CN110321076A - 基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法，该系统包括光盘库以及虚拟磁带库控制器，所述光盘库包括硬盘缓冲器、光驱组、光盘架以及用于在光驱组在光盘架之间自动取放光盘的光盘机械装置，所述硬盘缓冲器包括至少一个硬盘，所述光驱组包括多个光驱，所述光盘架上放置有多张光盘，所述虚拟磁带库控制器通过高速网络连接有至少一个客户端；所述虚拟磁带库控制器将所述光盘库模拟成至少一个虚拟磁带设备，所述虚拟磁带库控制器用于接收客户端发起的磁带访问请求并根据映射表把相应的磁带访问请求转换为对于硬盘和光盘的操作。本发明能够廉价、方便、可靠、可信地长期保存海量数据，提高了海量光盘使用方便性和整体效率。

Description

基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及计算机数据存储技术领域，尤其涉及一种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法。

背景技术

大数据时代数据量不断增加，人类社会对于数据的依赖程度也日益加深。因此需要一种能够廉价、方便、可靠、可信地长期保存海量数据的存储设备、系统和机制。光盘是一种适合廉价长期可信存储数据的存储介质。蓝光光盘能够可靠地保存数据长达50年，千年光盘能够保存数据超过数百年，而且无需特殊保存环境的要求。光盘是由毫米级别的塑料片和微米级别的膜涂层构成，其材料成本较低，在大量生产的情况下，光盘的成本可以降到很低。目前常用的蓝光光盘的容量为25GB、50GB、100GB等。容量为300GB的蓝光光盘也在逐渐进入消费者市场。

传统使用磁带进行数据备份和归档，而磁带库是各种备份和归档应用的标准设备。但磁带即使离线放置也要环境保持恒温恒湿，不然容易粘连、长霉、掉磁粉等，导致数据丢失。而硬盘能够离线保存，但是长期不使用，也会使得磁头粘连、或者电子部件失效，导致数据丢失。考虑到磁盘的单GB成本也在不断下降，而且性能比磁带高。为了兼容大量备份归档软件和应用，使用磁盘作为存储介质，但是仍然保持磁带库的接口。这就是使用磁盘介质的虚拟磁带库。虚拟磁带库(Virtual Tape Library，简称VTL)技术是数据备份领域的里程碑，该技术具备性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低以及运营成本低等多项优势，受到各行业用户的青睐。同时，VTL也可以和现有磁带库集成，提高数据保护的整体安全性和性能，降低数据保护成本。采用硬盘虚拟磁带库不仅可以很好解决备份性能问题，资源共享问题也可以很好地解决(虚拟软件可以动态分配磁盘空间到每个虚拟磁带空间)。但是磁盘只具有三到五年的使用寿命，因此基于磁盘的虚拟磁带库不具有长期数据保存的能力。

为了结合磁带库的软件兼容性和光盘的长效存储介质优势，迫切的需要一种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法，提高海量光盘使用方便性和整体效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法，旨在用于解决现有的数据存储设备不能够长期保存海量数据的问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种基于光盘库的虚拟磁带库系统，包括光盘库以及虚拟磁带库控制器，所述光盘库包括硬盘缓冲器、光驱组、光盘架以及用于在光驱组在光盘架之间自动取放光盘的光盘机械装置，所述硬盘缓冲器包括至少一个硬盘，所述光驱组包括多个光驱，所述光盘架上放置有多张光盘，所述虚拟磁带库控制器通过高速网络连接有至少一个客户端；

所述虚拟磁带库控制器用于将所述光盘库模拟成至少一个虚拟磁带设备，每个虚拟磁带设备包括多个虚拟磁带，每个虚拟磁带的存储空间对应多个光盘的存储空间，所述硬盘作为光盘的读写缓冲区，所述虚拟磁带库控制器中保存有虚拟磁带与光盘对应关系的映射表，所述虚拟磁带库控制器用于接收客户端发起的磁带访问请求并根据映射表把相应的磁带访问请求转换为对于硬盘和光盘的操作，实现对相应数据的存取操作。

进一步地，所述映射表中，每条映射表项对应一个虚拟磁带标识、多个光盘标识和属性项，相应光盘标识项的数量为：取整[该磁带容量Ct/光盘实际容量Co]+1。

进一步地，所述虚拟磁带控制器中还保存有光盘位置表，用于记录硬盘中的光盘镜像与物理光盘的对应关系，所述光盘位置表中的一条表项对应一个光盘，使用光盘ID作为每条记录的唯一索引。

进一步地，所述光盘位置表的表项内容中记录光盘在光盘架中的物理位置、相应光盘镜像文件在硬盘中的地址以及光盘状态项。

另一方面，本发明还提供一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，应用于上述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，所述方法包括：

当客户端发出读磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收读磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若在硬盘缓冲区对应光盘镜像不为空，则从光盘镜像特定位置读取数据传递给客户端；若对应光盘镜像在硬盘缓冲区的地址为空，则从光盘位置表中确定光盘物理位置，通过光盘机械装置把相应光盘放置到空闲光驱中进行数据读取，最后把请求数据传递给客户端；

当客户端发出写磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收写磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若对应光盘镜像为空，则在硬盘缓冲器中创建一个新的光盘镜像，更新到光盘位置表中的相应位置，并把光盘状态设置为表示光盘镜像中是最新数据的标识，然后把数据写入该光盘镜像特定地址；若对应光盘镜像不为空，而且光盘状态不为只读，则把数据写入该光盘镜像特定地址。

进一步地，该方法还包括：

当每一磁带对应的光盘镜像文件未写满时，不刻录该光盘镜像文件到对应光盘中，而是当光盘镜像为写满时，把其变为只读，如果该磁带还在被写，则分配一个新的光盘ID和光盘镜像给该磁带，并更新相应的磁带光盘映射表表项；系统定期扫描所有写满的光盘镜像，当有光驱空闲时，则把相应物理光盘抓取到光驱中，把光盘镜像整体刻录到该物理光盘，刻录完成后，把光盘放回光盘架，更新相应的光盘位置表中的属性项，标记光盘镜像和光盘内容一致。

进一步地，该方法还包括：

当硬盘剩余空闲空间小于设置的阈值时，把最早没有使用的光盘镜像从硬盘中删除。

进一步地，该方法还包括：

当客户端发起装载磁带的请求时，系统立刻把该虚拟磁带对应的第一张光盘顺序放入光驱中读，并在硬盘缓冲区中产生相应的光盘镜像文件；当客户端发起磁带寻道命令，则把相应的光盘顺序放入光驱中读出数据，发给客户，并在硬盘中产生相应的光盘镜像文件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法，结合光盘廉价、长期可信存储数据的的优点以及虚拟磁带库性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低以及运营成本低等多项优势，光盘库通过虚拟磁带控制器模拟出一个或者多个虚拟磁带设备，能够廉价、方便、可靠、可信地长期保存海量数据，提高了海量光盘使用方便性和整体效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于光盘库的虚拟磁带库系统架构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的存取步骤流程图；

图3为本发明实施例提供的一种磁带到光盘地址映射关系示意图；

图4为本发明实施例提供的一种光盘磁带映射表示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光盘位置表示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的磁带读取的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的磁带写入的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于光盘库的虚拟磁带库系统，包括光盘库以及虚拟磁带库控制器1，所述光盘库包括硬盘缓冲器2、光驱组3、光盘架4以及用于在光驱组在光盘架之间自动取放光盘的光盘机械装置5。所述硬盘缓冲器2包括至少一个硬盘，该硬盘可以为磁盘或者固态盘，所述光驱组3包括多个光驱，所述光盘架3上放置有多张光盘，所述虚拟磁带库控制器1通过高速网络连接有至少一个客户端6。

所述虚拟磁带库控制器1用于将所述光盘库模拟成至少一个虚拟磁带设备，每个虚拟磁带设备包括至少一个磁带驱动器、至少一个磁带机械臂和多个虚拟磁带，上述每个磁带驱动器、磁带机械臂和磁带均具有唯一的标识。具体可以通过配置文件方式创建虚拟磁带设备，还可以通过撰写配置文件方式设置虚拟磁带的规格，包括磁带类型、磁带容量、磁带特写特性等，设置上述磁带驱动器的规格，包括读写速度等特性，以及设置上述磁带机械臂的规格，包括取放磁带的延迟等特性。所述虚拟磁带设备通过网络为一个或者多个客户端提供磁带存取服务。

所述虚拟磁带库控制器1中保存有虚拟磁带与光盘对应关系的映射表，每个虚拟磁带存储空间对应多个光盘的物理空间，记录在映射表中。所述硬盘作为光盘的读写缓冲区，硬盘中存放一个或者多个光盘镜像。所述虚拟磁带库控制器1用于接收客户端发起的磁带访问请求，包括磁带驱动器操作请求，磁带机械臂操作请求和磁带存取请求等命令，还包括磁带装载和卸载，磁带的读写操作等，并根据映射表把相应的磁带访问请求转换为对于硬盘和光盘的操作，实现对相应数据的存取操作。从而客户端对于虚拟磁带的读写操作，通过一种映射机制变成对于相应硬盘和光盘的读写操作。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的存取步骤流程图，具体包括：虚拟磁带库控制器接收客户端发起的磁带访问请求，所述磁带访问请求中携带磁带标识，根据所述磁带标识查找映射表，确认所述磁带标识所对应的磁带是存储在硬盘缓冲器中或者是存储在光盘中。若是所述硬盘缓冲器中存储有所述磁带标识所对应的磁带，虚拟磁带库控制器根据映射表中记载的虚拟地址，打开硬盘缓冲器中相应的磁带数据完成对应访问操作。否则，虚拟磁带库控制器在光盘中查找是否存在所述磁带，若存在，根据映射表中记载的物理地址，将所述光盘中存储的磁带内容读取到所述硬盘缓冲器中，通过所述硬盘缓冲器完成对应访问操作；若不存在，则在临时存储器中创建对应所述磁带标识的磁带，并将其虚拟地址添加到所述映射表中。

如图3和图4所示，作为本实施例的优选，所述映射表中，每条映射表项对应一个虚拟磁带标识、多个光盘标识和属性项，相应光盘标识ID项的数量为：取整[该磁带容量Ct/光盘实际容量Co]+1；所述磁带光盘映射表项中，第一个光盘ID项对应于磁带内部逻辑地址0到Co-1；第二光盘ID项对应于磁带内部逻辑地址Co到2Co-1；依次建立磁带内部逻辑地址到相应光盘ID及其光盘内部逻辑地址的映射关系。

根据上述的磁带光盘映像机制，当创建一个虚拟磁带时，在上述磁带光盘映射表中增加一条表项。初始时，相应所有光盘ID项为空，表示该磁带还没有开始写。当开始写数据到该磁带时，为该磁带分配空光盘开始写入数据，根据所需数据的逻辑地址把该光盘ID和磁带地址登记到上述映射表中的对应位置。当磁带所有空间写完时，修改相应属性项标记该磁带为写完只读状态。

如图5所示，优化上述实施例，所述虚拟磁带控制器中还保存有光盘位置表，用于记录硬盘中的光盘镜像与物理光盘的对应关系，所述光盘位置表中的一条表项对应一个光盘，使用光盘ID作为每条记录的唯一索引。进一步地，该表项内容中记录光盘在光盘架中的物理位置，用于光盘机械臂从特定位置存取光盘；由于硬盘中具有光盘镜像，其对应一张物理光盘，具有相同的光盘ID，该表项也记录相应光盘镜像文件在硬盘中的地址，该地址为空时表明该光盘在硬盘中没有相应的光盘镜像文件；该表项记录光盘状态项，包括只读，光盘镜像和光盘数据一致性等状态。

如图5和图6所示，本发明实施例还提供一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，应用于上述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，所述方法包括：

当客户端发出读磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收读磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若在硬盘缓冲区对应光盘镜像不为空，则从光盘镜像特定位置读取数据传递给客户端；若对应光盘镜像在硬盘缓冲区的地址为空，则从光盘位置表中确定光盘物理位置，通过光盘机械装置把相应光盘放置到空闲光驱中进行数据读取，最后把请求数据传递给客户端；

当客户端发出写磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收写磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若对应光盘镜像为空，则在硬盘缓冲器中创建一个新的光盘镜像，更新到光盘位置表中的相应位置，并把光盘状态设置为10，表示光盘镜像中是最新数据，然后把数据写入该光盘镜像特定地址；若对应光盘镜像不为空，而且光盘状态不为只读，则把数据写入该光盘镜像特定地址。

优化上述实施例，该方法还包括：当每一磁带对应的光盘镜像文件未写满时，不刻录该光盘镜像文件到对应光盘中，而是当光盘镜像为写满时，把其变为只读，如果该磁带还在被写，则分配一个新的光盘ID和光盘镜像给该磁带，并更新相应的磁带光盘映射表表项；系统定期扫描所有写满的光盘镜像，当有光驱空闲时，则把相应物理光盘抓取到光驱中，把光盘镜像整体刻录到该物理光盘，刻录完成后，把光盘放回光盘架，更新相应的光盘位置表中的属性项，标记光盘镜像和光盘内容一致。

优化上述实施例，该方法还包括：当硬盘剩余空闲空间小于设置的阈值时，把最早没有使用的光盘镜像从硬盘中删除。

优化上述实施例，该方法还包括：当客户端发起装载磁带的请求时，系统立刻把该虚拟磁带对应的第一张光盘顺序放入光驱中读，并在硬盘缓冲区中产生相应的光盘镜像文件；当客户端发起磁带寻道命令，则把相应的光盘顺序放入光驱中读出数据，发给客户，并在硬盘中产生相应的光盘镜像文件。

本发明实施例提供的这种基于光盘库的虚拟磁带库系统及其管理方法，结合光盘廉价、长期可信存储数据的的优点以及虚拟磁带库性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低以及运营成本低等多项优势，光盘库通过虚拟磁带控制器模拟出一个或者多个虚拟磁带设备，能够廉价、方便、可靠、可信地长期保存海量数据，提高了海量光盘使用方便性和整体效率。

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 (8)

1.一种基于光盘库的虚拟磁带库系统，其特征在于：包括光盘库以及虚拟磁带库控制器，所述光盘库包括硬盘缓冲器、光驱组、光盘架以及用于在光驱组在光盘架之间自动取放光盘的光盘机械装置，所述硬盘缓冲器包括至少一个硬盘，所述光驱组包括多个光驱，所述光盘架上放置有多张光盘，所述虚拟磁带库控制器通过高速网络连接有至少一个客户端；

所述虚拟磁带库控制器用于将所述光盘库模拟成至少一个虚拟磁带设备，每个虚拟磁带设备包括多个虚拟磁带，每个虚拟磁带的存储空间对应多个光盘的存储空间，所述硬盘作为光盘的读写缓冲区，所述虚拟磁带库控制器中保存有虚拟磁带与光盘对应关系的映射表，所述虚拟磁带库控制器用于接收客户端发起的磁带访问请求并根据映射表把相应的磁带访问请求转换为对于硬盘和光盘的操作，实现对相应数据的存取操作。

2.如权利要求1所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，其特征在于：所述映射表中，每条映射表项对应一个虚拟磁带标识、多个光盘标识和属性项，相应光盘标识项的数量为：取整[该磁带容量Ct/光盘实际容量Co]+1。

3.如权利要求2所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，其特征在于：所述虚拟磁带控制器中还保存有光盘位置表，用于记录硬盘中的光盘镜像与物理光盘的对应关系，所述光盘位置表中的一条表项对应一个光盘，使用光盘ID作为每条记录的唯一索引。

4.如权利要求3所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，其特征在于：所述光盘位置表的表项内容中记录光盘在光盘架中的物理位置、相应光盘镜像文件在硬盘中的地址以及光盘状态项。

5.一种基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，应用于如权利要求1-4任一所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统，其特征在于，所述方法包括：

当客户端发出读磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收读磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若在硬盘缓冲区对应光盘镜像不为空，则从光盘镜像特定位置读取数据传递给客户端；若对应光盘镜像在硬盘缓冲区的地址为空，则从光盘位置表中确定光盘物理位置，通过光盘机械装置把相应光盘放置到空闲光驱中进行数据读取，最后把请求数据传递给客户端；

当客户端发出写磁带的请求，虚拟磁带库控制器接收写磁带请求，首先从请求指令中获取所存取数据的逻辑地址，访问磁带光盘映射表，获取磁带对应的光盘ID，然后访问光盘位置表，获取光盘位置信息；若对应光盘镜像为空，则在硬盘缓冲器中创建一个新的光盘镜像，更新到光盘位置表中的相应位置，并把光盘状态设置为表示光盘镜像中是最新数据的标识，然后把数据写入该光盘镜像特定地址；若对应光盘镜像不为空，而且光盘状态不为只读，则把数据写入该光盘镜像特定地址。

6.如权利要求5所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，其特征在于，该方法还包括：

当每一磁带对应的光盘镜像文件未写满时，不刻录该光盘镜像文件到对应光盘中，而是当光盘镜像为写满时，把其变为只读，如果该磁带还在被写，则分配一个新的光盘ID和光盘镜像给该磁带，并更新相应的磁带光盘映射表表项；系统定期扫描所有写满的光盘镜像，当有光驱空闲时，则把相应物理光盘抓取到光驱中，把光盘镜像整体刻录到该物理光盘，刻录完成后，把光盘放回光盘架，更新相应的光盘位置表中的属性项，标记光盘镜像和光盘内容一致。

7.如权利要求5所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，其特征在于，该方法还包括：

当硬盘剩余空闲空间小于设置的阈值时，把最早没有使用的光盘镜像从硬盘中删除。

8.如权利要求5所述的基于光盘库的虚拟磁带库系统的管理方法，其特征在于，该方法还包括：

当客户端发起装载磁带的请求时，系统立刻把该虚拟磁带对应的第一张光盘顺序放入光驱中读，并在硬盘缓冲区中产生相应的光盘镜像文件；当客户端发起磁带寻道命令，则把相应的光盘顺序放入光驱中读出数据，发给客户，并在硬盘中产生相应的光盘镜像文件。