外接储存装置及外接储存装置的数据存储方法.pdf

本发明公开一种外接储存装置及外接储存装置的数据存储方法，提供具有至少一机械式硬盘与至少一非易失性存储器的外接储存装置，将机械式硬盘与非易失性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为储存媒体，外接储存装置量测环境温度以及依据时间持续量测与记录产生震动与否，外接储存装置即可依据对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储存至机械式硬盘或非易失性存储器，藉此可以达成提供在移动环境下避免不断震动以及运作温度不稳定时使用机械式硬盘进行数据存储的技术功效。

权利要求书
1.  一种外接储存装置，其特征在于，包含：
至少一机械式硬盘；
至少一非易失性存储器；
一量测模块，用以通过温度感测器量测一环境温度，以及依据三轴重力 感测器所量测的速度和位移大于或等于预设值时，则记录产生震动，并依据 时间持续记录产生震动与否；
一请求模块，用以自一外部操作系统接收一数据储存请求；
一判断模块，用以当所述请求模块接收到所述数据储存请求时，判断所 述环境温度是否大于或等于一预设温度，以及于一预设时间内判断震动的总 次数是否大于0；及
一整合与储存模块，用以将所述至少一机械式硬盘与所述至少一非易失 性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为单一储存媒体，并依据所述判断模块 对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储存至所述至少一机械式 硬盘或所述至少一非易失性存储器。

2.  如权利要求1所述的外接储存装置，其特征在于，所述整合与储存 模块通过系统底层驱动逻辑整合是以Linux内核中所提供的磁盘映射以将所 述机械式硬盘与所述非易失性存储器逻辑整合为所述单一储存媒体。

3.  如权利要求1所述的外接储存装置，其特征在于，所述整合与储存 模块依据所述判断模块对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储 存至所述至少一机械式硬盘或所述至少一非易失性存储器是进行下列处理：
当所述判断模块判断出所述环境温度大于或等于所述预设温度时，则将 数据暂存于所述非易失性存储器为一暂存数据；
当所述判断模块判断出于所述预设时间内震动的总次数大于0时，则将 数据暂存于所述非易失性存储器为所述暂存数据；及
当所述判断模块判断出所述环境温度小于所述预设温度且判断出于所 述预设时间内震动的总次数等于0时，则同时将暂存于所述非易失性存储器 的所述暂存数据储存于所述机械式硬盘，以及同时将数据储存于所述机械式 硬盘。

4.  如权利要求1所述的外接储存装置，其特征在于，所述整合与储存 模块是通过混合式哈希算法将数据暂存于所述非易失性存储器为所述暂存 数据，以及将暂存于所述非易失性存储器的所述暂存数据储存于所述机械式 硬盘。

5.  如权利要求1所述的外接储存装置，其特征在于，所述整合与储存 模块更包含当所述外接储存装置执行开机流程或是关机流程时，将暂存于所 述非易失性存储器的所述暂存数据储存于所述机械式硬盘。

6.  一种外接储存装置的数据存储方法，其特征在于，包含下列步骤：
提供具有至少一机械式硬盘与至少一非易失性存储器的一外接储存装 置，所述外接储存装置将所述至少一机械式硬盘与所述至少一非易失性存储 器通过系统底层驱动逻辑整合为单一储存媒体；
所述外接储存装置通过温度感测器量测一环境温度，以及依据三轴重力 感测器所量测的速度和位移大于或等于预设值时，则记录产生震动，并依据 时间持续记录产生震动与否；
所述外接储存装置自一外部操作系统接收一数据储存请求；
所述外接储存装置当接收到所述数据储存请求时，判断所述环境温度是 否大于或等于一预设温度，以及于一预设时间内判断震动的总次数是否大于 0；及
所述外接储存装置依据对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方 式储存至所述至少一机械式硬盘或所述至少一非易失性存储器。

7.  如权利要求6所述的外接储存装置的数据存储方法，其特征在于， 将所述机械式硬盘与所述非易失性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为储 存媒体的步骤是以Linux内核中所提供的磁盘映射以将所述机械式硬盘与所 述非易失性存储器逻辑整合为储存媒体，以提供给外部操作系统将所述外接 储存装置视为单一储存媒体。

8.  如权利要求6所述的外接储存装置的数据存储方法，其特征在于， 所述外接储存装置依据对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储 存至所述至少一机械式硬盘或所述至少一非易失性存储器的步骤更包含下 列步骤：
所述外接储存装置判断出所述环境温度大于或等于所述预设温度时，则 将数据暂存于所述非易失性存储器为一暂存数据；
所述外接储存装置判断出于所述预设时间内震动的总次数大于0时，则 将数据暂存于所述非易失性存储器为所述暂存数据；及
所述外接储存装置判断出所述环境温度小于所述预设温度且判断出于 所述预设时间内震动的总次数等于0时，则同时将暂存于所述非易失性存储 器的所述暂存数据储存于所述机械式硬盘，以及同时将数据储存于所述机械 式硬盘。

9.  如权利要求6所述的外接储存装置的数据存储方法，其特征在于， 将暂存于所述非易失性存储器的所述暂存数据储存于所述机械式硬盘的步 骤是通过混合式哈希算法将数据暂存于所述非易失性存储器为所述暂存数 据，以及将暂存于所述非易失性存储器的所述暂存数据储存于所述机械式硬 盘。

10.  如权利要求6所述的外接储存装置的数据存储方法，其特征在于， 所述外接储存装置的数据存储方法更包含所述外接储存装置执行开机流程 或是关机流程时，将暂存于所述非易失性存储器的所述暂存数据储存于所述 机械式硬盘的步骤。

说明书外接储存装置及外接储存装置的数据存储方法
技术领域
本发明涉及一种外接储存装置及外接储存装置的数据存储方法，尤其是 指一种将机械式硬盘与非易失性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为储存 媒体以提供给外部操作系统将外接储存装置视为单一储存媒体的外接储存 装置及外接储存装置的数据存储方法。
背景技术
一般需要进行大容量储存的储存媒体一般是通过机械式硬盘（hard disk  drive，HDD）来进行数据的储存，但是机械式硬盘却有着对于震动以及运作 温度上的限制，当数据在读写过程中遇到震动时，轻则造成磁区的毁损以导 致数据遗失，重则造成读写头的损坏以导致机械式硬盘整个无法正常运作， 另外当机械式硬盘超出正常的工作温度范围时，亦会造成机械式硬盘读写过 程中数据遗失甚至于机械式硬盘中元件故障以导致机械式硬盘整个无法正 常运作。
有鉴于此，则提出了非易失性存储器藉以改善机械式硬盘受到震动以及 运作温度上的限制，但是非易失性存储器则是存在有储存容量的限制，亦即 单一非易失性存储器可储存的容量是固定的，当使用越多个非易失性存储器 则可以扩展可储存的容量，相对来说，以相同储存容量的机械式硬盘与非易 失性存储器来相比，非易失性存储器的花费即高出机械式硬盘不少，故非易 失性存储器不适用于大容量的数据储存。
然而在移动环境下，当需要进行大容量的数据储存时，则无法优先考虑 非易失性存储器，还是需要使用机械式硬盘，但如何在移动环境下不断震动 以及运作温度不稳定的情况，来使用机械式硬盘进行数据的存储则是需要克 服以及解决的问题。
综上所述，可知现有技术中长期以来一直存在着在移动环境下不断震动 以及运作温度不稳定的情况使用机械式硬盘进行数据存储的问题，因此有必 要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
有鉴于现有技术存在着在移动环境下不断震动以及运作温度不稳定的 情况使用机械式硬盘进行数据存储的问题，本发明遂揭露一种外接储存装置 及其数据存储方法，其中：
本发明所揭露的外接储存装置，其包含：至少一机械式硬盘、至少一非 易失性存储器、量测模块、请求模块、判断模块以及整合与储存模块。
量测模块是用以通过温度感测器量测环境温度，以及依据三轴重力感测 器所量测的速度和位移大于或等于预设值时，则记录产生震动，并依据时间 持续记录产生震动与否。
请求模块是用以自外部操作系统接收数据储存请求。
判断模块是用以当请求模块接收到数据储存请求时，判断环境温度是否 大于或等于预设温度，以及于预设时间内判断震动的总次数是否大于0。
整合与储存模块是用以将至少一机械式硬盘与至少一非易失性存储器 通过系统底层驱动逻辑整合为单一储存媒体，并依据判断模块对温度与震动 的判断结果，将数据以选择性的方式储存至至少一机械式硬盘与至少一非易 失性存储器。
本发明所揭露的外接储存装置的数据存储方法，其包含下列步骤：
首先，提供具有至少一机械式硬盘与至少一非易失性存储器的外接储存 装置，外接储存装置至少一将机械式硬盘与至少一非易失性存储器通过系统 底层驱动逻辑整合为单一储存媒体；接着，外接储存装置通过温度感测器量 测环境温度，以及依据三轴重力感测器所量测的速度和位移大于或等于预设 值时，则记录产生震动，并依据时间持续记录产生震动与否；接着，外接储 存装置自外部操作系统接收数据储存请求；接着，外接储存装置当接收到数 据储存请求时，判断环境温度是否大于或等于预设温度，以及于预设时间内 判断震动的总次数是否大于0；最后，外接储存装置依据对温度与震动的判 断结果，将数据以选择性的方式储存至至少一机械式硬盘或至少一非易失性 存储器。
本发明所揭露的装置与数据存储方法如上，与现有技术之间的差异在于 本发明提供具有至少一机械式硬盘与至少一非易失性存储器的外接储存装 置，将机械式硬盘与非易失性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为储存媒 体，外接储存装置量测环境温度以及依据时间持续量测与记录产生震动与 否，外接储存装置即可依据对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方 式储存至机械式硬盘或非易失性存储器。
通过上述的技术手段，本发明可以达成提供在移动环境下避免不断震动 以及运作温度不稳定时使用机械式硬盘进行数据存储的技术功效。
附图说明
图1绘示为本发明外接储存装置的装置模块方块示意图。
图2A以及图2B绘示为本发明外接储存装置的数据存储方法流程图。
图3绘示为本发明外接储存装置的储存媒体、机械式硬盘与非易失性存 储器映射架构示意图。
图4绘示为本发明所采用混合式哈希算法示意图。
【符号说明】
10  外接储存装置
11  机械式硬盘
111 第一机械式硬盘
112 第二机械式硬盘
12  非易失性存储器
121 第一非易失性存储器
122 第二非易失性存储器
13  量测模块
14  请求模块
15  判断模块
16  整合与储存模块
20  储存媒体
30  映射表
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明 如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解 并据以实施。
以下首先要说明本发明所揭露的外接储存装置，并请参考「图1」、「图 2A」以及「图2B」所示，「图1」绘示为本发明外接储存装置的装置模块方 块示意图；「图2A」以及「图2B」绘示为本发明外接储存装置的数据存储 方法流程图。
本发明所揭露的外接储存装置10，其包含：至少一机械式硬盘11、至 少一非易失性存储器12、量测模块13、请求模块14、判断模块15以及整合 与储存模块16。
机械式硬盘11即一般所称的硬盘（hard disk drive，HDD）是计算机上 使用坚硬的旋转碟片为基础的非挥发性储存装置，它在平整的磁性表面储存 和检索数字数据，信息通过离磁性表面很近的磁头，由电磁流来改变极性方 式被电磁流写到磁碟上，信息可以通过相反的方式读取，例如磁场导致线圈 中电力的改变或读头经过它的上方。硬盘的读写是采用随机存取的方式，因 此可以以任意顺序读取硬盘中的数据。
非易失性存储器12（non-volatile memory，NVRAM）是指当电源不再进 行供电时，所储存的数据不会消失者的计算机内存。非易失性存储器中，依 内存内的数据是否能在使用时随时被改写为标准，可分为二大类产品，即只 读内存（Read-Only Memory，ROM）和闪存（Flash Memory），本发明所述 的非易失性存储器12特别是指闪存，且闪存中的NAND Flash是最常见的非 易失性存储器，且NAND Flash即为固态硬盘（Solid-State Disk，SSD）主要 使用的闪存，亦即本发明所述的非易失性存储器12可以是固态硬盘，在此 仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。
整合与储存模块16是采用Linux内核（Linux kernel）中所提供的磁盘 映射（device mapper）以将至少一机械式硬盘11与至少一非易失性存储器 13逻辑整合为单一储存媒体（步骤101），藉以将外部操作系统与外接储存 装置10进行连接时，外部操作系统即可将外接储存装置10视为单一储存媒 体，亦即外部操作系统会认为外接储存装置10仅为一个储存媒体，但事实 上外接储存装置10中包含至少一机械式硬盘11以及至少一非易失性存储器 12的多个储存媒体。
接着，请同时参考「图1」、「图2A」、「图2B」以及「图3」所示， 「图3」绘示为本发明外接储存装置的储存媒体、机械式硬盘与非易失性存 储器映射架构示意图。
假设外接储存装置10包含第一机械式硬盘111、第二机械式硬盘112、 第一非易失性存储器121以及第二非易失性存储器122，先在Linux内核中 建立与注册储存媒体20（即为Linux内核中磁盘映射所定义的映射装置 （mapping device））。
接着，假设于储存媒体20的第1磁区至第N磁区与第一机械式硬盘111 的磁区相互映射，假设于储存媒体20的第N+1磁区至第2N磁区与第二机 械式硬盘112的磁区相互映射，假设于储存媒体20的第2N+1磁区至第3N 磁区与第一非易失性存储器121的记忆区块相互映射，以及假设于储存媒体 20的第3N+1磁区至第4N磁区与第二非易失性存储器122的记忆区块相互 映射，即可建立储存媒体20与第一机械式硬盘111、第二机械式硬盘112、 第一非易失性存储器121以及第二非易失性存储器122之间的映射表30 （mapping table）。
上述的第一机械式硬盘111、第二机械式硬盘112、第一非易失性存储 器121以及第二非易失性存储器122即为Linux内核中磁盘映射所定义的目 标磁盘（target device）。
亦即当外部操作系统要将数据储存于储存媒体20的第1磁区时，即相 对应会将数据实际储存于第一机械式硬盘111中，而当外部操作系统要将数 据储存于储存媒体20的第3N+5磁区时，即相对应会将数据实际储存于第二 非易失性存储器122中。
并且值得注意的是，由于是采用Linux内核特性来实作，故可独立运作 在RISC或是X86硬件架构且不须相依在任何文件系统上。
请再次参考「图1」、「图2A」以及「图2B」所示，量测模块13是通 过温度感测器以量测环境温度，并且量测模块13是依据三轴重力感测器所 量测的速度和位移大于或等于预设值时，则记录产生震动，并依据时间持续 记录产生震动与否（步骤102）。
举例来说，假设温度感测器所量测的温度为“50度”，量测模块13所量 测到的环境温度即为“50度”；假设外在环境处于持续震动的情况下，此时三 轴重力感测器所量测的速度和位移会持续大于或等于预设值，即量测模块13 可每1秒记录产生震动；以及假设外在环境仅产生一次性的震动，此时三轴 重力感测器所量测的速度和位移仅会于特定时间大于或等于预设值，即量测 模块13可于特定时间记录产生震动。
接着，在请求模块14自外部操作系统接收数据储存请求（步骤103）时， 判断模块15即进行环境温度是否大于或等于预设温度的判断，以及于预设 时间内震动的总次数是否大于0的判断（步骤104）。
整合与储存模块16即可依据判断模块15对温度与震动的判断结果，将 数据以选择性的方式储存至至少一机械式硬盘11或至少一非易失性存储器 12（步骤105），整合与储存模块16即依据判断模块15对温度与震动的判 断结果，将数据储存于储存媒体的特定磁区，以映射于至少一机械式硬盘11 或至少一非易失性存储器12，即可将数据选择储存至至少一机械式硬盘11 或至少一非易失性存储器12。
而整合与储存模块16依据判断模块15对温度与震动的判断结果，将数 据以选择性的方式储存至至少一机械式硬盘11或至少一非易失性存储器12 是进行下列处理：
当判断模块15判断出环境温度大于或等于预设温度时，整合与储存模 块16则将数据暂存于非易失性存储器12为暂存数据（步骤106）。
举例来说，假设量测模块13所量测到的环境温度为“70度”以及假设预 设温度为“60度”，此时请求模块14自外部操作系统接收数据储存请求时， 判断模块15即可判断出环境温度为“70度”大于预设温度为“60度”，而整合 与储存模块16则将数据储存于储存媒体与非易失性存储器12映射的磁区， 藉以将数据暂存于非易失性存储器12为暂存数据。
当判断模块15判断出于预设时间内震动的总次数大于0时，整合与储 存模块16则将数据暂存于非易失性存储器12为暂存数据（步骤107）。
举例来说，假设量测模块13持续30秒皆量测且记录产生震动以及假设 预设时间为“10秒”，此时请求模块14自外部操作系统接收数据储存请求时， 判断模块15即可判断出预设时间为“10秒”内震动的总次数为“10”大于0，而 整合与储存模块16则将数据储存于储存媒体与非易失性存储器12映射的磁 区，藉以将数据暂存于非易失性存储器12为暂存数据。
当判断模块判15断出环境温度小于预设温度且判断出于预设时间内震 动的总次数等于0时，整合与储存模块16则将暂存数据储存于储存媒体与 机械式硬盘11映射的磁区，以及将数据储存于储存媒体与机械式硬盘11映 射的磁区，藉以将暂存数据以及数据储存于机械式硬盘11，即可同时将暂存 于非易失性存储器12的暂存数据储存于机械式硬盘11以及将储存数据储存 于机械式硬盘11（步骤108）。
举例来说，假设量测模块13所量测到的环境温度为“50度”以及假设预 设温度为“60度”，假设量测模块13皆无量测且记录产生震动以及假设预设 时间为“10秒”，此时请求模块14自外部操作系统接收数据储存请求时，判 断模块15即可判断出环境温度为“50度”小于预设温度为“60度”且预设时间 为“10秒”内震动的总次数为“0”等于0，而整合与储存模块16则将暂存数据 储存于储存媒体与机械式硬盘11映射的磁区，以及将数据储存于储存媒体 与机械式硬盘11映射的磁区，藉以将暂存数据以及数据储存于机械式硬盘 11，即可同时将暂存于非易失性存储器12的暂存数据储存于机械式硬盘11 以及将储存数据储存于机械式硬盘11。
并且通过上述整合与储存模块16以Linux内核中的磁盘映射将至少一机 械式硬盘11与至少一非易失性存储器13逻辑整合为单一储存媒体的底层驱 动（driver）设计与实作，以及藉由整合与储存模块16依据判断模块15对温 度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储存至至少一机械式硬盘11 或至少一非易失性存储器12，可让使用者以及操作系统不需要进行任何额外 的处理，即可具有数据保护的效果。
除此之外，当外接储存装置10执行开机流程或是关机流程时，整合与 储存模块16即会将暂存于非易失性存储器12的暂存数据储存于机械式硬盘 11（步骤109）。
值得注意的是，整合与储存模块16是通过混合式哈希算法将数据暂存 于非易失性存储器12为暂存数据，以及将暂存于非易失性存储器12的暂存 数据储存于机械式硬盘11，请参考「图4」所示，「图4」绘示为本发明所 采用混合式哈希算法示意图。
即在非易失性存储器12上使用二维哈希函数，将非易失性存储器12分 成X个储列（Set），每个储列含有Y个区块（block），每个区块大小为ZKB， 上述的X、Y以及Z为正整数，举例来说，假设非易失性存储器12的大小 为1GB，每一个储列含有Y个区块，且每一个区块的大小为4KB，则每一 个储列的的容量即为Y×4KB，非易失性存储器12则被分为1GB/Y×4KB个 储列，在此仅为举例说明之，并不以此局限本发明的应用范畴。
所有输出入请求（IO request）经过二维哈希函数后，进入对应的储列并 以线性探查（linear probing）方式来找寻空的区块存放。若此Set中的区块皆 已满，则以线性探查方式往下个Set找寻空的区块存放，举例来说，先在第 一个储列的第1个区块至第Y个区块开始找寻空的区块，假设第一个储列的 第1个区块至第Y个区块皆不为空的区块时，再由第二个储列的第1个区块 至第Y个区块开始找寻空的区块，假设第二个储列的第1个区块至第Y个 区块皆不为空的区块时，再由第三个储列的第1个区块至第Y个区块开始找 寻空的区块，依此类推直到找寻到空的区块为止，在此仅为举例说明之，并 不以此局限本发明的应用范畴。
藉此即可让磁区（sector）相近输出入请求集中在相近的Set中，以将数 据暂存于非易失性存储器12为暂存数据，以及将暂存于非易失性存储器12 的暂存数据储存于机械式硬盘11即可不需大幅移动机械式硬盘11的磁头即 进行暂存数据的读写，藉此可加速非易失性存储器12将暂存数据储存于机 械式硬盘11的速度，即增加输出入请求的存取效能，并有效利用非易失性 存储器12的空间容量。
综上所述，可知本发明与现有技术之间的差异在于本发明提供具有至少 一机械式硬盘与至少一非易失性存储器的外接储存装置，将机械式硬盘与非 易失性存储器通过系统底层驱动逻辑整合为储存媒体，外接储存装置量测环 境温度以及依据时间持续量测与记录产生震动与否，外接储存装置即可依据 对温度与震动的判断结果，将数据以选择性的方式储存至机械式硬盘或非易 失性存储器。
藉由此一技术手段可以来解决现有技术所存在着在移动环境下不断震 动以及运作温度不稳定的情况使用机械式硬盘进行数据存储的问题，进而达 成提供在移动环境下避免不断震动以及运作温度不稳定时使用机械式硬盘 进行数据存储的技术功效。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，惟所述的内容并非用以直接限定本 发明的专利保护范围。任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本 发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作些许的 更动。本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定者为准。