JP6109012B2 - テープメディアにおいてフォーマットを初期化する前に書き込まれていたデータのリカバリー - Google Patents

Description

本発明は、 テープメディア上のデータに対して、ファイルシステムである Linear Tape File System (LTFS) 経由でアクセスする仕組みに関するものである。

LTFS では、テープメディア上のファイルを読み書きするにあたり、事前にテープメディアを LTFS フォーマットに従ってフォーマッティングする必要がある。

LTFS フォーマットは、IBM Corporation が作成し、そのフォーマットの方式が公開されている。

IBM Corporation を始めにして、他の会社も含めて、この LTFS フォーマットに従って書き込まれたテープメディアをサポートするファイルシステムの実装が行われている。

テープメディアを LTFS フォーマットで利用する場合、テープメディアを インデックス区分 (IP：Index Partition ) および データ区分 (DP：Data Partition) と呼ばれる 2 つのパーティションに分割して利用する。

ユーザが、LTFS を利用してテープメディアにデータを書き込むと、テープメディアではファイル本体の他、インデックスと呼ばれるメタデータをテープメディアに書き込む。

インデックスは、ファイル名やファイル作成日などの情報を持つ。

IP には、主に最新のインデックスが書き込まれる。

DP には、ファイルの本体、及び、インデックスの履歴が書き込まれる。

図１は、テープメディアを LTFS フォーマッティングした直後の状態を示す図である。

テープメディアを LTFS フォーマットで利用する場合、まずは、初期化としてのフォーマッティングが必要となる。

FID (Format Identification Data set) は、テープドライブがテープメディアをフォーマッティングする際、テープメディアの先頭に書き込まれる特殊なデータであり、テープメディア上のパーティションの数や各パーティションの容量などの情報を持つ。

VOL1 Label は、ANSI Label とも呼ばれるもので、文字通り ANSI で規定された一般的なフォーマットのラベルである。

LTFS Label は、LTFS フォーマットで規定されたラベルで、このテープメディアが LTFS フォーマットのどのバージョンに準拠してフォーマッティングされたかといった情報を保持するラベルである。

FM (FileMark) とは、テープメディアで一般的に利用される、いわば本のしおりのようなものであり、データの頭出し (seek) を行う際に利用される。

Index #0 とは、フォーマッティングするときに書き込まれるインデックスであり、このフォーマッティングの段階では、ファイル自体は一つも存在しないためにファイル固有の情報は持たないものの、テープメディアのボリューム名などの情報を保持するために書き込まれる。

図２は、LTFS フォーマットでフォーマッティングした後、テープメディア上にFile 1 と File 2 とが書き込まれた状態を示す図である。

太線で囲まれた部分が追加/更新されたデータである。

テープメディア上のDP に対して、追記データである File 1 と File 2 とが新たに追記書き込みされている。

Index #1 は File 1 および File 2 に関してのメタデータを持つ。

IP は最新のインデックス（最新のメタデータ）を記録して保持しておく一方、DP はインデックスの履歴を記録して保持する。

インデックスを更新するタイミングはファイルシステムの実装にまかされており、例えば、一定時間毎に更新したり、テープドライブからテープメディアを取り出す時のみ更新したりしている。

更に使い続ける場合も、IP に置かれるインデックスは常に最新のインデックスが置かれ、DP は既存のインデックスを上書きすることなく、ファイルおよびインデックスの追記書き込みがされていく。

すなわち、DP に新たに追記書き込みがされたデータに関してのメタデータを、IP に更新しながら書き込みしている。

テープドライブがテープメディアにデータを書き込む場合、必要に応じテープドライブは ERP (Error Recovery Procedures) と呼ばれる処理を実行し、データの書き直しを行う。

これは、テープメディアを LTFS フォーマットでフォーマッティングするときにテープメディアに書き込まれるデータ、つまり図１の FID から一番右側の FM を書き込むために必要となるテープメディアの長さは必ずしも一致しないということを意味している。

テープドライブがテープメディアにデータを書き込む場合、テープドライブを利用するアプリケーションはテープドライブにレコードと呼ばれる可変長の長さを単位にデータの書き込みを依頼する。

その一方で、テープドライブはテープメディアにデータを書き込む際、Data Set (DS) と呼ばれる数メガバイト程度の容量を持つ固定長の長さに再構成してから書き込む。

LTFS フォーマットでフォーマッティングする際に書き込まれる各ラベルの容量は十分小さいため、FM 毎に別の DS として書き込んだ場合であっても FID から一番右側の FM まで高々 4 DS に収まる。

DS が理想的に書かれた場合の長さは、テープメディアの世代により異なるが、10 cm 程度である。

また、ERP が発生した場合であっても DS の距離 (ある DS の末尾から次の DS の末尾までの距離) は 4 m 以内に収めることが、 LTFS を利用する LTO や IBM エンタープライズテープドライブ TS1140 の規格で定められている。

このように、IP は、フォーマットに従ってDP に追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータのみを記録するものである。

このようなフォーマッティングの特性に従って、ユーザが誤ってまたは意図せずに LTFS ですでに利用しているテープメディアを再度 LTFS フォーマットでフォーマッティングしてしまうという事態が発生することについては、何らかの配慮が必要となってくる。

図３は、LTFS フォーマットで再フォーマッティングした後、太い破線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。

IP にある最新のインデックスは、 LTFS フォーマットのフォーマッティングに従って上書きされてしまう。

また、最新のインデックスはDP の末尾に残っているものの、前述の通り、FIDから Index #0 の右隣のFMまでを書き込むために必要なテープメディアの長さは、書き込み時のERP発生頻度などに依存して変動するため、File 1の先頭部分を始めとしたファイルの本体がLTFS フォーマットのフォーマッティングにより上書きされてしまい、誤ってまたは意図せずにフォーマッティングしてしまったことに気付いても回復できないことがある。

テープドライブは、その性質上、あるパーティションにデータを書き込むと、そのパーティションのデータを書き込んだ場所より後方 (図で見た場合の右側) にすでに書き込まれていたデータを読み出すことができない仕組みになっている。

但し、データリカバリー用の特殊なファームウェアを利用すれば、それらのデータをも読み出すことができる。

よって誤って再フォーマッティングされてしまった場合にデータをリカバリーするための特殊なファームウェアを利用しても救うことができないデータは、フォーマッティングの際に物理的に上書きされたデータだけと言うことになる。

特許文献１は、上書きされることが予想される領域のデータを別の場所に退避させることについて記載している。

しかし、フォーマッティングの際に物理的に上書きされたことまでを想定しているものではない。

また、テープメディアを インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットについての言及もない。

特開平０７−１４１８３５号公報

本発明の目的は、誤ってまたは意図せずに再フォーマッティングが実施されてしまった場合であっても、フォーマッティングする前に書き込まれていたファイルの回復を可能にすることにある。

通常IP には最新のインデックスを書くが、その後ろにさらに、同じインデックスを書いておく（図５（Ａ））ことにより、誤ってテープメディアを再フォーマッティングしてしまった場合（図６）に、最新のインデックスが上書きされインデックスの参照ができなくなる問題を回避する。

また、テープメディアを LTFS フォーマットでフォーマッティングした後、最初にファイルをテープメディアに書き込む場合、ファイル本体を書き込む前ファイルをメモリ上に保存しておき、LTFSが最新のインデックスをIP上に書き込むとき、そのインデックスの後ろに、メモリ上に保存しておいたファイルを書き込むことにより、誤ってテープメディアを再フォーマッティングした場合（図５（Ｂ））にファイルが失われる問題を回避する。

誤って初期化が実施されてしまった場合であっても、再フォーマッティングする前に書き込まれたファイルの回復が可能になる。

図１は、テープメディアを LTFS フォーマッティングした直後の状態を示す図である。 図２は、LTFS フォーマットでフォーマッティングした後、テープメディア上にFile 1 と File 2 とが書き込まれた状態を示す図である。 図３は、LTFS フォーマットで再フォーマッティングした後、太い破線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。 図４は、本発明が適用されるテープドライブ（テープ記憶装置）のハードウエア構成の例を示すものである。 図５は、本発明を適用して、太い実線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。 図６は、本発明を適用してテープメディア上へ書き込みをした後で、LTFS フォーマットで再フォーマッティングした後、太い破線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。 図７は、本発明の手順を示す第１のフローチャートである。 図８は、本発明の手順を示す第２のフローチャートである。 図９は、本発明の手順を示す第３のフローチャートである。

図４は、本発明が適用されるテープドライブ（テープ記憶装置）のハードウエア構成の例を示すものである。

テープドライブ１００は、LTFSとしての構成として、通信I/F（インターフェイス）１１０と、バッファ１２０と、記録チャネル１３０と、読み書きヘッド１４０と、制御部１５０と、位置決め部１６０と、モータ・ドライバ１７０と、モータ１８０とを含む。

テープドライブ１００は、ホスト３００から送られてくる複数のレコードで構築されている DS 単位で、テープメディア１０への書き込み、そこからの読み出しを行う。

通信I/F（インターフェイス）１１０は、ネットワーク等を介して、ホスト装置３００との通信を行う。

通信I/F（インターフェイス）１１０は、ホスト装置３００から、テープメディア１０へのデータの書き込みを指示する書き込みコマンドを受信する。

通信I/F（インターフェイス）１１０は、ホスト装置３００から、テープメディア１０からのデータの読み出しを指示する読み出しコマンドを受信する。

通信I/F（インターフェイス）１１０は、書き込みデータを圧縮し、圧縮した読み出しデータを解凍する機能を有し、テープメディアへの記憶容量を高めることができる。

バッファ１２０は、テープメディア１０に書き込むべきデータ、または、テープメディア１０から読み出したデータを（例えば、フォーマッティングする前に）記憶しておくメモリであって、例えば、一時的記憶に利用されるＤＲＡＭによって構成される。

記録チャネル１３０は、バッファ１２０に記憶されたデータをテープメディア１０に書き出すため、または、テープメディア１０から読み出された（呼び出された）データを、バッファ１２０に一時的に記憶するために用いられる通信経路に存在する。

読み書きヘッド１４０は、データを書き込み、データを読み出す素子を有する。

位置決め部１６０は、モータ・ドライバ１７０によって、モータ１８０を駆動させて、テープの長手方向（データの書き込み方向としての前後）に沿って巻きとる。

位置決め部１６０はまた、テープメディア１０のテープの幅方向にわたっても読み書きヘッド１４０を移動させる。

テープメディア１０は、テープと、テープを巻きつけるリールとを含む。リールの回転に伴い、テープが長手方向に移動して、データの追記書き込みなどを実行する。

制御部１５０は、テープドライブ１００の全体の制御を行う。

図５は、本発明を適用して、太い実線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。

（Ａ）のように、IP において、更新されたメタデータ（Index #1）よりも後に、その更新されたメタデータと同じもの（Index #1）を追記データとして繰り返して追記書き込みしている。

同じインデックスを２つ書き込ませてあり、IP に最新のインデックスを書き込んだ後ろに、さらに、最新のインデックスを書き込んでおり、書き込みが２回以上実行されている。

（Ｂ）のように、LTFS フォーマットを利用するファイルシステムを実装するにあたり、例えばアンマウント時などに、最新のインデックスをIPに書き込んだ後ろに、メモリ（バッファ１２０）に保存しておいたファイルデータ（File1 と File2）を書き込ませておく。

誤ってまたは意図せずに再フォーマッティングされてしまった場合であってもフォーマッティング前に書き込まれたファイルの回復を可能にするために、常にパーティションの末尾へフォーマッティングによって上書きされるファイルのコピー（File1 と File2）を記憶する。

フォーマッティングによって上書きされるファイルを書き込む場合、および、テープメディアのマウント時にフォーマッティングにより上書きされるファイルが存在する場合は、必要に応じそれらのファイルをLTFSがテープメディアから読み出し、LTFSが利用するメモリ上に記憶しておく。

フォーマッティングによって上書きされるファイルを判定する算出式については、後程解説することにする。

図６は、本発明を適用してテープメディア上へ書き込みをした後で、LTFS フォーマットで再フォーマッティングした後、太い破線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれた状態を示す図である。

LTFS フォーマットで再フォーマッティングされてしまうことで、太い破線で囲まれたデータが新たにテープメディアに書き込まれる。

IP にある最新のインデックスは、 LTFS フォーマットのフォーマッティングに従ってIndex #0が上書きされてしまう。

しかし、フォーマッティングされてしまった後であっても、繰り返して追記書き込みがされたメタデータ（Index #1）を参照することができるので、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーすることができる。

見方を変えると、テープメディアに対して追記書き込みされ、上書きされているデータのパターン（データが変更されてきた履歴）を辿ることができるのであれば、（再）フォーマッティングする前のデータをリカバリーできるような設定があるという本発明の特徴をテープメディア自体から検出することができる。

図７は、本発明の手順を示す第１のフローチャートである。

ここで１つ注意しておきたいのは、LTFSがメモリ上にフォーマッティングした直後のデータを保存しているかどうかの条件分岐２４０において、No のケースが存在するかどうか、である。

これは、ファイル本体の変更はないが、ファイルのアクセス時間などのファイルのメタデータのみが変更される場合、インデックスのみの変更がなされるというのが、このケースに相当する。しかし、このケースは稀である。

テープメディアを LTFS フォーマットでフォーマッティングするときの手順は従来通りとし、最初にファイルを書き込む際にファイルデータをメモリ上に保存しておき、それを、アンマウント時にインデックスの後ろに書き込むことにより、誤って LTFS フォーマットで再フォーマッティングされてしまった場合であっても、フォーマッティングする前に保存しておいたファイルが失われるという問題を避けることができる。

フォーマッティングの際に書き込まれる DS の数は前述の通り高々 4 個であり、また、DS 間の距離は最大 4m であることから、メモリ上に保存されたデータをテープに書き込む量 X は次の式で求めることができる。

但し、L [m] は、DS の理想的な (つまり、書き直しなどが発生しなかった場合の) 長さ、C [byte] は DS 1 つあたりの容量とする。

X [byte] = (4 [m] - L[m]) * 4/ L [m] * C [byte]

また、IP に記録される最新のインデックス情報を保護するため、IPのインデックスの後ろに同じインデックスを２つ書いておく。

このように冗長性を増しておく設定によって、誤って意図せず再度LTFSフォーマットでフォーマッティングしてしまった場合でも、2番目、または、3番目のインデックスにアクセスすることにより、最新のインデックスを参照することができる。

図８は、本発明の手順を示す第２のフローチャートである。

図９は、本発明の手順を示す第３のフローチャートである。

DPに新たに追記書き込みがされた追記データをメモリに記憶しておいてから、テープメディアをフォーマッティングする。

IPにおいて、フォーマッティングによって更新されたメタデータよりも後に、DPに新たに追記書き込みした追記データを、メモリから呼び出し、追記書き込みする。

IPのインデックスの後ろに書き込むデータは、フォーマッティングによって上書きされる可能性のある最大の長さに含まれるデータである。

フォーマッティングによって書き込まれる最大の長さをX［m］、隣接するDS間の最小距離（より厳密には、あるDSの末尾から隣接するDSの末尾までの距離）をd［m］、１つのDSに含まれる最大block数をK［block］とすると、退避させなければいけないblock数 M は次の式で求めることができる。

M［block］＝K［block］×［X［m］／d［m］］

つまり M［block］退避させればフォーマッティングによってデータが消えてしまうことがないことを保障することができる。

IPのインデックスの後ろに書き込んだデータは、ファイルをテープメディアに書き込む際のIP上のインデックス更新時に上書きすることによって、本発明によるIPの容量への影響を回避することができる。

LTFS の初期化にかかる時間は約60秒であり、退避データの書き込みは約2秒であった。

よって、初期化時の退避データ書き込みの占める割合は3％程度であり、処理時間の影響は小さい。

また、M［block］内であってもデータの復旧に必要のない過去のインデックスや消去されたデータを退避データから除くことによって、処理時間を短くすることも可能である。

本発明は、LTFS フォーマットでフォーマッティングする場合に限らず、テープメディアの先頭でEraseコマンドを実行するような場合においても有用であり、応用することができる。

本発明は、方法として具現化できるだけでなく、方法を実施するプログラム、方法的に実行されるシステム、方法的な実行が記録されたテープメディアとしても、その構成に特徴がある。

Claims (12)

1. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアについて、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーする方法であって、
   前記DPに追記データを新たに追記書き込みするステップと、
   前記DPに新たに追記書き込みがされたデータに関してのメタデータを、前記IPに更新して書き込むステップと、
   前記IPにおいて、前記更新されたメタデータよりも後に、その更新されたメタデータと同じものを追記データとして繰り返して追記書き込みするステップと、
   前記テープメディアをフォーマッティングするステップであって、前記更新されたメタデータが上書きされる、前記フォーマッティングするステップと、
   前記繰り返して追記書き込みがされたメタデータを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーするステップと、を有する、
   前記方法。
2. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアについて、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーする方法であって、
   前記DPに追記データを新たに追記書き込みするステップと、
   前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをメモリに記憶するステップと、
   前記テープメディアをフォーマッティングするステップと、
   前記IPにおいて、前記フォーマッティングによって更新されたメタデータよりも後に、前記DPに新たに追記書き込みした追記データを、前記メモリから呼び出し、追記書き込みするステップと、
   前記IPにおいて追記書き込みされた前記追記データを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーするステップと、を有する、
   前記方法。
3. 前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーするステップが、ERP(Error Recovery Procedures) によって実行される、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記IPにおいて、前記更新されたメタデータよりも後に、その更新されたメタデータと同じものを追記データとして繰り返して追記書き込みするステップが、
   ２回以上実行される、
   請求項１または２に記載の方法。
5. 前記IPが、前記DPに新たに書き込まれたデータのファイル名およびファイル作成日についてのデータを含む、
   請求項１または２に記載の方法。
6. 前記DPが、ファイルの本体および前記IPのインデックスの履歴についてのデータを含む、
   請求項１または２に記載の方法。
7. 請求項１〜６に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させる、
   プログラム。
8. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアについて、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーするシステムであって、
   前記DPに追記データを新たに追記書き込み、
   前記DPに新たに追記書き込みがされたデータに関してのメタデータを、前記IPに更新して書き込み、
   前記IPにおいて、前記更新されたメタデータよりも後に、その更新されたメタデータと同じものを追記データとして繰り返して追記書き込み、
   前記更新されたメタデータが上書きされるように、前記テープメディアをフォーマッティングし、
   前記繰り返して追記書き込みがされたメタデータを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーする、
   前記システム。
9. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアについて、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーするシステムであって、
   前記DPに追記データを新たに追記書き込み、
   前記DPに新たに追記書き込みがされたデータに関してのメタデータを、前記IPに更新して書き込み、
   前記IPにおいて、前記更新されたメタデータよりも後に、その更新されたメタデータと同じものを追記データとして繰り返して追記書き込み、
   前記更新されたメタデータが上書きされるように、フォーマッティングし、
   前記繰り返して追記書き込みがされたメタデータを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーする、
   前記システム。
10. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアについて、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを更新しながら記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーするシステムであって、
    前記DPに追記データを新たに追記書き込み、
    前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをメモリに記憶し、
    前記テープメディアをフォーマッティングし、
    前記IPにおいて、更新された最新のメタデータよりも後に、前記DPに新たに追記書き込みした追記データを、前記メモリから呼び出し、追記書き込み、
    前記IPにおいて追記書き込みされた前記追記データを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーする、
    前記システム。
11. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアであって、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーできるように設定されていて、
    前記DPに追記データが新たに追記書き込みされていて、
    前記DPに新たに追記書き込みがされたデータに関してのメタデータが、前記IPに更新して書き込みされていて、
    前記IPにおいて、前記更新されたメタデータよりも後に、その更新されたメタデータと同じものを追記データとして繰り返して追記書き込みされていることで、
    前記更新されたメタデータが上書きされるように、フォーマッティングされた場合であっても、
    前記繰り返して追記書き込みがされたメタデータを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーできるように設定されている、
    前記テープメディア。
12. インデックス区分（IP）とデータ区分（DP）とに分割することによってデータを記憶するフォーマットを利用するテープメディアであって、前記IPは前記フォーマットに従って前記DPに追記書き込みがされていく追記データに関しての最新のメタデータを更新しながら記録するものであって、フォーマッティングする前に書き込まれていたデータをリカバリーできるように設定されていて、
    前記DPに追記データが新たに追記書き込みされていて、
    前記テープメディアが再フォーマッティングされていて、
    前記IPにおいて、更新された最新のメタデータよりも後に、前記DPに新たに追記書き込みした追記データが、追記書き込みされていて、
    前記IPにおいて追記書き込みされた前記追記データを参照して、前記DPに新たに追記書き込みがされた追記データをリカバリーできるように設定されている、
    前記テープメディア。

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