用于非相连数据存储。采用非相连数据存储时，每个分区中的各个段可以相互毗连，也可以不这样。

非相连数据存储总的来说在许多方面与相连数据存储相似。例如，磁带也是用如上所述的流程700(图7)划分的。然而，在磁带象上面所述那样划分好后，还维护一个、自由存储池”(未示出)，列出没有分配给分区的所有数据段。于是，每当执行任务710时，还对“解除”和“分配”命令进行识别。解除命令是从一个分区中取出一个指定的段，放入自由存储池。分配命令是从自由存储池中取出一个指定的段，分配给一个指定的分区，无论这指定的段在磁带上处于什么位置。

非相连数据存储流程还可以包括一些使分配、解除等优化的各种例行程序(未示出)。

作为进一步强化的情况，本发明的另一个实施例通过有选择地将数据写到某些段标题上增加了数据存储容量。具体地说，在已经规定了各多段分区后，数据可以写到一个分区的除了初始段标题以外的所有位置上。这种扩展有效数据存储容量的方法特别适合在可变或固定划分情况下的非相连数据存储，当然从事本技术的人员(根据本发明可揭示的)可以理解还有一些其他应用。填补

本发明的另一个实施例是“自动填补”，适用于无论是相连还是非相连数据存储的可变划分。采用自动填补，每个分区在划出时增添一个或几个未占用的数据存储段。增添的段数可由用户根据存储在这分区的数据的特征加以选择。例如为了暂时禁止自动填补，用户可以选择“零”作为增添段数。在另一个实施例中，增添段数可以按照用户事先规定的缺省值自动选择。如果希望禁止自动填补，则可将缺省值设为“零”。

自动填补对于支持原位更新操作特别适用。具体地说，更新后的数据通常要比原来的数据占用更大的空间，即使是更新后的数据含有与原来的数据相同的字节数。这种情况所以发生是因为例如由于差错校检算法等有了变化，从而使更新后的数据量增大。然而，采用自动填补，在磁带上可以留出备用空间，供可能比被代替的原数据块大的代替数据块的大出部分使用。

                    柔性容量定标

概述

如前面所述，许多基本的磁带存储系统以蛇形路径形式存储数据，而有些较高级的系统采用固定容量定标(fixed-capcity scaling)。本发明开发了下面将予以说明的柔性容量定标(flexible-capacityscaling)，从而改进了这些技术。采用柔性容量定标，数据按一种混合的蛇形路径图形存储到一个多磁道的磁带上。数据按由多个相邻接的蛇形图形构成的连续路径配置双向存储。这种路径配置是连续的，按这种配置可以依次存取所有的设备块，在相邻的有序设备块之间没有任何需要走动磁带媒体跳过的区域。

具体可见图8所示多磁道磁带800。这是采用柔性容量定标的一个例子。磁带800含有双向存储的数据，存储方向例如由箭头802、803所示。所示的数据存储路径图形用了三个相邻的蛇形图形806-808。当然，按照本发明，所用的相邻接的蛇形图形的数目可多可少。在每个蛇形图形806-808中，数据路径来回曲折地经过了磁带预定界限内的多条磁道。

这种路径配置在数据各项以某种方式排定次序时最为优越，这时各数据项的次序是具有一定意义的。例如，各数据项可以对应于在相继增大的各时间间隔进行测量的结果、按字母顺序排列的姓名、按标号数字大小排列的正文摘要等。在这种情况下，数据项最好按与这次序相应的顺序依次储存。以图8为例，数据项810-833表示相应序号依次增大的各数据项。如果各数据项是依次排序的，那么数据定位操作时驱动器使磁带运动最小，这非常有利。这样的操作与在数据项之间有间隔的相比大大改善了数据定位效率。这是因为次序相邻的数据项在磁带上存储在相邻的位置。例如，数据项810和811在磁带800上存储在相邻的位置。

此外，如这些箭头(如802、803)所示，数据存储路径图形是连续的，次序相邻的各数据块在数据路径上始终是相邻的。这样，由于采用这种图形的路径，就能够依次存取存储在磁带上的所有数据块，而在相邻的有序设备块之间没有任何需要走动磁带媒体跳过的区域。换句话说，从一个数据项的末端进到下一个数据项的始端磁带只需动一点点。例如，数据项816和817是相邻的，数据项823和824也是相邻的。沿着数据项829、830、831、832和833的路径同样是连续的。因此，采用柔性定标存取数据磁带运动是极小(modicum)的。

如图8所示，柔性容量定标甚至在数据完全充满磁带时也能使用，这与固定容量定标不同。在这种情况下，柔性容量定标提供了顺序数据的快速存取，因为依次相邻的各数据项是存储在相应相邻的位置上的。

此外，柔性容量定标在数据不完全充满磁带时也能使用，这与固定容量定标相同。图9示出了数据项902-915占用了磁带900的三分之二长度的例子。这里，数据路径包括两个堆叠的蛇形图形950-951。磁带的剩下部分952是空的。然而，在数据项902-915存到磁带上后，如果需要的话，还可以将其他数据项按照一条通过位置916-925的数据路径加以分别存储。

图8和9表明，无论蛇形图形的个数是奇数还是偶数都可建立一个连续的数据图形。当然，图8和9所示的路径配置只是作为例子。可以用这些数据存储路径的其他形式来提供对按多个堆栈的蛇形图形存储的有序数据的连续存取。例如，蛇形图形可以从磁带中间开始(未示出)而不是从磁带始端开始，以支持磁带中间装入的盒式磁带。结合划分的柔性容量定标

可以实现一种增强的柔性容量定标实施例以提供划分功能。在一种可能的安排中，可以将一个蛇形邻接图形中的每个幅行(swath)指定为一个数据段。在这种安排中的这些段可以按数据路径的行径相继编号，例如将数据项902-915(图9)编为段0-13，将数据项810-833(图8)编为段0-23。

或者，在每个蛇形幅行中可以包括或多或少个分区。例如，每个幅行可以包括三个或四个分区。作为一个具体例子，一个磁带可以规定为有512个段，每四段反向折回，因此每个幅行包括四个分区。在某些诸如需要段量化单位小的应用中，每个蛇形幅行包括更多一些的段可能更好一些，因为这样幅行就可以比较长，从而有助于保持所希望的读写性能，否则在磁带路径方向上反向次数过多就可能限制读写性能。此外，与柔性容量定标配合的划分可以是固定的，也可以是可变的，所用的技术如前面所述。

虽然以上对本发明的最佳实施例作了说明，但熟悉本技术领域的人员显然可以在不脱离如所附权利要求所规定的本发明专利保护范围的情况下对这些实施例进行种种变更和修改。

Claims (25)

1.一种对磁带媒体进行预格式化的方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

通过在磁带媒体上写入第一组段标题，在磁带媒体上规定第一组数据存储段，所执行的所述写入不包括任何向磁带媒体进行的交错的用户数据的写入，所述第一组段标题的相邻段标题之间均匀相隔一个第一预定间隔，所述第一组段标题的每个段标题都含有一个对于所述第一组段标题的所有段标题是共同的第一组预定关键字；以及

将所述第一预定关键字存入一个关键字索引，从而将所述第一组数据存储段标识为是最新的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括一个在写第一组段标题之前接收一个规定所述第一预定间隔的段量化单位输入的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括下列步骤：

通过在磁带媒体上写入第二组段标题，在磁带媒体上规定第二组数据存储段，所执行的所述写入不包括任何向磁带媒体进行的交错的用户数据的写入，所述第二组段标题的相邻段标题之间均匀相隔一个第二预定间隔，所述第二组段标题的每个段标题都含有一个对于所述第二组段标题的所有段标题是共同的第二预定关键字，所述第二预定关键字不同于第一预定关键字；以及

将所述第二预定关键字存入一个关键字索引，从而将所述第二组数据存储段标识为是最新的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述第二预定间隔不同于所述第一预定间隔。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述方法还包括一个在写第二组段标题前将多个用户数据块写入所述第一组数据存储段的一些所选出的段内的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是所述方法还包括一个在写第二组段标题后，与以前写入第一组数据存储段的任何用户数据块无关地将多个用户数据块写入所述第二组数据存储段的一些所选出的段内的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括将每个数据存储段分别规定为一个独立可寻址分区的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括规定第一预定个数的独立可寻址分区的步骤，所述这些分区的每个分区对应于至少一个数据存储段的一个不同的组。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述这些分区的至少一个分区对应于多个数据存储段。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述这些分区的至少一个分区对应于一个单个数据存储段。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征是所述这些分区的一个第一分区包括一个由一个起始段标题标记的起始数据存储段和至少一个由相应个数的后继段标题标记的后继数据存储段，而所述方法还包括通过将用户数据写入起始段和后继段内以及写到后继段标题上但避免有任何写到起始段标题上的方式，增大在第一分区中的数据容量利用率的步骤。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述关键字索引包含在磁带媒体上。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括：

将多个用户数据块写入相应数量的第一组数据存储段。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述方法还包括：

与以前存在的数据或驻留在第一组数据存储段中的标题信息无关地，将多个用户数据块写入对应数量的第一组数据存储段。

15.根据权利要求1的方法，其特征是所述方法还包括：

取代磁带媒体上预先存在的被放弃数据和标题信息，在磁带媒体上写入段标题并存储预定关键字。

16.一种对磁带媒体进行格式化的方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

通过在磁带媒体上写入第一组段标题，在磁带媒体上规定第一组数据存储段，所执行的所述写入不包括任何向磁带媒体进行的交错用户数据的写入，所述第一组段标题的相邻段标题之间均匀相隔一个第一预定间隔，所述第一组段标题的每个段标题都含有一个对于所述第一组段标题的所有段标题是共同的第一预定关键字；

其中所述数据存储段按照一个预定格式依次排序；

将所述第一预定关键字存入一个关键字索引，从而将第一组数据存储段标识为是最新的；以及

将至少一个数据存储段设立为一个第一分区，而将所有剩下的数据存储段设立为一个第二分区。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征是所述方法还包括下列步骤：

划出至少一个特定的数据存储段，重新设立第二分区；以及

将其余所有不属于重新划出的第二分区的数据存储段设立为一个第三分区。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征是所述方法还包括下列步骤：

维护一个由未占用的数据存储段组成的自由存储池；

通过将所述自由存储池的一个数据存储段分配给一个现存分区扩大这个现存分区；以及

通过将一个现存分区的一个数据存储段分配给所述自由存储池减小这个现存分区。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征是分配给现存分区的数据存储段与所述现存分区的数据存储段邻接。

20.一种对磁带媒体进行格式化的方法，该方法包括下列步骤：

通过在磁带媒体上写入第一组段标题，在磁带媒体上规定第一组数据存储段，所执行的所述写入不包括任何向磁带媒体进行的交错的用户数据的写入，所述第一组段标题的相邻段标题之间均匀相隔一个第一预定间隔，所述第一组段标题的每个段标题都含有一个对于所述第一组段标题的所有段标题是共同的第一预定关键字；

其中所述存储段是按照一种预定格式依次排序的；

将所述第一预定关键字存入一个关键字索引，从而将所述第一组数据存储段标识为是最新的；

接收需要写入的一个第一组设备块；

将第一组设备块依次写入容纳第一组设备块所需的最少数量的、至少一个的数据存储段；以及

将所述至少一个数据存储段设立为一个第一分区，而将所有排在后面的数据存储段设立为一个第二分区。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征是所述方法还包括下列步骤：

接收要写入的一个第二组设备块；

将第二组设备块依次写入容纳第二组设备块所需的最少数量的、至少一个第二分区中排在最前面的数据存储段；以及

将所述容纳第二组设备块所需的至少一个数据存储段设立为第二分区，而将所有排在后面的数据存储段设立为一个第三分区。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征是所述建立分区这个步骤包括下列步骤：

将所述至少一个数据存储段连同用来填补的预定个数的额外数据存储段一起设立为一个第一分区；以及

将所有排在后面的数据存储段设立为一个第二数据分区。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征是所述方法还包括接收一个来自用户的额外数据存储段的预定个数的输入的步骤。

24.根据权利要求22所述的方法，其特征是所述额外数据存储段的预定个数由一个缺省值预先设定。

25.根据权利要求22所述的方法，其特征是所述额外数据存储段的预定个数为零。

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