CN1530841A - 具快照备份功能的存储系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种具快照备份功能的存储系统及方法，其中该系统为电性耦接一主系统，且至少包括一个存储装置与一个存储控制单元，其中每一存储装置包括多个资料区块及备份区块，而前述存储控制单元至少包括一控制器及一嵌入式的驱动程序。前述存储方法如下：存储控制单元从该主系统处接收并主动判断一待写入的最新存储资料是否不同于该存储装置中前次存储资料，以将其中不同之前次存储资料部分备份至该存储装置的对应备份区块中，之后再将对应不同的最新存储资料部分覆盖在此不同之前次存储资料部分所处的资料区块上。

Description

具快照备份功能的存储系统及方法

技术领域

本发明涉及一种资料存储系统及方法，且特别是有关于一种具快照备份功能的存储系统及方法。

背景技术

在一般的资料存储系统中，若不论存储资料的先后异同关系，就直接将所有接收到资料加以存储的作法，多是一主系统配合一内存存取(DirectMemory Access，DMA)功能，其或可在不占用主系统处理器(CPU)资源的情况下，对其存储装置执行存储动作。然而，这样的存储系统存在着一个根本的问题，即在准备存储资料之时，无论该笔资料相较于前次所存是否已有变动，仍会被用来取代前次所存的资料。如此一来，存储装置就必须面对多次且大量而无谓的写入动作，易造成备份效率不彰，且易使用寿命减短。而且，由于内存存取(Direct Memory Access，DMA)功能每次所能处理的资料量有其限制，较不适合于需要快速及大量的资料备份处理。

为了改善这个问题，另有一些现有技术，需在主系统如服务器端依据不同操作系统(OS)设置不同的存储管理软件(Storage Management Software)，以在存储数据文件至该服务器附属的存储装置时，制作一对应的快照(snapshot)备份，并将完成的快照备份存放至另一档案数据库如一档案服务器或另一备用存储装置中。然而，此种作法虽已比前述现有技术加快数据文件备份的处理时间，但对于如需经常执行备份工作的主系统而言，无异会占用其过多主系统资源如I/O端口、总线及内存，并增加主系统处理器(CPU)的负载(Loading)。

还有一些现有技术，除了延用前段所述的架构外，更进一步利用该主系统判断待写入的存储资料是否与前次备份内容不同以决定备份的方法。然而，这样的技术虽然可以延长存储装置的使用寿命，但更增加主系统处理器(CPU)的负载(Loading)以比较资料间的异同及存放位置，造成主系统处理器(CPU)的运作效能降低，特别是针对需要大量运算功能或同时连接多部存储装置的主系统处理器(CPU)而言，更是一值得重视的问题。

发明内容

因此，本发明的一主要目的在于提供一种具快照备份功能的存储系统及方法，可对其接收到的存储资料主动执行一致性(consistence)检查及变更资料的快照(Snapshot)备份制作，故可增加存储系统的使用寿命，并提升备份效率。同时，降低主系统的处理器的计算负担，特别是针对需同时备份多台存储装置的主系统而言。

依据本发明的第一最佳实施例，提出一种具快照备份功能的存储系统及方法，其中该具快照功能的存储系统系电性耦接至一主系统，且包括至少一个存储装置与一个存储控制单元，其中每一存储装置至少包括多个资料区块及备份区块，而前述存储控制单元至少包括一控制器及一嵌入式的驱动程序。此具快照备份功能的存储方法如下：该存储控制单元自主系统处接收一待写入的最新存储资料；依据前次存储资料在该存储装置各区块中的分布纪录，其中包括一区块映像纪录表，判断该最新存储资料中有无不同于前次存储资料的内容；将不同之前次存储资料部分备份至该些备份区块之中，并将此前次存储资料部分的快照备份纪录在该区块映像纪录表上；之后，再将对应于此不同的最新存储资料部分覆盖在此不同之前次存储资料所处的资料区块上；使此最新存储资料的快照备份同样纪录在该区块映像纪录表上。

此外，依据本发明的第二最佳实施例，将前述具快照备份功能的存储系统及方法运用在一界面如一存储适配卡上。此种存储界面卡可电性耦接至主系统，并包括至少一存储控制单元与一I/O输出入端口，而前述存储控制单元至少包括一控制器及一嵌入式的驱动程序。前述存储系统的实施步骤如下：该界面卡上的存储控制单元接收由主系统所输出的存储资料；该存储控制单元会依据前次存储资料在区块上的分布纪录，判断该待写入的最新存储资料内容是否异于前次存储资料，以将存储装置中不同之前次存储资料部分备份至存储装置的备份区块中，并将对应不同的最新存储资料部分经由该I/O输出入端口传送以覆盖在前述不同之前次存储资料所处的资料区块上。

再者，依据本发明的第三最佳实施例，更将前述具快照备份功能的存储系统的存储界面应用于一具主系统的主机板上。

总而言之，本发明所提供的各种存储系统架构皆利用一存储控制单元将其中具差异的资料作快照处理及纪录，故使主系统的运作能力就不会因为资料的存储操作而大幅下降。此外，由于存储系统的存储控制单元本身能主动将不同之前次存储资料部分做快照备份，故使任何一台存储系统无论是处于意外或当机事件中时，皆能对其失去存储资料执行简易且快速的回复。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1根据本发明的第一较佳实施例的电路方块图；

图2根据本发明的第二较佳实施例的电路方块图；以及

图3根据本发明的第三较佳实施例的电路方块图。

具体实施方式

请参照图1，其图示依照本发明的一第一较佳实施例的一具快照(Snapshot)备份功能的存储系统150，其电性耦接至主系统100，以接收由主系统100传来的一最新存储资料。该存储系统150至少包括一存储控制单元160与一存储装置170，其中每一存储装置包含多个资料区块(Original Block)及备份区块(Snapshot Block)如图1中的区块172-178，而前述存储控制单元170至少包括一控制器(或为一处理器级芯片)及一嵌入式的驱动程序(DeviceDrive)如为Linux程序。此外，在目前一般的计算机存储系统中，因完全需依赖该系统内之中央处理器(CPU)及存储管理软件(Storage ManagementSoftware)分别对所有附属的存储装置作快照(Snapshot)备份，故会增加该中央处理器的负担，易使备份效率变差。相反的，依据本发明的每一台存储系统150内设置有存储控制单元160，故能对接收到的存储数据直接执行快照备份，无需动用主系统100太多资源，也无需在主系统100内使用存储管理软件，自然也不太占用中央控制单元110的计算能力的存储系统。本实施例所提供的存储系统150就是根据这样的目标所设计出来的。

依据本发明的第一较佳实施例的具快照备份的存储方法如下：该存储控制单元160首先接收由主系统100所传来的待写入的最新存储资料，并且对此最新存储资料进行分析。此处的分析可包括确认该存储装置170的各区块172～178中是否存有与此最新存储资料相对应的资料部分。换句话说，存储控制单元160系根据前次存储资料在该存储装置170的各区块172～178中的分布纪录，包括核对一区块映像纪录表(Block Mapping Table)，以判断该传来的最新存储资料中有无不同于前次存储资料的内容，即可轻易得知所要存储的最新存储资料是否是原本就存储在存储装置170中。需注意的是，这是因前述区块映像纪录表纪录每一区块172～178的映像过程(Mapping)，其中包括每一资料区块之前次存储资料映像到其对应备份区块的过程，以及最新存储资料映像至其每一资料区块的过程。

如果在上述的分析操作中发现在存储装置170的各区块172～178中并没有与此最新存储资料相对应之前次存储资料部分，则存储控制单元160就直接将该最新存储资料存放到存储装置170的对应资料区块如编号172中。然而，如果在上述的分析操作中发现在存储装置170的资料区块172中存在与此份最新存储资料不同之前次存储资料部分，则存储控制单元160就将此不同之前次存储资料部分从其资料区块172映像至一对应的备份区块如编号178上，并将此前次存储资料的映像纪录或更新在前述区块映像纪录表上；之后，再将对应于此不同的最新存储资料部份映像覆盖于该存储装置170内该不同之前次存储资料部分所处的资料区块172上，同样的此最新存储资料的映像纪录会纪录在前述区块映像纪录表上。

正如前述，因前述区块映像纪录表纪录每一区块172～178的映像过程(Mapping)，包括每一资料区块之前次存储资料映像到其对应备份区块的过程，以及最新存储资料映像至其每一资料区块的过程。贷借此，当使用者需要回复前次存储资料时，可通过该存储控制单元160读取该区块映像纪录表，即可找到存放前次存储资料的备份区块，并将该前次存储资料重新加载并覆盖最新存储资料的对应资料区块上，即可达到前次存储资料迅速回复(Recovery)的目的。因此，依据本发明的第一实施例之前述区块映像纪录可以被设计成仅纪录每一资料区块之前次存储资料映像到其对应备份区块的过程，借此存储控制单元160也仅针对该处与最新存储数据之间作一致性(或称差异性)判断及备份，即可达到前次存储资料回复(Recovery)的目的。

此外，当在该主系统100传送该最新存储资料至该存储系统150过程因中断意外以致发生该存储系统150遗失部份最新存储资料而未能加载的情况后，一旦该存储系统150重新加载该最新存储资料，即可通过该存储控制单元160依据一执行纪录文件(Log)的先前纪录，即可对该最新存储资料继续执行在执行纪录文件中尚未完成工作目，该些工作目至少包括：核对该区块映像纪录表以比较前次与最新存储资料两者间的异同、将不同之前次存储资料部份快照备份至相对应的备份区块上、更新该区块映像纪录表，以及不同的最新存储资料部份加载至相对应资料区块上。借此，对于一些已备份至存储装置的最新存储资料部份可以无需再执行备份，但对于另一些先前备份中断而遗失的最新存储资料部份则可继续执行备份，故能使备份效率提高。

接下来请参照图2，其图示了根据本发明的第二较佳实施例，系将前述具有快照备份功能的存储系统及方法应用于一界面如一存储界面卡220上。于本第二实施例中，一主系统200包括了中央控制单元202、内存204、北桥芯片206、南桥芯片208、插槽210与212，且该主系统电性耦接该存储界面卡220，以及受该存储界面卡220所控制的存储装置230与232，其中每一存储装置230或232具有多个资料区块及备份区块用于存储资料。在一般的计算机系统中，当其主系统之中央控制单元与内存要读取存储装置中的资料，或将资料写入至存储装置之时候，可以藉由与其相电性耦接的北桥与南桥芯片传送对应的指令至存储装置。然而，在本实施例中，前述的指令会先被传送至存储界面卡220，而由该存储界面卡220来决定资料读取或存储的操作方式及对象，这是因为存储界面卡220包括了一个存储控制单元222与一个I/O输出入端口224。其中，该I/O输出入端口224可以依照存储控制单元222的指示，将数据传输到相对应的存储装置230与232，或是将资料从存储装置230与232中读出。

依据本发明的第二较佳实施例的具快照备份的存储方法如下：存储界面卡220之前述存储控制单元222在接收到主系统200所传来的存储指令及最新存储资料之时候，就根据一区块映像记录表(可存储在该存储控制单元222或存储装置230或232中)来决定所要存储的资料区块，且依据每一区块来判断此份最新存储资料在存储装置230或232中有没有不同之前次存储资料部分。

当存储控制单元222判断此份最新存储资料在存储装置230或232的对应资料区块中已存在不同之前次存储资料部分之时候，则在将其中不同的最新存储资料部份经由I/O输出入端口224存储到存储装置230或232之前，会先使该存储装置230或232的对应资料区块中所包含的不同之前次存储资料部分被备份至存储装置230或232的对应备份区块上，并将此前次存储资料的映像纪录在前述区块映像纪录表上。之后，才将对应于此不同之前次存储资料部分的最新存储资料经由该I/O输出入端口224被存储到存储装置230或232中，以覆盖原本存在于存储装置230或232的不同前次存储资料部分所在的资料区块上，并同样将此最新存储资料的映像纪录在前述区块映像纪录表上。

接下来请参照图3，其图示了根据本发明的第三较佳实施例的电路方块图，并系将前述具有快照备份功能的存储系统及方法应用于主机板上。在本实施例中，一主机板本身包含了一可独立运作的主系统300，该主系统300进一步具有：中央控制单元302、内存304、北桥芯片306、南桥芯片308、可安装界面卡或其它外围组件的插槽322与324，以及总线320等。而当在主机板上进一步装置一具存储控制单元310的芯片组时，即可通过主系统300的总线320电性耦接至少一存储装置330或332，以执行快照备份的功能。

与之前的第二实施例相同，主系统300所要存储的资料通过总线320与存储控制单元310存储到存储装置330或332，可以用来减少主系统300之中央控制单元302的计算负担。前述每一存储装置330或332具有多个资料区块及备份区块。

而为了减少主系统300之中央控制单元302计算负担的目的，该存储控制单元310必须具备有比较最新存储数据与前次存储资料间差异的能力。依据本发明的第三较佳实施例的具快照备份的存储方法如下：当存储控制单元310接收到由主系统300之中央控制单元302所传来存储指令与最新存储数据时，该存储控制单元310会依据一区块映像记录表来判断此份最新存储资料在存储装置330或332的对应资料区块中没有不同之前次存储资料部分。

当存储控制单元310比较过最新存储资料与相对应之前次存储资料部分之间没有差异，则存储控制单元310就不将该最新存储资料存储到存储装置330或332中；反的，若发现最新存储资料与相对应之前次存储资料部分之间有差异存在，则在实际将最新存储资料经由总线320存储到存储装置330或332之前，存储装置330或332的对应资料区块所包含的不同之前次存储资料部分会先被备份至对应的备份区块，并将此不同于前次存储资料的映像纪录于该区块映像纪录表上。之后，才将该最新存储资料通过总线320存储到存储装置330或332中，以覆盖原本存在于存储装置330或332的资料区块中之前次存储资料部分，并同样将该不同的最新存储资料的映像纪录于该区块映像纪录表上。

必须注意的是，虽然在本第三实施例中的存储控制单元310与南桥芯片308分离并共享同一总线320，然而本专业的技术人员应当知道，存储控制单元310的功能可内建至南桥芯片308之中，且当二者分离时也可不共享同一总线。

再者，若将上述技术与现有的多磁盘阵列(RAID)系统并用，则在多个磁盘并存的情况下，可以将不同资料部分的备份存储到某几个特定的磁盘中，而原本的数据则存储于另外的磁盘里。

综上所述，本发明提供的具快照备份功能的存储系统，可以减少操作系统与档案系统间兼容性的考虑，节省主系统制作快照(snapshot)备份时所需的运算及输入/输出资料，并且还不需要安装额外的存储管理软件，也可以省去这些软件的授权费，实一举数得。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种具快照备份功能的存储系统，可电性耦接至一主系统，其特征在于，该存储系统包括：

一存储装置，包括至少一相互对应的第一区块及第二区块；以及

一存储控制单元，从该主系统接收一最新存储资料，并依据各存储资料在该存储装置的区块上的分布，判断该最新存储资料与位于于第一区块之前次存储资料中有无不同的部份，借以将不同的该前次存储资料部分从该第一区块备份至该些第二区块之中，再将不同的最新存储资料覆盖至该前次存储资料部分所在的第一区块上。

2.如权利要求1所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该存储装置包括多磁盘阵列。

3.如权利要求1所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中各存储资料在该存储装置的区块上的分布纪录在一区块映像纪录表中。

4.如权利要求3所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中前次存储资料映像在该存储装置的第二区块的过程纪录在该区块映像纪录表。

5.如权利要求3所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中最新存储资料映像在该存储装置的第一区块上的过程纪录在该区块映像纪录表。

6.如权利要求1所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中前述存储控制单元至少包括一控制器及一驱动程序。

7.一种具快照备份功能的存储系统，可电性耦接一主系统，其特征在于，该存储系统包括：

一存储控制单元，设置于一界面卡上，接收并处理由该主系统所输出的一最新存储资料；以及

一存储装置，电性连接该界面卡的一I/O输出入端口，且包括至少一相互对应的第一区块及一第二区块；其中当该存储控制单元接收到该主系统输出的最新存储资料时，会判断该最新存储资料与位于该存储装置第一区块之前次存储资料中有无不同的部份，借以将其中不同的前次存储资料部分从第一区块备份至第二区块上，再将该不同的最新存储资料部份经由该I/O输出入端口覆盖在该不同的前次存储资料部分所在的第一区块上。

8.如权利要求7所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该I/O输出入端口所连接的该存储装置包括多磁盘阵列。

9.如权利要求7所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该存储控制单元会依据一区块映像纪录表，判断该最新存储资料与前次存储资料之中有无不同的部份。

10.如权利要求9所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该前次存储资料映像在该存储装置的第二区块的过程纪录在该区块映像纪录表。

11.如权利要求9所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该最新存储资料映像在该存储装置的第一区块上的过程纪录在该区块映像纪录表。

12.如权利要求7所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中前述存储控制单元至少包括一控制器及一嵌入式驱动程序。

13.一种具快照备份功能的存储系统，可电性耦接至一具有主系统的主机板，其特征在于，该存储系统包括：

一存储控制单元，位于该主机板上且接收由该主系统所输出的一最新存储资料；以及

一存储装置，电性耦接至该主机板的一总线，且包括至少一相互对应的第一区块及一第二区块；其中当该存储控制单元接收到该主系统输出的最新存储资料时，判断该最新存储资料与位于该存储装置第一区块内之前次存储资料之间有无不同的部份，借以将其中不同之前次存储资料部分从第一区块备份至第二区块上，再将不同的最新存储资料部份经由该总线覆盖在该不同之前次存储资料部分所在的第一区块上。

14.如权利要求13所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该总线所连接的该存储装置包括多磁盘阵列。

15.如权利要求13所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该存储控制单元会依据一区块映像纪录表，判断该最新存储资料与前次存储资料之中有无不同的部份。

16.如权利要求15所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该前次存储资料映像在该存储装置的第二区块的过程纪录在该区块映像纪录表。

17.如权利要求15所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中该最新存储资料映像在该存储装置的第一区块上的过程纪录在该区块映像纪录表。

18.如权利要求13所述的具快照备份功能的存储系统，其特征更在于，其中前述存储控制单元至少包括一控制器及一嵌入式驱动程序。

19.一种具快照备份功能的存储方法，运用于一具有数个资料区块与备用区块的存储装置，其特征在于，该存储方法包括：

接收由主系统所传来的一最新存储资料；

比较该最新存储资料与该存储装置的资料区块中相对应的一前次存储资料；以及

当该最新存储资料与该前次存储资料不同时，该存储装置中备份该前次存储资料，再将该最新存储资料覆盖该前次存储资料原先所在的位置上。

20.如权利要求19所述的具快照备份功能的存储方法，其特征更在于，更包括：

核对一区块映像记录表以找出对应该最新存储资料的该前次存储资料；

在备份该前次存储资料的步骤中，将该前次存储资料自该资料区块备份至该备用区块上，并将此映像过程记录至该区块映像记录表中；以及

在以该最新存储资料覆盖该前次存储资料的步骤中，将该最新存储资料覆盖于原本用以存储该前次存储资料的该资料区块中，并将此映像过程记录至该区块映像记录表中。

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