[发明专利]用于提供快照的文件系统的分层存储管理

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储系统，更具体地说，涉及存储了表明在特定 时间点存储的数据的状态的快照的数据存储系统。

背景技术

许多数据存储系统根据文件比喻来组织存储的数据。在这些存储 系统中，相关数据存储在一个文件中，而数据存储系统存储了多个文 件。然后，数据存储系统存储对多个文件的索引，以允许访问这些文 件中的数据。单个文件可以存储在数据存储设备中的相邻的或完全不 同的位置。将数据存储在数据存储设备中的完全不同的位置，常常导 致当要在已经存储了许多文件的设备上存储大的数据文件时，大的数 据文件必须分解为适合存储设备内的空闲区域的数据块。当向现有文 件中添加另外的数据时，数据也常常存储在完全不同的位置。将存储 的数据组合成数据存储设备上的结构化文件被称为形成文件系统。

数据存储系统常常存储当前存储在文件系统中的所有文件的数 据的时间点副本或映像。这些映像被称为快照(或克隆或快闪副本)。 快照的内容是在捕获快照时存储在现用文件系统内的数据。数据存储 系统可以使用快照来将文件系统的状态存储在诸如另一个磁盘驱动 器或磁带存储系统之类的辅助存储器系统上。数据存储系统也可以使 用文件系统快照来允许重新创建被删除的数据(即，访问已经被删除 或更新的文件的以前的版本)。

为最小化创建快照的时间以及用于维护快照的存储空间，拍摄文 件系统的快照的某些方法推迟了原始文件系统中的数据实际复制到 快照的时间，直到原始系统中的数据被修改(例如，被盖写或删除)。 因为直到对原始数据执行写入之前数据不被复制到快照数据中，因 此，使用这种方法的系统被称为“写入时复制”系统。“写入时复制”技 术常常用于实现文件版本控制，通过维护单个文件的快照，而不是整 个系统，可以使文件的多个版本在文件系统中并行地存在。

“写入时复制”系统可以利用由文件系统软件所创建的控制结构， 以描述文件的结构以及包含文件系统的磁盘的用途的元数据，以便修 改过的文件的未修改的数据块不需复制到快照中。这些系统创建快照 元数据集，包括描述了原始文件系统中的原始数据文件的位置的文件 索引，以便从原始文件内的元数据以及文件的快照副本中都可以引用 未修改的数据块。这会创建多个对原始文件系统中的同一个数据块的 多个索引：原始文件系统的元数据中的索引和每一个快照数据集中的 索引。

原始文件系统内的多个对单个数据块的索引的存在影响原始文 件系统的要求。利用其中每一个快照都存储了对原始数据块的索引的 快照的文件系统必须维护每一个对该数据块的索引的指示或映射，以 便判断数据块是否正在使用中还是空闲。若没有多个索引，单个比特 就可以足以表明数据块是否正在使用中还是空闲。然而，在有多个索 引的情况下，可能需要多个比特来跟踪多个索引，确保在声明数据块 “空闲”之前不存在对数据块的索引。

由于较高速度的存储设备(如硬盘驱动器阵列)比慢一些的设备 (如光盘和磁带驱动器)更加昂贵(每存储字节)，因此，某些较大 的文件系统使用分层存储管理器(HSM)自动地在高成本和低成本 的存储介质之间移动数据。在使用HSM的文件系统(诸如，例如， 来自IBM的ADSTAR分布式存储管理器、Tivoli的Storage Manager Extended Edition，或Legato的NetWorker)中，大多数 文件系统数据被存储在较慢的脱机设备中，并根据需要，复制到更快 的联机磁盘驱动器中。HSM监视文件系统中的数据的使用，标识文 件系统中的哪些文件长时间没有被访问，并将它们的所有数据或某些 数据迁移到较慢的存储设备中。这就释放了更快的联机存储器中的空 间，从而允许存储额外的文件和更多的数据。事实上，HSM通过将 更快的磁盘驱动器变成较慢的大容量存储设备的高速缓存，提供了存 储大量的数据的经济的解决办法。

在典型的HSM情况下，频繁地被使用的数据文件存储在硬盘 驱动器上，而在某一时间段内未被使用的数据文件被迁移到磁带驱动 器中。当用户尝试访问已经被迁移到磁带的数据文件时，文件自动地 并透明地恢复到联机硬盘驱动器，可使操作完成得好像数据从来没有 被迁移那样。优点是，尽管存储的数据的总量可以比可用的磁盘存储 器的容量大得多，由于只有很少被使用的文件位于磁带上，因此，用 户通常不会注意任何速度减慢。