TW202044037A

TW202044037A - 對儲存裝置進行管理的方法、相關儲存裝置以及硬碟外接盒

Info

Publication number: TW202044037A
Application number: TW108116735A
Authority: TW
Inventors: 劉昭蔭
Original assignee: 智微科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本發明提供一種對儲存裝置進行管理的方法、相關儲存裝置以及硬碟外接盒，該方法包含：從該儲存裝置的一儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域，其中該操作區域的大小為N，且該非操作區域的大小不小於N；以及當該儲存單元的位置A被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)；其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中。

Description

對儲存裝置進行管理的方法、相關儲存裝置以及硬碟外接盒

本發明係關於一種對儲存裝置進行管理的方法、相關儲存裝置以及硬碟外接盒，尤指一種對硬碟資料進行備份的以提昇資料安全性的方法。

行動硬碟又稱可攜式儲存裝置（Portable storage device），由於其輕便、易於攜帶的特色，目前已被廣泛地用於不同電腦之間的傳送。然而，硬碟本身並沒有很好的抗震能力，這導致在攜帶的過程中行動硬碟的損壞率遠較安裝於電腦主機內的硬碟來得高。

對於安裝於電腦主機內的硬碟而言，容錯式磁碟陣列（Redundant Array of Independent Disks，RAID）能夠達到備份資料的目的，進而降低遺失資料的風險，是一種很實用的解決方案，簡單來說，RAID主要是把多個硬碟結合成一個硬碟陣列的。然而，為了便於攜帶，目前行動硬碟均以單碟為之，故傳統RAID技術並不支援。

綜上所述，實有需要一種新穎的方法以及相關裝置來解決上述問題，以提昇行動硬碟的資料安全性。

有鑑於以上問題，本發明的目的在於提供一種對儲存裝置進行管理的方法、相關儲存裝置以及硬碟外接盒，能夠有效解決先前技術的問題。確切來說，本發明能夠在空間有限以及不增加額外成本的情況下妥善地進行資料備份，以降低硬碟壞軌時資料遺失的風險。

本發明的一實施例提供一種對儲存裝置進行管理的方法，包含：從該儲存裝置的一儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域，其中該操作區域的大小為N，且該非操作區域的大小不小於N；以及當該儲存單元的位置A被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)；其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中。

本發明的一實施例提供一種儲存裝置，包含一儲存單元以及一控制器。該控制器用以執行以下步驟：從該儲存裝置的一儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域，其中該操作區域的大小為N，且該非操作區域的大小不小於N；以及當該儲存單元的位置A被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)；其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中。

本發明的一實施例提供一種硬碟外接盒，包含上述儲存裝置，其中該儲存單元係設置於該硬碟外接盒之內。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請參考第1圖，第1圖係為根據本發明一實施例儲存裝置100的示意圖，如第1圖所示，儲存裝置100包含一儲存單元20以及一控制器30，舉例來說，儲存裝置100可為一硬碟（Hard disk drive，HDD），而儲存單元20為其記憶單元，但本發明並不以此為限，在一些可能的變化例中，儲存裝置100可為一固態硬碟（Solid state drive，SSD）。此外，儲存裝置100亦可用一硬碟外接盒來實現，請參考第2圖，第2圖係為根據本發明一實施例的硬碟外接盒的示意圖，其中儲存單元20係設置於硬碟外接盒200之內，且控制器30可整合於硬碟外接盒的一橋接控制器250中，而橋接控制器250係用以連接其他裝置，諸如電腦主機、智慧型手機等。

本發明係透過單一磁碟來達到等同於RAID的效果，倘若實際需要用到的磁碟空間為N，則硬碟的總大小必須為2N或以上。假設硬碟的大小為2N，於一開始，控制器或橋接控制器可根據指令對硬碟進行格式化，以從硬碟的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域；或者於出廠時硬碟就已事先被格式化出上述操作區域以及非操作區域，並且被整合於產品（例如硬碟外接盒）。

首先，當主控端（HOST）要求在邏輯區塊位址（logic block address，LBA）A寫入資料D時(其中D的大小是以區塊（Block）/叢集（Cluster）來計算)，會將 [ScsiWrite A] 指令送到儲存裝置的控制器或硬碟外接盒的橋接控制器（以下用橋接控制器來泛指兩者），而橋接控制器會把[ScsiWrite A] 指令轉換成SATA[NcqWrite A]指令。接著，再把主控端傳入的資料D送入儲存裝置，同時把資料D存到橋接控制器內建的緩存記憶體（Buffer memory）中；儲存裝置會將D寫至裝置的邏輯區塊位址A；再把緩存記憶體中的資料D寫入邏輯區塊位址(A+N)。其中，緩存記憶體的大小應為格式化時設定的區塊/叢集的大小的整數倍。

請參考第3圖，第3圖係為本發明對儲存裝置進行管理的區塊架構圖，其中，當主控端要求讀取邏輯區塊位址B時，[ScsiRead B]指令會被送到橋接控制器，橋接控制器會把[ScsiRead B]轉成SATA[NcqRead B]指令後送到磁碟，若讀出正常，就回傳讀出的資料給主控端；若對於邏輯區塊位址B的讀取失敗，則橋接控制器自動轉成[NcqRead B+N]指令以讀取邏輯區塊位址(B+N)的備份資料。

把RAID功能做在橋接控制器的優點是，市面上一般的硬碟都可使用，亦即，本發明所提供的硬碟外接盒可搭配各式各樣的硬碟，並且於更換硬碟後仍能夠達到資料備份的效果。反之，現有技術必須使用硬碟內特別的控制器才可實現，故只有特殊硬碟才具備此功能。此外，本發明的橋接控制器所進行的RAID操作可採用pseudo RAID 1。另外，本發明對資料讀取速度沒有影響。而寫入速度因需重複寫入備份資料，所以較慢。但是，因為目前橋接器到電腦主機端的速度較橋接器到HDD/SSD的速度慢，故影響很小。

值得注意的一點是，在上述例子中的硬碟置換為SSD的情況下，假設使用的NAND型快閃記憶體內部儲存陣列的資料頁的大小為P，則主控端對儲存裝置進行格式化時所選用的區塊/叢集的大小必須為n*P（即NAND型快閃記憶體的資料頁的大小的整數倍），其中n為大於或等於1的正整數。

請參考第4圖，第4圖係為根據本發明一實施例的應用於儲存裝置的資料保護方法400的流程圖。請注意，假若可獲得實質上相同的結果，則這些步驟並不一定要遵照第4圖所示的執行次序來執行，且這些步驟之間亦不排除插入其他步驟的可能性。第4圖所示之方法可被第1圖所示的儲存裝置100或第2圖所示硬碟外接盒200所採用，並可簡單歸納如下：

步驟402：流程開始。

步驟404：對儲存裝置進行格式化，以從儲存裝置的儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域，以及令該儲存單元的全部空間中該操作區域以外的空間為一非操作區域，其中該操作區域、該非操作區域的大小皆為N（倘若該非操作區域的大小有所改變，應不小於該操作區域的大小）；接著，進行寫入或讀取操作，當進行寫入操作時，流程進入步驟406；否則，流程進入步驟408。

步驟406：當該操作區域中特定位置（例如位置A）被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至該非操作區域中對應的位置（例如位置(A+N)，亦即該特定位置再加上該操作區域的總長度），其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中，且A係為小於N的正整數。其中，資料係先被寫入到緩衝區，之後，再從緩衝區寫入到非操作區域（亦即位置(N+A)）。接著，流程跳至步驟412。

步驟408：當該儲存單元的另一特定位置（例如位置B）被讀取時，並且判斷是否讀取成功，若是，跳至步驟412；若否（即讀取失敗），跳至步驟410。

步驟410：從該非操作區域中對應的位置（例如位置(B+N)，亦即該另一特定位置再加上該操作區域的總長度）取得備份資料，以完成讀取操作。

步驟412：流程結束。

關於步驟404，硬碟可於一開始接上橋接控制器（例如硬碟外接盒內的橋接控制器）時進行格式化，但也可在產品出廠前就已先行將內置的硬碟完成格式化。值得注意的是，本發明亦可僅令上述全部空間中部份的空間為非操作區域，但非操作區域的大小不可小於操作區域。

步驟406描述本發明RAID操作的其中一種方式，在格式化成兩個磁區的情況下，當全部空間的長度為2N時，資料會分別存到A以及(A+N)的位置（分屬第一磁區、第二磁區）。然而，本發明並不以此為限，亦可包含格式化成兩個以上的磁區的應用。

步驟408、410描述讀取失敗時的解決方案，通常讀取失敗是因為磁碟壞軌所導致，在已經事先對資料完成備份的情況下（例如步驟406所描述），本發明得以大幅改善讀取失敗的情形。

總結來說，本發明透過橋接控制器來將主控端要寫入的資料寫入儲存裝置的指定位址後，把寫入的資料位址加上很大的偏移量後，再將相同資料寫入至新的指定位址。對於硬碟而言，大的偏移量確保兩次相同的資料不會寫在相同磁軌或鄰近區域。而對於SSD儲存裝置而言，資料位址與實際儲存位置無關，只要有足夠的緩存空間使寫入資料量是NAND型快閃記憶體的內部儲存陣列的資料頁的大小的的倍數，資料就會實際儲存在不同的NAND顆粒中，其中緩存空間可以是前述的緩存記憶體。因此利用適當的位置偏移以及設置緩存空間，可達成異地備份的效果，提昇資料的保全機率。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:儲存裝置 20:儲存單元 30:控制器 200:硬碟外接盒 250:橋接控制器 400:方法 402～412:步驟

第1圖為依據本發明一實施例之一種儲存裝置的示意圖。第2圖係為根據本發明一實施例的應用於儲存裝置的資料保護方法的流程圖。第3圖係為本發明對儲存裝置進行管理的區塊架構圖。第4圖係為根據本發明一實施例的應用於儲存裝置的資料保護方法的流程圖。

400:方法

402~412:步驟

Claims

一種對儲存裝置進行管理的方法，包含：從該儲存裝置的一儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域，其中該操作區域的大小為N，且該非操作區域的大小不小於N；以及當該儲存單元的位置A被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)，其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中。
如請求項1所述的方法，其中從該儲存裝置的該儲存單元的該全部空間中規劃出該操作區域以及該非操作區域的步驟包含：令該儲存單元的該全部空間中該操作區域以外的空間為該非操作區域。
如請求項1所述的方法，另包含：當該儲存單元的位置B被讀取時，在讀取失敗的情況下，取得該非操作區域的位置(B+N)中的備份資料，以完成讀取操作。
如請求項1所述的方法，另包含：其中該儲存單元的該全部空間的大小至少大於或等於2N。
如請求項4所述的方法，另包含：其中該儲存單元的該全部空間的大小為P*N，其中P係為正整數。
如請求項5所述的方法，另包含：其中該儲存裝置為一固態硬碟（solid state drive，SSD）。
如請求項1所述的方法，其中從該儲存裝置的該儲存單元的該全部空間中規劃出該操作區域以及該非操作區域的步驟包含：對該儲存單元進行格式化，以從該儲存單元的該全部空間中規劃出該操作區域。
如請求項1所述的方法，其中當該儲存單元的位置A被寫入該預定內容時將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)的步驟係為：當該儲存單元的位置A被寫入該預定內容時，先將該預定內容寫入至一緩存空間，再從該緩存空間將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)。
一種儲存裝置，包含：一儲存單元；以及一控制器，用以執行以下步驟：從該儲存裝置的一儲存單元的全部空間中規劃出一操作區域以及一非操作區域，其中該操作區域的大小為N，且該非操作區域的大小不小於N；以及當該儲存單元的位置A被寫入一預定內容時，將該預定內容複寫至儲存單元的位置(A+N)；其中位置A係位該操作區域中，且位置(A+N)係位於該非操作區域當中。
一種硬碟外接盒，包含如請求項9所述的該儲存裝置，其中該儲存單元係設置於該硬碟外接盒之內。
如請求項10所述的硬碟外接盒，另包含一橋接控制器，且該控制器係整合於該橋接控制器中。