FI103440B

FI103440B - Datan tallennuksen varmentaminen välimuistia käyttävälle nauha-asemall e

Info

Publication number: FI103440B
Application number: FI955265A
Authority: FI
Inventors: Harri Hyytiaeinen
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1999-06-30
Also published as: AU7300696A; EP0858631A1; CN1101959C; ES2171728T3; FI955265A0; FI103440B1; WO1997016789A1; FI955265A; US6463502B1; EP0858631B1; DE69619121D1; CN1201538A; DE69619121T2

Description

103440

Datan tallennuksen varmentaminen välimuistia käyttävälle nauha-asemalle

Keksinnön kohteena on menetelmä datan tallentamiseksi välimuistilla varustetulle nauhurille. Lisäksi keksinnön kohteena on kyseisen menetel-5 män toteuttava laitteisto.

Kuvio 1 esittää tietokonejärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia. Keskusyksikön CPU ajatellaan tässä sisältävän kaikki sellaiset välttämättömät osat, joita ei ole erikseen mainittu, kuten keskusmuistin, näyttölaitteen, näppäimistön jne. Virtakatkosten ajaksi ohjelmat ja muut tiedot tallennetaan 10 levyasemille W1 ja W2 (Winchester), joita kuviossa 1 on esimerkinomaisesti kaksi kappaletta. Kuvion 1 mukaisen tietokoneen levyasemaohjaimessa IF (Interface) on kaksi levyasemaväylää, yksi kummallekin levyasemalle W1 ja W2.

Tietokonejärjestelmissä käytetään usein nauha-asemia täydentä-15 mään levyasemalle tapahtuvaa datan tallennusta. Datan tallennus voi tapahtua joko varmuuskopiointia varten tai datan siirtämiseksi toiseen paikkaan, esimerkiksi puhelinkeskuksesta laskutuskeskukseen. Kuvion 1 lohko TU (Tape Unit) esittää tällaista nauha-asemaa eli nauhuria. Hajautetuissa tietokonejärjestelmissä on usein tapana varustaa vain yksi tietokone nauha-20 asemalla. Muiden tietokoneiden (CPU1) datat voidaan tallentaa yhteiselle nauha-asemalle yhdyskaapelin C kautta.

Nauhan kulun suhteen nauhurit on tapana jakaa kahteen tyyppiin, start/stop- ja streamer-nauhureihin. Edellisissä nauha käynnistetään kunkin datalohkon kirjoituksen ajaksi ja pysäytetään kirjoituksen jälkeen. Streamer- .Y 25 nauhureissa nauha on periaatteessa liikkeellä koko varmuuskopioinnin ajan.

*.1Y Jotta nauha voitaisiin pitää liikkeessä sinäkin aikana, kun varmuuskopiointia ♦ · ♦ Y/ suorittava tietokone suorittaa muita mahdollisa tehtäviä, on nauhurit yleensä • · · *·1 1 varustettu välimuistein. Tällaista välimuistia esittää kuvion 1 lohko TM (Tape

Memory). Kun nauhuri TU on vastaanottanut datalohkon tietokoneelta CPU, • · · v ’· 30 se antaa tietokoneelle CPU signaalin, jolla se kuittaa vastaanottaneensa loh- :T: kon. Tietokone voi tämän jälkeen hakea levyasemalta W1, W2 seuraavaa ’t. lohkoa. Tietokone ei kuitenkaan voi olla varma siitä, että lohko todella saa daan kirjoitettua nauhalle.

Ongelma syntyy silloin, kun tiedon kirjoitus nauhurin välimuistista TM 35 (Tape Memory) nauhalle TA (Tape) ei jostakin syystä onnistukaan. Nauhassa voi olla heikko kohta tai jokin muu tilapäinen häiriö voi sekoittaa tallennuksen. Tässä tapauksessa nauhuri TU huomaa jonkin ajan kuluttua, että tallennus ei 103440 2 onnistunut. Vaikka nauhuri TU nyt antaisikin tietokoneelle CPU asianmukaisen virheilmoituksen, tietokone CPU ei tietäisi, mitkä lohkot on tallennettu onnistuneesti ja mitkä eivät. Tällöin on tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa tehtävä kokonaan uusi tallennus, mistä seuraa vastaava ajanhukka. Lisäksi 5 dataa lähettäville sovelluksille tietokoneissa CPU ja CPU’ olisi myös voitava kertoa, että tallennus on aloitettava alusta. Tämä voi jossakin tapauksissa vaatia eri tietokoneissa toimivien sovellusten muuttamista. Esimerkiksi varmuuskopioinnin yhteydessä ei aina varmuuskopioida levyasemien koko sisältöä vaan ainoastaan viimeisen kopioinnin jälkeen muuttuneet alueet. Erääksi 10 ongelmaksi voi tällöin muodostua se, että dataa lähettävä sovellus on jo merkinnyt alueet varmuuskopioiduiksi. Jos tällainen osittainen varmuuskopiointi uusittaisiin, ei enää välttämättä tiedettäisi, mitkä alueet ovat muuttuneet viimeisen varmuuskopioinnin jälkeen. Vastaavasti käytettäessä nauha-asemaa esimerkiksi laskutustietojen siirtämiseen, on dataa lähettävä ohjelma voinut 15 merkitä tiedot lähetetyiksi, jolloin samojen tietojen lähettäminen uudelleen ei välttämättä onnistu.

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut luotettavuuteen ja ajanhukkaan liittyvät ongelmat saadaan eliminoitua. Keksinnön tavoitteet saavutetaan me-20 netelmillä ja järjestelmillä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Edullisia suoritusmuotoja esitellään epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Keksintö perustuu siihen, että tallennettavaa dataa puskuroidaan rengaspuskurissa niin paljon ja niin kauan, että voidaan olla varmoja tallen-25 nuksen onnistumisesta nauhalle.

• · » • · J*V Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on tallen- V.: nuksen varmuuden lisääntyminen ja ajanhukan väheneminen. Lisäksi etuna • · < *·* ‘ on se, että dataa lähettäville tietokoneille ja niissä toimiville sovelluksille kek sinnön mukainen prosessi on mahdollisimman pitkälti läpinäkyvä. Näihin so- • · · v : 30 velluksiin tarvitaan siis vain vähän tai ei lainkaan muutoksia.

V · Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen !i. yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 näyttää tietokonejärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia; ja 35 Kuvio 2 havainnollistaa nauhalle tallennettuja datalohkoja.

103440 3

Viitaten edelleen kuvioon 1, keksinnön mukaisesti tiedon menettäminen vältetään siten, että nauhurille TU tallennettava data kopioidaan myös rengaspuskuriin. Rengaspuskuri voitaisiin toteuttaa esimerkiksi (ei-näytettynä) muistilohkona, joka muodostetaan esimerkiksi osasta tietokoneen CPU kes-5 kusmuistia. Muistilohkon koko on sopivimmin yhtä suuri kuin nauha-aseman TU välimuisti TM. Rengaspuskurina toimivaan muistilohkoon järjestetään kaksi osoitinta, ensimmäinen osoitin muistiin kirjoittamista ja toinen osoitin muistista lukemista varten. Osoittimia kasvatetaan luku- ja vastaavasti kirjoi-tustoiminnan jälkeen. Aina kun jompikumpi osoitin kasvaa suuremmaksi kuin 10 rengaspuskurina toimivan muistilohkon suurin osoite, kyseinen osoitin palautetaan muistilohkon pienimpään osoitteeseen. Jos nauhurilla TU havaitaan tilapäinen häiriö, kopiointi voidaan keskeyttää, kunnes tieto on onnistuneesti siirretty rengaspuskurista nauhalle TA. Jos uusikin yritys epäonnistuu, nauha voidaan vaihtaa ja koko rengaspuskurin sisältö kopioida uudelle nauhalle. Jos 15 rengaspuskurin koko jostakin syystä on suurempi kuin nauha-aseman TU välimuisti TM, riittää että rengaspuskurista kopioidaan dataa välimuistin TM koon verran.

Tällainen keskusmuistista muodostettu rengaspuskuri olisi nopea ja teknisesti yksinkertainen toteuttaa. Ongelmana on kuitenkin esimerkiksi se, 20 että se ei anna turvaa sähkökatkoksia vastaan tai tällaisen turvan järjestäminen tulisi kohtuuttoman kalliiksi.

Keksintö voidaan pienemmin investoinnein toteuttaa siten, että ren-gaspuskuria simuloidaan levyasemilla W1 ja W2, jotka voivat olla samoja levyjä, joita tietokoneen yhteydessä muutenkin käytetään. Keksinnön kannalta .' . ^ 25 levyasemat W1 ja W2 voivat myös olla sama levyasema.

j’V Rengaspuskurin simuloiminen levyasemilla W1 ja W2 voi tapahtua • · · esimerkiksi siten, että levyasemilta W1 ja W2 varataan ennaltamäärätyt pus-:·* ' kurialueet BA1 ja BA2. Puskurialueiden koko on optimaalisesti nauha-aseman TU välimuistin TM suuruinen. Puskurialueita voidaan käsitellä levytiedostoina, v : 30 mutta ne voidaan toteuttaa muillakin tavoin, esimerkiksi osoittamalla suoraan :T: levyasemien W1 ja W2 tiettyjä absoluuttisia tallennusosoitteita. Näitä tallen- !r. nusosoitteita kutsutaan SCSI-levyjen yhteydessä lohkoiksi ja muun tyyppisten levyasemien yhteydessä yleensä sektoreiksi. Jokainen datalohko, joka tallennetaan nauha-asemalle TU, tallennetaan myös puskurialueelle BA1, kun-35 nes tämä täyttyy. Tämän jälkeen nauha-asemalle TU tallennettavat datalohkot tallennetaan puskurialueelle BA2, kunnes tämä puolestaan täyttyy ja palataan käyttämään puskurialuetta BA1, jne.

4 103440

Tieto siitä, kumpaa puskurialuetta BAn on viimeksi käytetty, on luonnollisesti tallennusta ohjaavan ohjelman hallussa, esimerkiksi muuttujana. Lisäksi tämä tieto voidaan tallentaa esimerkiksi tietyn tyyppisenä datatietueena puskurialueen ensimmäiseksi tietueeksi, jolloin tätä ensimmäistä tietuetta 5 käytetään vain aikaleimana. Vaihtoehtoisesti tietokoneen levyohjelmisto voi merkitä tiedoston viimeisen muutoksen kellonajan hakemistoon. Mikäli tallennusta joudutaan jatkamaan uudelleenkäynnistyksen jälkeen, voidaan puskurialueisiin liittyvistä aikaleimoista päätellä, kumpaa puskurialuetta on viimeksi käytetty.

10 Keksinnön kannalta ei ole oleellista, sijaitsevatko kaksi puskurialuet ta BA samalla levyasemalla vai kahdella eri levyasemalla W1 ja W2. Monissa tapauksissa yksikin puskurialue on riittävä. Kahta erillistä puskurialuetta on käytettävä silloin, kun esimerkiksi ohjelmistossa tiedoston avaaminen kirjoitustilassa tyhjentää tiedoston aiemman sisällön.

15 Viitaten edelleen kuvioon 1, kuvataan seuraavaksi puskurialueiden BAn käyttö ongelmatilanteissa. Esityksen havainnollistamiseksi oletetaan yksinkertaisesti, että nauha-aseman välimuistin TM koko on 10 datalohkoa. Lisäksi oletetaan, että nauha-asemalle TU (mutta ei välttämättä nauhalle) on ilman virheilmoitusta siirretty ensimmäiset 25 datalohkoa. Tämän jälkeen saa-20 daan virheilmoitus nauha-asemalta TU, ja se alustetaan uudelleen. Tilanne puskurialueilla BA1 ja BA2 on seuraava. Ensimmäiset 10 datalohkoa 1-10 tallennettiin aluksi puskurialueelle BA1. Seuraavat 10 datalohkoa 11-20 tallennettiin puskurialueelle BA2. Viimeiset 5 datalohkoa 21 - 25 on tallennettu vuorostaan puskurialueen BA1 alkuun, viittä ensimmäistä lohkoa vastaavalle 25 alueelle. Kuviosta 2 katsomalla voi näyttää siltä, että datalohkot 6-10 olisivat • · · i*Y vielä tallessa puskurialueen BA1 lopussa. Näin ei välttämättä ole, ainakaan • · · :;γ kaikissa käyttöjärjestelmissä. Kun puskurialue BA1 viimeksi avattiin kirjoitta- *·* * mistä varten, esimerkiksi tiedostona, on mahdollista, että levyohjelmisto nol lasi tämän tiedoston koon. Tällöin ei enää voida käyttää puskurialueen BA1 v : 30 sitä osaa, joka kirjoitettiin edellisellä kierroksella.

:T: Koska virheilmoitus saatiin lohkon 25 kohdalla ja välimuistin TM ko- *?. ko on 10 datalohkoa, voidaan päätellä, että ainakin 15 ensimmäistä lohkoa on onnistuneesti tallennettu nauhalle. Kysymysmerkit lohkojen 16-25 kohdalla merkitsevät sitä, että näiden lohkojen kohtalosta ei tiedetä mitään varmaa. 35 Jos nyt nauha-asema TU alustetaan uudelleen, todennäköisesti menetetään sen välimuistissa TM ollut data. Koska puskurialueiden BA1 ja BA2 koko 103440 5 vastaa nauhurin välimuistin TM kokoa, välimuistissa oleva data on myös luettavissa puskurialueilta BA1 ja BA2.

Toiminta jatkuu nyt siten, että dataa lähettävää sovellusta käsketään tilapäisesti keskeyttämään datan lähettäminen. Samalla lopetetaan puskuri-5 alueen aktiivisen puskurialueen (tässä tapauksessa BA1) täyttäminen, esimerkiksi sulkemalla kyseinen tiedosto. Seuraavaksi poistetaan ongelman syy, esimerkiksi alustamalla nauha-asema TU uudelleen. Tämän jälkeen kopioidaan datalohkot 16-20 puskurialueelta BA2 nauhalle TA. Sen jälkeen kopioidaan datalohkot 21-25 puskurialueelta BA1 nauhalle TA. Nyt voidaan mo-10 lemmat puskurialueet BA1 ja BA2 sulkea ja aloittaa niiden täyttäminen esimerkiksi ensimmäisen puskurialueen BA1 alusta ja ilmoittaa dataa lähettävälle sovellukselle, että datan lähettäminen voi jatkua.

Yllä mainittu kopiointi nauhalle TA voidaan suorittaa esimerkiksi siten, että data siirretään nauha-aseman TU välimuistiin TM, annetaan nauha-15 asemalle komento tyhjentää välimuisti TM nauhalle TA ja seurataan nauha-aseman TU tilaa (statusta). Jos nauha-asema TU antaa virheilmoituksen, on virheen syy selvitettävä ja poistettava, esimerkiksi vaihtamalla nauha TA.

Kuviossa 2 näytetään yllä kuvatussa prosessissa syntyneen nauhan datalohkojen mahdollinen järjestys. Nauha-aseman TU tuottamasta virheilmoi-20 tuksesta voitiin päätellä vain, että virhe tapahtui jonkin lohkon 16-25 kohdalla. Oletetaan esimerkin vuoksi, että virhe tapahtui lohkon 19 kohdalla. Nauhalle tallennettiin siis onnistuneesti 18 ensimmäistä datalohkoa. Sen jälkeen sinne tallennettiin varmuuden vuoksi datalohkot 16 - 25. Lohkot 16-18 ovat siis nauhalla kahteen kertaan. On myös mahdollista, että ensimmäiset lohkot 16-25 18 ovat eri nauhalla kuin toiset lohkot 16 - 18. Koska nauhalle tallennettavat • · » ;*:t: datalohkot sisältävät myös lohkon tunnisteen, voidaan näitä tunnisteita käytti ·' tää hyväksi estämään sitä, että sama lohko palautettaisiin sovellukselle kah- » · · v : desti. Tämä kahdennuksen estäminen voitaisiin toteuttaa esimerkiksi siten, että nauhaa luettaessa pidetään lukua suurimmasta luetusta lohkon tunnis-:T: 30 teestä. Kun samaa aineistoa luettaessa luetaan lohko, jonka tunniste on pie- nempi tai yhtä suuri kuin suurin jo luettu tunniste, tällainen lohko voidaan hylätä.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuo-35 dot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

6 103440
1. Menetelmä datan tallentamiseksi välimuistilla (TM) varustetun nauhurin (TU) nauhalle (TA), jossa menetelmässä tallennettava data jaetaan lohkoihin (1 - 25) ja lohkot kirjoitetaan nauhurille (TU), menetelmän ollessa 5 tunnettu siitä, että: - tallennettavat lohkot (1 - 25) kirjoitetaan lisäksi nauhurin ulkopuoliseen rengaspuskuriin (BA1, BA2), jonka koko on ainakin yhtä suuri kuin nauhurin välimuistin (TM) koko; ja - nauhurin virhetilanteiden yhteydessä rengaspuskurin sisältämät 10 lohkot kirjoitetaan nauhurille, kun nauhuri on jälleen valmiina; jolloin jokainen lohko (1 - 25) kirjoitetaan nauhalle ainakin yhden kerran.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun lohkot on kirjoitettu rengaspuskurista (BA1, BA2) nauhurille (TU), 15 tälle annetaan käsky kirjoittaa lohkot välimuistista (TM) nauhalle (TA).
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rengaspuskuri (BA1, BA2) muodostetaan luku-kirjoitusmuistista (RAM).
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että menetelmässä lisäksi rengaspuskurin (BA1, BA2) muodostava luku- kirjoitusmuisti (RAM) suojataan sähkökatkoksia vastaan. ... 5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rengaspuskuri (BA1, BA2) muodostetaan ainakin yhtenä ennalta .' .: määrättynä alueena (BA1) ainakin yhdelle levyasemalle (W1).
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ·*·· · että rengaspuskuri (BA1, BA2) muodostetaan ainakin kahtena ennalta mää- • · · v : rättynä alueena (BA1, BA2) ainakin yhdelle levyasemalle (W1).
7. Menetelmä datan lukemiseksi nauhurin (TU) nauhalta (TA), kun data on tallennettu lohkoina, jotka käsittävät lohkon (1 - 25) tunnisteen, jossa :T: 30 menetelmässä data luetaan nauhurilta (TU) lohkoina (1 - 25), menetelmän ollessa tunnettu siitä, että: • · · ’ - seurataan ja ylläpidetään suurinta jo luettua lohkon tunnistetta; ja - vasteena sille, että kyseisen lohkon (1 - 25) tunniste on pienempi tai yhtä suuri kuin suurin jo luettu lohkon tunniste, hylätään kyseinen lohko.
8. Tietokonejärjestelmä, joka käsittää ainakin yhden tietokoneen (CPU), johon kuuluu levyasema (W1) sekä välimuistilla (TM) varustettu nauhuri (TU) datan tallentamiseksi lohkoina (1-25), tunnettu siitä, että: 7 103440 - tietokonejärjestelmä käsittää lisäksi ainakin nauhurin välimuistin (TM) kokoisen ja nauhurin ulkopuolisen rengaspuskurin (BA1, BA2); - tietokone (CPU) on järjestetty tallentamaan datalohkot (1-25) nauhurin (TU) lisäksi myös rengaspuskuriin (BA1, BA2) ja nauhurin virheti- 5 lanteiden yhteydessä kirjoittamaan rengaspuskurin (BA1, BA2) sisältämät lohkot (1-25) nauhurille, kun nauhuri on jälleen valmiina; jolloin jokainen lohko (1 - 25) kirjoitetaan nauhalle ainakin yhden kerran.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tietokonejärjestelmä, t u n -10 nettu siitä, että rengaspuskuri (BA1, BA2) on muodostettu luku- kirjoitusmuistista (RAM).
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tietokonejärjestelmä, tunnettu siitä, että rengaspuskurin (BA1, BA2) muodostava luku-kirjoitusmuisti (RAM) on suojattu sähkökatkoksia vastaan.
11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen tietokonejärjestelmä, tun nettu siitä, että rengaspuskuri (BA1, BA2) on muodostettu ainakin yhtenä ennalta määrättynä alueena (BA1) ainakin yhdelle levyasemalle (W1).
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen tietokonejärjestelmä, tunnettu siitä, että rengaspuskuri (BA1, BA2) on muodostettu ainakin kahtena 20 ennalta määrättynä alueena ainakin yhdelle levyasemalle (W1, W2).
13. Tietokonejärjestelmä, joka käsittää ainakin yhden tietokoneen (CPU), johon kuuluu nauhuri (TU), jonka nauhalle (TA) data on tallennettu lohkoina (1 - 25), jotka käsittävät lohkon tunnisteen, tunnettu siitä, että ’· lukiessaan datalohkoja (1 - 25) nauhurilta (TU) tietokone (CPU) on järjestetty: j : ; 25 - seuraamaan ja ylläpitämään suurinta jo luettua lohkon tunnistetta; : ja • · « ·' - vertaamaan viimeksi luetun lohkon (1 - 25) tunnistetta suurim paan jo luettuun lohkon tunnisteeseen ja vasteena sille, että viimeksi luetun :lohkon (1 - 25) tunniste on suurempi kuin suurin jo luettu lohkon tunniste, 30 siirtämään lohkon (1 - 25) sen tunnisteen ilmaisemaan osoitteeseen ja muussa tapauksessa hylkäämään lohkon. • · · • · · · • · · a 103440