CN1184538A - 采用稀疏文件的实时数据迁移系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在网络计算机系统(1)中实时迁移数据的系统和方法采用公知的操作系统特征—一个稀疏文件(4C)—来表示被迁移的文件,该稀疏文件在文件服务器(10)中占有最小的物理空间,但被定义为与原始文件具有相同的长度和属性。当用户存取被迁移文件时,该文件看起来好像是驻留在文件服务器中,并且被自动并透明地从分级存储管理系统(20,30)的最佳存储单元返回到文件服务器。

Description

采用稀疏文件的实时数据迁移系统和方法
本发明相关于网络化计算机系统中的分级存储管理系统,更详细地说,相关于从文件服务器向辅助存储装置自动并透明地迁移数据的装置。
基于服务器的数据管理系统已经成为标准的办公室设备,并且对数据管理的需求日益增大。如今大公司的许多职员都有经由局域网(LAN)与其它计算机相连的个人计算机(PC)或工作站。
LAN通常包括若干计算机系统,如计算机工作站,它们被连接起来共享数据和资源,如主存储器和/或打印机。LAN常常包括提供网络服务的文件服务器。文件服务器一般是计算机网络上的一个节点,如一台计算机,它通过管理共享的资源为网络上的计算机终端提供服务。例如,文件服务器可以管理一组存储器磁盘和为网络上自身没有磁盘或需要将数据存储在外部的计算机终端提供存储和存档服务。
LAN的存储需求正以令人惊异的速度增长,如今的许多服务器都处理千兆字节的数据。另外,对许多计算机用户来说,能否存储和保护数据已经成为至关重要的问题。保护数据的最常用方法是将其保存在一个以上的存储位置。基于服务器的数据管理系统,如ARCserve数据管理系统,对存储在LAN文件服务器和/或与LAN相连的计算机系统中的数据提供备份和保护。
然而,仅仅对计算机网络中的数据提供备份和存储是不够的,用户还特别要求数据的外部存储是自动的、最佳的和透明的。对计算机网络的数据提供有效的外部存储的一种技术是分级存储管理(HSM)。
HSM包括将计算机网络数据存储在文件服务器之外的第二和可能的话第三级存储装置中。外部存储装置一般是高容量的存储装置,如一次写入光盘和可重写光盘和磁带。例如,光存储器和磁带驱动器可以分别作为二级和三级存储装置连接到文件服务器。根据由HSM应用建立的标准,存储在文件服务器中的数据可以被迁移到光存储器,并且根据可选择的标准被进一步迁移到磁带驱动器。
例如,数据使用的频率可以被用来作为将数据从文件服务器迁移到第二和第三级存储装置的标准。通过迁移不经常使用或存取的数据,可以腾出文件服务器上的空间,同时用户可以继续扫描文件,就好像它们仍然驻留在文件服务器中一样。迁移指数据从文件服务器向分级存储结构(即外部存储装置)的移动,反迁移(demigration)指从分级存储结构到文件的数据恢复。为了获得HSM应用的最佳效益,第二和第三级存储装置被安排成存储数据的分级结构。因此,对一个预定的时间期限,驻留在网络文件中的数据文件可以被初始迁移到光存储器中,当该文件被网络文件服务器请求时,该光存储器提供相对较快的响应时间。如果数据文件在一个预定的时间期限被保留在光存储器中,而没有被文件服务器请求,那么根据存储等级,该数据文件可以被进一步迁移到磁带存储装置,该装置比光存储器具有较低的响应时间。因此,分级存储管理系统根据存储装置等级的费用、速度和容量提供更有效的存储网络化计算机系统的数据文件的方法。
当一个文件从文件服务器迁移时,原始文件被作为存根文件(stub file)表示在文件服务器中,也被称为幻象文件(phantom file)或墓碑(tombstone)。存根文件代表原始文件,但使用最小的物理存储空间,从而在文件服务器上空出了尽可能多的空间。然而,存根文件也应该尽量接近地表示原始文件的特征,如文件长度,产生的数据,最后存取的数据或某些属性,如只读文件。然而,根据执行迁移的特定HSM设备,文件的长度并不是准确表示的,而是不管原始文件的实际长度怎样,保持在文件服务器中的存根文件具有0,422或1000字节。例如,100兆字节文件可以从网络文件服务器迁移到外部存储装置,而留在文件服务器中的存根文件通常具有0,422或1000字节的长度。
因此,已知的设备可以通过使用存根文件标识被迁移的文件来减小文件服务器的物理空间分配,但已知的迁移方法不能准确地表示原始文件的实际特征。对使用文件长度的任何软件应用来说,准确表示特别是原始文件的长度是重要的信息。例如,某些LAN软件应用试图提供文件服务器拥有的数据量的统计分析,或根据达到预定值的特定文件的长度来执行定制的功能。如果被迁移的文件没有被准确地标识,就不能适当地执行分析和定制功能。另外,DOS操作系统的DIR指令会给用户提供错误的文件长度,使用户在碰到实际的文件长度时产生混淆。与此类似,DOS操作系统的COPY指令对实际有2兆字节的迁移文件可能显出1000字节,从而导致用户试图将文件复制到容量很小的软盘上去。
HSM设备通常是专门为特定的LAN操作系统制作的。例如,用在许多LAN系统中的NOVELL NetWare操作系统。NetWare操作系统有几种版本,包括3.x和4.x版本。
例如,在NetWare操作系统4.x版本中,包括一个实时数据迁移器(RTDM)特征,采用这个特征,在NetWare文件服务器(如运行NetWare操作系统的文件服务器)中的文件的内容可以被迁移到二级存储装置,并有一个表示留在文件服务器中的被迁移文件的文件目录条目。该文件目录条目是空的,因此不会在NetWare文件服务器中占据物理空间。另外,该文件目录条自将指示被迁移文件的正确特征,包括被迁移文件的实际长度。当文件服务器请求被迁移文件时,该文件将被自动取到文件服务器中。
因此,NetWare操作系统版本4.x RTDM提供一个工具,用于自动并透明地从NetWare卷迁移文件到二级存储器,同时在原始NetWare卷保持被迁移文件的准确目录条目,另一方面,NetWare操作系统3.x版本不提供迁移功能,因此,软件卖主必须为NetWare操作系统3.x版本的文件服务器建立一个数据迁移功能。已知的迁移应用并不能在文件服务器中提供准确表示被迁移文件的目录条目,根据应用,保留的目录条目将是具有0,422或1000字节长度而不是被迁移文件的实际长度的存根文件。
本发明的一个目的是提供从例如NetWare3.x版本文件服务器迁移数据,它消除了不能准确表示被迁移文件长度的存根文件的使用。本发明的另一个目的是提供对用户而言绝对透明的文件迁移和反迁移。
根据本发明的系统和方法采用已知的操作系统特征----一个稀疏文件----来表示被迁移的文件。稀疏文件是具有小于其逻辑或显现的长度的一个物理长度(即物理分配)的文件,因此稀疏文件使由文件占据的物理空间最小化,同时保持文件的实际特性,如产生的长度和数据。稀疏文件也可以删去原始文件中的所有数据块,并且被定义为具有等于原始文件的文件长度,从而准确地表示原始文件并基本不占据物理空间。
根据本发明的系统和方法,当一个文件从文件服务器迁移到存储媒体时,被迁移的文件在文件服务器中由定义为与原始文件具有相同逻辑长度和属性的稀疏文件替代,但该稀疏文件只需要最小的空间来存储文件,例如一个数据块。迁移密码信息被存储在稀疏文件中,使得文件服务器可以在用户存取时检索被迁移的文件。当用户存取被迁移的文件时,该文件看上去像是驻留在文件服务器中,具有文件的实际特征,并且被自动并透明地从第二或第三级存储媒体取到文件服务器中。因此,根据本发明的分级存储管理方法消除了用预定和不准确的长度表示被迁移文件的存根文件的使用。
图1示出了根据本发明采用分级存储管理系统的一个局域网系统。
图2示出了根据本发明采用稀疏文件进行实时数据迁移的方法流程图。
图3示出了根据本发明采用稀疏文件进行实时数据反迁移的方法流程图。
图4A示出了具有一个逻辑长度的数据文件。
图4B示出了图4A所示文件的常规稀疏文件表示。
图4C示出了根据本发明在图4A所示的文件的稀疏文件表示。
图1示出了一个LAN系统1,包括根据本发明的一个HSM系统2。该HSM系统2提供HSM能力给例如NetWare操作系统版本3.x环境,并且包括一个连接到二级存储装置20的文件服务器,也被称为初级存储装置。该二级存储装置20进一步连接到三级存储装置30。通过最佳使用文件服务器10、二级存储装置20和三级存储装置30,HSM系统2可以自动并透明地分级存储例如千兆字节的数据。
LAN系统1具有例如一个客户服务器结构。客户是例如与文件服务器10相连的若干工作站40。工作站40包括例如基于微处理器的计算机系统。至少一个工作站40为用户提供一个接口来建立从文件服务器10进行数据迁移的迁移标准。服务器一边包括具有迁移引擎11的文件服务器10,该迁移引擎提供从文件服务器10的透明数据迁移服务以及向文件服务器10的反迁移服务。
迁移引擎11周期性地运行并根据预定的标准识别不使用的文件,一旦文件被确定作迁移,该文件就被迁移到HSM系统2的分级存储结构,从而为文件服务器上的有效文件增加额外的存储空间,HSM系统2随后管理分级存储结构内的被迁移文件,直到达到最低级的分级存储器为止。
如图1所示,服务器侧包括例如三个不同的模块。第一个模块是文件服务器10,需要从中移动预先选定的文件,例如不经常存取的文件,到比较便宜的存储装置中去。第二个模块是第二级存储装置20,例如支持光存储器的一个光学级,它可以与文件服务器10在相同或不同的NetWare操作系统中。第三个模块是第三级存储装置30,例如支持磁带转换器的一个磁带级,它可以与文件服务器10或光学级20在相同或不同的NetWare操作系统中。第二与第三模块共同构成了存储等级。一般说来,存储等级中的每一级是存储媒体的一致组合,即该等级中的所有媒体具有相同的物理特性。各等级之间的通信是通过本机NetWare操作系统通信协议(如IPX、SPX、TLI或TCP/IP)进行的。除了图1所示的第二级存储装置20和第三级存储装置30外,还可以根据需要向HSM系统增加另外的存储级。
光存储器20(如可重写光学装置)一般有一个在5--10秒范围的存取时间,因为存储媒体是可移动的,并且通常需要在能被存取之前被驱动并旋转起来。可以采用自动选取设备(jukebox)来自动操作光存储器,否则操作员就要手工为媒体存储请求服务。磁带存储装置30(例如Hewlett-Packard 8mm磁带驱动器)可以具有几分钟的存取时间,因为该存储媒体是可移动的,并且通常需要在它可以被存取之前进行驱动。可以采用自动转换器进行磁带存储器的自动操作,否则操作员就要手工为媒体存储请求服务。
图1所示的示例性存储等级中的每一级都分别由级迁移器21、31控制。级迁移器21和31包括例如驻留在文件服务器10或单独的文件服务器中的软件程序。级迁移器21、31位于与其相应的二级存储装置20和三级存储装置30相连的文件服务器上。如图1所示,级迁移器21位于文件服务器15中,而级迁移器31在服务器16中。每个级迁移器21、31例如管理被迁移的文件、根据请求检索文件、并根据存储等级的规则将文件迁移到存储等级中的下一级。由于存储等级中的每一级有一个级迁移器,存储等级可以分开放置,从而通过例如文件服务器15和16减少了文件服务器10上的负荷。
LAN系统1的用户可以为整个文件服务器10建立例如系统迁移作业,它将被周期性运行以保持文件服务器上的磁盘存储在可接受的范围内。用户也能作特别的按需迁移或反迁移作业。然而,来自任何文件服务器10的所有文件都必须迁移到相同的存储等级。
对于系统迁移作业,也就是从文件服务器10迁移数据,用户需要指示作为迁移候选的文件/目录。选择过程可以由用户根据不同的标准特别制定。例如,数据迁移的参数变量可以包括一个日期变量、预定的过滤器或基于特定装置的存储能力的水位标志。
根据例如文件被最后存取的数据、文件被最后更新的数据或文件的产生数据,数据参数变量提供从文件服务器10的文件迁移。根据例如与文件名匹配的模式、文件的属性(例如系统文件、只读文件)或预定的文件长度,预定的过滤器参数变量提供从文件服务器的文件迁移。根据在一个特定存储装置中可用的存储空间量,水位标志参数变量提供从文件服务器的文件迁移。
采用例如水位标志参数,当文件服务器10中的可用存储空间达到极限水位标志时,HSM系统2可以从文件服务器10向二级存储器21迁移文件,在该点紧急迁移将根据预定的迁移标准立即产生,以避免“容器满”情况,随后,文件被迁移直到可用的存储空间达到一个高水位标志(如安全水准)为止。该高水位标志被定义为例如文件服务器10上已使用空间的一个百分数。当已使用空间低于极限水位标志但高于高水位标志时,文件将在最近最少存取的基础上在一个预定的时间被迁移,直到达到一个低水位标志为止。低水位标志也被定义为例如文件服务器10上已使用空间的一个百分数。当已使用空间低于该低水位标志时,文件服务器10不出现迁移。
用于确定要从文件服务器10迁移的文件的参数可以由用户根据需要组合。当用户建立一个系统迁移作业时,该用户也可以指示是否要从二级存储器20向三级存储器30作进一步的迁移。另外,用户可以确定被迁移的文件在作进一步的迁移之前必须保持在存储装置中的时间周期。
当驻留在文件服务器10中的一个文件被确定要迁移到HSM系统2的存储等级中时,执行图2的流程图所示的本发明的方法。如图2所示,当迁移引擎11产生从文件服务器10迁移文件的命令时,程序在步骤S0启动。在步骤S1,要被迁移的文件被打开,并在步骤S2读该文件。在步骤S3,要被迁移的文件的数据块的一个备份被传送到二级存储装置20。级迁移器21给迁移引擎11返回一个迁移密码,指示被迁移文件的位置。
一旦文件被传送到二级存储装置20,仍然驻留在文件服务器10中的原始文件在步骤S4被截断。在步骤S4对原始文件的截断造成了原始文件数据块的收回,从而该数据块可以由文件服务器10来重新分配。由于步骤S4的回收,这时原始文件有例如对零数据块的物理分配。另外,原始文件的实际特征已经由迁移引擎11存储。在步骤S5,迁移密码被写入到原始文件中,该文件现在是具有对例如包含迁移密码的一个数据块的物理长度分配的稀疏文件,因此,稀疏文件物理分配小于原始文件的逻辑长度。在步骤S6,迁移引擎11定义原始文件为具有等于原始文件实际文件长度的逻辑长度,从而产生具有一块物理长度的分配、但逻辑长度等于原始文件长度的一个稀疏文件。迁移程序在步骤S7结束,这时迁移引擎11退出迁移程序。
稀疏文件的传统操作被示于图4A和4B。图4A示出了具有n个数据块(块0--n)的逻辑长度的一个文件,但只有其中某些数据块包括数据。例如,图4A中所示的数据块0、4、7、10和n包括数据。图4B所示的文件是表示图4A文件的一个稀疏文件。图4B的文件有例如5个数据块的物理长度,仅仅代表图4A中被占据的数据块。因此,该稀疏文件提供了一个方法,用于建立物理长度远远小于其逻辑长度的文件,从而防止浪费文件服务器10上的存储空间。
为了建立图4B的稀疏文件,计算机程序设计员在建立由LAN系统1操作系统识别的文件时提供特定的命令。例如,Novell Netware操作系统3.x版本将SEEK命令解释为在SEEK地址之间不分配数据块,而其他操作系统将SEEK命令处理为在SEEK地址之间分配数据块。表I所示的步骤是能够产生图4B所示的稀疏文件的步骤示例:
表I
a)打开文件
b)搜索数据块0
c)写入数据块0的数据
d)搜索数据块4
e)写入数据块4的数据
f)搜索数据块7
g)写入数据块7的数据
h)搜索数据块10
i)写入数据块10的数据
j)搜索数据块n
k)写入数据块n的数据
l)关闭文件
因此,表I所示的步骤被Novell Netware操作系统3.x版本解释为只分配被写入的数据块,从而产生仅仅代表被占据的数据块0、4、7、10和n的五个数据块的稀疏文件,该稀疏文件指示它的实际长度,但当用户存取时,该文件以图4A所示的格式被提供给用户,也就是说,具有等于其逻辑长度的物理长度分配。
根据本发明,稀疏文件特征,例如Novell Netware操作系统3.x版本稀疏文件特征,被用于代表已经从文件服务器10迁移的一个文件,而不包括原始文件的任何被占据的数据块。因此,如图4C所示,仅仅只有一个数据块但被定义为逻辑长度等于如图4A所示的文件的实际长度的一个稀疏文件由本发明的方法产生。图4C所示的虚线指示文件的逻辑长度,但其中没有分配数据块。表II示出了产生图4C的稀疏文件的步骤示例:
表II
a)打开文件
b)写入迁移密码
c)搜索实际原始文件长度
d)写入“0”
e)关闭文件
根据本发明,Novell Netware操作系统的稀疏文件特征被用来使代表文件服务器10上的被迁移文件所需要的物理分配最小化,同时保持原始文件的实际特征。因此,一旦原始文件被复制并且被发送到第二级存储装置20,并且随后被截断,文件服务器中的剩余文件可以由表II所描述的示例步骤来操作。执行对实际文件长度SEEK(搜索)操作的步骤b将稀疏文件定义为逻辑长度等于原始文件的实际长度,然而,原始文件的回收减小了由稀疏文件在文件服务器10中占据的物理长度。
除了表II所示的步骤以外,根据本发明产生稀疏文件的另一组示例步骤示于表III:
表III
a)打开文件
b)写入迁移密码
c)将长度改变为实际原始文件长度
d)关闭文件
改变长度(CHANGE SIZE)操作可以被用来定义稀疏文件的逻辑长度,原因是在文件服务器10中的原始文件回收之后,已经没有要受改变长度操作影响的已分配数据块。因此,根据本发明的方法采用已知的操作系统特征一稀疏文件--来表示文件服务器10中被迁移的文件,该稀疏文件具有最小的物理长度,同时被定义为具有被迁移文件的实际特性。
一旦文件从文件服务器10迁移到HSM系统2,该文件就通过对文件服务器10的反迁移来恢复。当例如用户存取一个被迁移的文件并且文件服务器10经由迁移引擎11请求该文件时,反迁移就发生。如图3所示,当文件服务器10请求被迁移文件时,反迁移过程序在步骤S10被启动。
在步骤S10A,迁移引擎11读出存储在稀疏文件中的迁移密码信息,来确定被迁移文件的位置。在步骤S10B,该迁移引擎11将迁移密码发送到级迁移器21,该级迁移器21采用迁移密码在步骤S10C确定被请求的文件是否位于第二级存储装置20中或者被进一步迁移到了第三级存储装置30。一旦文件在步骤S10D被定位,该文件就被经由迁移引擎11发送到文件服务器10。在步骤S11,迁移引擎11读出被请求文件的数据。
当数据从被迁移文件读出之后,由迁移引擎11在步骤S12打开稀疏文件。在步骤S13,从HSM系统2恢复出来的原始文件的内容被装入该稀疏文件,将稀疏文件转换回具有原始物理分配的原始文件。因此,在步骤S13之后,原始文件又以其原始(即迁移前的)格式驻留在文件服务器10中。另外,用户并不意识到文件服务器10上的目录条目实际上是一个不包含原始文件的实际数据、而是仅仅包含有限的描述的稀疏文件。此外,被迁移文件的反迁移对用户是自动并透明的。
在步骤S14,原先在稀疏文件中存储的迁移密码被存储在例如NovelNetware操作系统扩展属性(EA)中,所述稀疏文件现在并不在文件服务器10中,而是在存储分级结构之中,原因是从该存储分级结构只恢复了原始文件的一个拷贝。如果被检索的文件没有被修正,并且以后被确定为要作迁移,那么原先的迁移密码将被用来防止向存储分级结构不必要地转移数据,因为该文件已经被存储在外部存储装置中了。在这种情况下,在文件服务器10中只产生一个稀疏文件。在步骤S15,迁移引擎退出反迁移程序。

Claims (13)

1、在一个网络化的计算机系统中从初级存储装置向第二级存储装置迁移数据文件的方法,该数据文件具有第一实际长度,所述方法包括以下步骤:
将该数据文件的内容传送到第二级存储装置;
截断该数据文件;
在初级存储装置中产生一个稀疏文件,该稀疏文件具有等于第一实际长度的外在长度和小于第一实际长度的第二实际长度。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于进一步包括根据预定的存储等级机制从第二级存储装置向第三级存储装置迁移数据的步骤。
3、根据权利要求1所述的方法,其特征在于该网络计算机包括一个NovellNetWare3.x版本的操作系统。
4、根据权利要求1所述的方法,其特征在于进一步包括在稀疏文件中存储迁移密码的步骤。
5、根据权利要求1所述的方法,其特征在于产生稀疏文件的步骤进一步包括以下步骤:
在该数据文件上执行打开操作;
在该数据文件上执行第一写入操作;
在该数据文件上执行搜索操作;
在该数据文件上执行第二写入操作;
在该数据文件上执行关闭操作。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于搜索操作搜索第一实际长度。
7、根据权利要求5所述的方法,其特征在于第一写入操作将迁移密码写入该数据文件。
8、根据权利要求1所述的方法,其特征在于产生稀疏文件的步骤进一步包括以下步骤:
在该数据文件上执行打开操作;
在该数据文件上执行第一写入操作;
在该数据文件上执行改变长度操作;
在该数据文件上执行关闭操作。
9、根据权利要求8所述的方法,其特征在于改变长度的操作将长度改变为第一实际长度。
10、在一个网络化的计算机系统中从初始存储装置迁移数据文件的系统,所述数据文件具有第一实际长度,该系统包括:
与该初始存储装置相连的迁移引擎;
与该迁移引擎相连的第二存储装置;
其中迁移引擎读出数据文件,将数据文件的内容传送到第二级存储装置,并在初始存储装置中产生一个稀疏文件,该稀疏文件具有等于第一实际长度的外在长度和小于第一实际长度的第二实际长度。
11、根据权利要求10所述的系统,进一步包括与第二级存储装置相连的第三级存储装置,用于根据预定的分级存储机制接收数据文件的进一步迁移。
12、根据权利要求10所述的系统,其特征在于迁移引擎在稀疏文件中存储迁移密码。
13、根据权利要求10所述的系统,其特征在于该网络计算机系统包括一个NovellNetWare3.x版本的操作系统。
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