TWI813486B - 循環備份方法及其相關固態硬碟裝置 - Google Patents

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Abstract

一種循環備份方法，用於一固態硬碟裝置，其中該固態硬碟裝置包含一控制器以及一儲存空間，該循環備份方法包含有由該控制器根據一第一映射表將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；由該控制器接收一備份訊號；由該控制器根據一第二映射表將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當該控制器無法根據該第二映射表讀取對應之一第一資料時，由該控制器根據該第一映射表讀取該第一資料。

Description

循環備份方法及其相關固態硬碟裝置
本發明係指一種循環備份方法及其相關固態硬碟裝置，尤指一種提升還原效率之循環備份方法及其相關固態硬碟裝置。
現有的固態硬碟作為儲存裝置時，在執行備份或還原步驟時，多半依賴第三方軟體的設定來選定備份或還原的資料範圍，並且每次執行時皆需重新設定。在此情形下，使用者可能在執行還原步驟後，忽略選定資料範圍的步驟，而導致還原失敗。除此之外，還原的範圍也未能涵蓋整個儲存裝置的容量，導致現有的固態硬碟的備份還原方法具有耗時及效率不佳等問題。
因此，現有技術有改進的必要。
有鑑於此，本發明提供一種循環備份方法及其相關固態硬碟裝置，以提升還原效率。
本發明實施例揭露一種循環備份方法，用於一固態硬碟裝置，其中 該固態硬碟裝置包含一控制器以及一儲存空間，該循環備份方法包含有由該控制器根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；由該控制器接收一備份訊號；由該控制器根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當該控制器無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；由該控制器接收一還原訊號；以及由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
本發明實施例另揭露一種循環備份方法，用於一固態硬碟裝置，其中該固態硬碟裝置包含一控制器以及一儲存空間，該循環備份方法包含有由該控制器根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；由該控制器接收一備份訊號；由該控制器根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址或者自對應之實體位址讀取資料；當該控制器無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；由該控制器接收一還原訊號；以及由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
本發明實施例另揭露一種固態硬碟裝置，其包含有一儲存空間；以及一控制器，根據一主系統之指令對該儲存空間執行一循環備份流程，其中該循環備份流程包含有根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；接收一備份訊號；根據一第二映射表之邏 輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，係根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；接收觸發一還原訊號；以及根據該第一映射表之邏輯位址自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
本發明實施例另揭露一種固態硬碟裝置，其包含有一儲存空間；以及一控制器，根據一主系統之指令對該儲存空間執行一循環備份流程，其中該循環備份流程包含有根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；接收一備份訊號；根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址或者自對應之實體位址讀取資料；當無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；接收一還原訊號；以及根據該第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
10:固態硬碟裝置
102:儲存空間
104:控制器
60:一次備份多次還原方法
602-612:步驟
80:多次備份多次還原方法
802-812:步驟
LBA,LBA(0)-LBA(N+N-1):邏輯位址
PA,PA(0+N)-PA(N+N-1):實體位址
TA:映射表
TB:映射表
第1圖為本發明實施例之一固態硬碟裝置之示意圖。
第2圖為本發明實施例之映射表與實體位址之對應示意圖。
第3圖、第4圖及第5圖為本發明實施例之主系統與儲存空間進行資料讀取/寫入之示意圖。
第6圖為本發明實施例之一一次備份多次還原方法之示意圖。
第7圖為本發明實施例之第6圖之一次備份多次還原方法之映射表工作分配 示意圖。
第8圖為本發明實施例之一多次備份多次還原方法之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一固態硬碟裝置10之示意圖。固態硬碟裝置10可以是一固態硬碟(Solid-state Disk，SSD)用來儲存資料，包含一儲存空間102以及一控制器104，其中此儲存空間102係指由NAND快閃記憶體所形成之一可存取之記憶體空間。在本發明中，控制器104可根據一主系統(或主機，Host)之指令對儲存空間102執行一循環備份流程，其中主系統可存取儲存空間102以進行開機及其他資料存取的操作。
為了簡化使用者的操作設定，本發明實施例利用固態硬碟裝置10的邏輯位址與實體位址的映射表轉換，達到快速還原與備份的動作。由於上述邏輯位址與實體位址的映射表轉換無需進行檔案之搬動，故還原與備份的複雜度即趨近至O(1)，且由於均透過控制器來完成上述作動，故無需利用任何第三方軟體設定資料的還原範圍，即可達到固態硬碟裝置10在秒級內完成資料還原的效果。
進一步的說明，在固態硬碟裝置10中，快閃記憶體轉換層(Flash Translation Layer，FTL)所執行的演算法是影響固態硬碟裝置10效能的最重要因素，其會完成主系統所使用的邏輯位址(Logical Address)空間到快閃記憶體實體位址(Physical Address)空間的映射(Mapping)。即固態硬碟裝置10每把一筆使用者邏輯資料寫入到快閃記憶體位址空間，便記錄下該邏輯位址到實體位址的映射關係，下次主系統想讀取該資料，固態硬碟裝置10即可根據此映射關 係，來從快閃記憶體上把這筆資料讀出然後返回給主系統，而此映射關係則便是利用一映射表的維護來進行管理。
在本發明中，固態硬碟裝置10可具有兩個映射表以分別管理固態硬碟裝置10之儲存空間102。例如，儲存空間102為1TB，固態硬碟裝置10的映射表TA以及映射表TB分別管理一半的儲存空間102(即映射表TA以及映射表TB分別管理500GB的儲存空間)。換言之，映射表TA之邏輯位址對應至儲存空間102之實體位址之大小等於映射表TB之邏輯位址對應至儲存空間102之實體位址之大小。值得注意的是，在本發明中，使用者在此固態硬碟裝置10上所能使用的實際空間亦為一半的儲存空間102，且本實施例囑以兩個映射表來舉例實施，但在其他實施例中，固態硬碟裝置10可包含有多於兩個映射表，以分別管理儲存空間102，而不限於上述實施例的個數。
在一範例中，假設映射表TA管理對應於儲存空間102的邏輯位址(Logic block address，LBA)為LBA(0)-LBA(N-1)的範圍，其中N為關於儲存空間102之儲存單位的一正整數，映射表TB管理對應於儲存空間102的邏輯位址LBA(N+0)-LBA(N+N-1)的範圍，並且每一個邏輯位址LBA都會對應至獨立的儲存空間102的實體位址(Physical address，PA)，使得主系統可根據映射表TA或映射表TB，透過控制器104將資料寫入對應的實體位址PA。
在本發明中，映射表TA以及映射表TB於邏輯上的位置相差N儲存單位，且映射表TA與映射表TB的邏輯位址為互相對應的，以下說明映射表TA與映射表TB之間的對應關係。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例之映射表TA、映射表TB與實體位址PA之對應示意圖。由第2圖可知，映射表TA之邏輯位址LBA(0)-LBA(N-1)可對應至儲存空間102的實體位址PA(0)-PA(N-1)；映射表TB之邏輯位址LBA(N+0)-LBA(N+N-1)可對應至儲存空間102的實體位址PA(N+0)-PA(N+N-1)。
值得注意的是，每一實體位址PA對應至儲存空間102的位置與實體位址PA(0)-PA(N+N-1)之順序無關，該些實體位址PA所對應到的位置係由固態硬碟之韌體演算法來自行決定出一較佳存放位置，例如實體位址PA(0)對應至儲存空間102的第5個儲存單元、實體位址PA(1)對應至儲存空間102的第10個儲存單元，而由於邏輯位址與實體位址之對應技術為固態硬碟領域中具通常知識者所熟知，故此處不另行贅述。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例之主系統與固態硬碟裝置10進行資料讀取/寫入之示意圖。在一初始階段，主系統預設只會透過映射表TA進行資料的讀取/寫入，進一步的說明，當主系統欲寫入資料至固態硬碟裝置10時，控制器104會將此資料寫入至映射表TA所對應到的實體位址PA，並讓主系統得知實體位址PA所對應到的邏輯位址LBA為何，待主系統欲讀取該筆資料時，則可以根據此邏輯位址LBA以通知控制器104，再由控制器104依據邏輯位址LBA所映射到的實體位址PA來進行資料的取得。舉例而言，在初始階段，主系統可根據映射表TA的邏輯位址LBA(0)-LBA(N-1)將資料寫入對應的實體位址PA(0)-PA(N-1)，並且根據映射表TA的邏輯位址LBA(0)-LBA(N-1)自實體位址PA(0)-PA(N-1)讀取資料。
在本發明中，當寫入至映射表TA對應的儲存空間滿足一條件時，一 備份機制被觸發並產生一備份訊號，控制器104接收到備份訊號，將映射表TA內所對應之實體位址PA(0)~PA(N-1)上的資料進行保留，且不再對其進行寫入之操作，其中此條件的滿足可以視使用者自行決定，例如定期對此固態硬碟裝置進行備份以產生該備份訊號，或是由使用者自行決定對此固態硬碟裝置進行備份以產生該備份訊號。
進一步的說明，在本實施例中，上述之備份機制可經由一軟體方式或一硬體方式進行觸發，例如經由一使用者透過一第三方軟體發出備份步驟的指令，或者由使用者按壓固態硬碟裝置10之一按鈕，以觸發產生一實體訊號並電性傳送至控制器104之一通用型輸入輸出(General-purpose input/output，GPIO)接腳，進而使控制器104接收該實體訊號(即備份訊號)，但可以理解的是，上述之觸發方式僅為舉例說明，而不以此為限。
在此情形下，一但主系統有資料的讀取/寫入要求時，控制器104將切換至映射表TB進行資料的讀取/寫入，也就是說，當控制器104接收到備份訊號後，控制器104僅根據映射表TB之邏輯位址LBA(N+0)-LBA(N+N-1)，將資料寫入至對應的實體位址PA(N+0)-PA(N+N-1)，或者自實體位址PA(N+0)-PA(N+N-1)讀取資料，如第4圖所示。
值得注意的是，於控制器104接收到備份訊號後，若是映射表TB之邏輯位址對應的儲存空間為一有效的實體位址時，控制器104即可根據映射表TB讀取對應於實體位址之資料；反之，當映射表TB之邏輯位址對應的儲存空間並非是一有效的實體位址時，控制器104便會根據映射表TA之邏輯位址讀取其所對應之實體位址之資料。而由於本發明映射表TA及映射表TB之邏輯位址為互相對 應，故，當對應於映射表TB之邏輯位址非有效的實體位址時，控制器104可利用已知的邏輯位址橫移單位N，進而回到映射表TA的邏輯位址來讀取所對應之實體位址之資料。舉例而言，當映射表TB之邏輯位址LBA(N+1)所對應的實體位址非有效的實體位址時，則橫移單位N回到映射表TA，並且根據映射表TA之邏輯位址LBA(1)讀取資料。
如第5圖所示，本發明實施例之固態硬碟裝置10可根據一還原訊號，將對應於映射表TB之實體位址之資料抹除，同時，控制器104利用已知的邏輯位址橫移單位N，回到映射表TA的邏輯位址，並且根據映射表TA之邏輯位址，自對應的實體位址讀取資料，此時讀取的資料皆為備份機制被觸發前的狀態，即可完成還原步驟。而此處的還原訊號如同上述之備份訊號，可經由一軟體方式或一硬體方式觸發產生，此處不加以贅述。
值得一提的是，由於本發明於執行還原步驟時，並未涉及到任何檔案/資料的複製及搬動，故資料之還原可以於瞬間完成，而不需像習知技術一般，必須耗費數十分鐘以上才能完成。
關於上述固態硬碟裝置10之一循環備份流程可被歸納為一一次備份多次還原方法60，如第6圖所示。一次備份多次還原方法60包含下列步驟：步驟602：對固態硬碟裝置10之儲存空間102進行初始化；步驟604：由控制器104根據映射表TA之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；步驟606：控制器104接收備份訊號；步驟608：由控制器104根據映射表TB之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當控制器104無法根據映射表TB 之邏輯位址讀取對應之資料時，由控制器104根據映射表TA之邏輯位址讀取資料；步驟610：控制器104接收還原訊號；步驟612：由控制器104根據映射表TA之邏輯位址自對應之實體位址讀取資料。
值得注意的是，步驟610之控制器104所接收的還原訊號可經由一軟體方式或一硬體方式觸發，例如經由一使用者透過一第三方軟體發出還原步驟的指令，或者由使用者經由按壓固態硬碟裝置10之一按鈕，使得控制器104可接收到來自通用型之輸入輸出(General-purpose input/output，GPIO)之一接腳訊號以接收還原訊號等，但不以此為限制。
除此之外，控制器104於步驟610接收到還原訊號後，會先將對應於映射表TB之實體位址之資料抹除，因此所有資料皆可由映射表TA對應的實體位址提供(即回到步驟608之狀態)，可不斷循環，進而達到一次備份多次還原的動作。而根據此一次備份多次還原方法60，本發明實施例之固態硬碟裝置10可以O(1)的複雜度，達到秒級內完成資料還原的效果。
請參考第7圖，第7圖為本發明實施例之第6圖之一次備份多次還原方法60之映射表工作分配示意圖。由第7圖可知，於步驟604時，控制器104將資料寫入對應於映射表TA之實體位址以及自對應於映射表TA之實體位址讀取資料。步驟606係指當控制器接收到一備份訊號，於步驟608時，控制器104可根據 映射表TB之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址或者自對應之實體位址讀取資料，並且於控制器104無法根據映射表TB之邏輯位址讀取對應之資料時，由控制器104根據映射表TA之邏輯位址讀取資料。
接著，當控制器104於步驟610接收到還原訊號時，控制器104抹除映射表TB之所有資料。於步驟612時，回到與步驟604相同之工作分配，即由控制器104將資料寫入對應於映射表TA之實體位址以及自對應於映射表TA之實體位址讀取資料。
另一方面，關於上述固態硬碟裝置10之另一循環備份流程可被歸納為一多次備份多次還原方法80，如第8圖所示。多次備份多次還原方法80包含下列步驟：步驟802：對固態硬碟裝置10之儲存空間102進行初始化；步驟804：由控制器104根據映射表TA之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；步驟806：控制器104接收備份訊號；步驟808：由控制器104根據映射表TB之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當控制器104無法根據映射表TB之邏輯位址讀取對應之資料時，由控制器104根據映射表TA之邏輯位址讀取資料；步驟810：控制器104接收還原訊號；步驟812：由控制器104根據映射表TA之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料。
根據多次備份多次還原方法80，本發明實施例之固態硬碟裝置10可以O(1)的複雜度，達到秒級內完成資料還原的效果。
與一次備份多次還原方法60不同的地方在於，多次備份多次還原方法80於步驟810之控制器104接收還原訊號後，回到與步驟804相同之動作，即由控制器104根據映射表TA之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料，因此所有資料皆可由映射表TA對應的實體位址提供(即回到步驟808之狀態)，經由不斷循環，進而達到多次備份多次還原的動作。
值得注意的是，上述實施例描述本發明的概念，本領域的技術人員可以相應地作出適當修改並且不限於此，舉例而言，映射表的數量、觸發備份訊號的儲存空間的容量條件等，皆不以上述範例為限制，而可根據使用者或固態硬碟裝置的設定以進行調整，皆屬本發明之範疇。
綜上所述，本發明實施例提供一種循環備份方法及其相關固態硬碟裝置，利用固態硬碟裝置的邏輯位址與實體位址的映射表轉換，達到快速還原與備份的效果。
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。
60:一次備份多次還原方法
602-612:步驟

Claims (12)

  1. 一種循環備份方法，用於一固態硬碟裝置，其中該固態硬碟裝置包含一控制器以及一儲存空間，該循環備份方法包含有：由該控制器根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；由該控制器接收一備份訊號；由該控制器根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當該控制器無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；由該控制器接收一還原訊號；該控制器接收該還原訊號後，對應於該第二映射表之邏輯位址之所有實體位址之資料被抹除；以及由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
  2. 如請求項1所述之循環備份方法，其中該控制器接收該備份訊號後，該控制器係對對應於該第一映射表之邏輯位址之實體位址之資料進行備份。
  3. 如請求項1所述之循環備份方法，其中該第一映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小係等於該第二映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小。
  4. 一種循環備份方法，用於一固態硬碟裝置，其中該固態硬碟裝置包含一控制器以及一儲存空間，該循環備份方法包含有：由該控制器根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；由該控制器接收一備份訊號；由該控制器根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址或者自對應之實體位址讀取資料；當該控制器無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；由該控制器接收一還原訊號；該控制器接收該還原訊號後，對應於該第二映射表之邏輯位址之所有實體位址之資料被抹除；以及由該控制器根據該第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
  5. 如請求項4所述之循環備份方法，其中該控制器接收該備份訊號後，該控制器係對對應於該第一映射表之邏輯位址之實體位址之資料進行備份。
  6. 如請求項4所述之循環備份方法，其中該第一映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小係等於該第二映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小。
  7. 一種固態硬碟裝置，其包含有：一儲存空間；以及一控制器，根據一主系統之指令對該儲存空間執行一循環備份流程，其中該循環備份流程包含有：根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；接收一備份訊號；根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；當無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，係根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；接收觸發一還原訊號；該控制器接收該還原訊號後，對應於該第二映射表之邏輯位址之所有實體位址之資料被抹除；以及根據該第一映射表之邏輯位址自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
  8. 如請求項7所述之固態硬碟裝置，其中該控制器接收該備份訊號後，該控制器係對對應於該第一映射表之邏輯位址之實體位址之資料進行備份。
  9. 如請求項7所述之固態硬碟裝置，其中該第一映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小係等於該第二映射表之邏輯位址對應至 該儲存空間之實體位址之大小。
  10. 一種固態硬碟裝置，其包含有：一儲存空間；以及一控制器，根據一主系統之指令對該儲存空間執行一循環備份流程，其中該循環備份流程包含有：根據一第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；接收一備份訊號；根據一第二映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址或者自對應之實體位址讀取資料；當無法根據該第二映射表之邏輯位址讀取對應之一第一資料時，根據該第一映射表之邏輯位址讀取該第一資料；接收一還原訊號；該控制器接收該備份訊號後，對應於該第二映射表之邏輯位址之所有實體位址之資料被抹除；以及根據該第一映射表之邏輯位址將資料寫入至對應之實體位址以及自對應之實體位址讀取資料；其中該第二映射表之每一邏輯位址係相依於該第一映射表之每一邏輯位址。
  11. 如請求項10所述之固態硬碟裝置，其中該控制器接收該備份訊號後，該控制器對對應於該第一映射表之邏輯位址之實體位址之資料進行備份。
  12. 如請求項10所述之固態硬碟裝置，其中該第一映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小係等於該第二映射表之邏輯位址對應至該儲存空間之實體位址之大小。
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