CN100375089C - 主系统和备份系统之间数据的恢复 - Google Patents

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Abstract

在主大容量存储器(112)丢失的数据块被恢复的同时，允许主计算机系统(110)在数据完全恢复之前访问丢失的数据块。数据的恢复沿两种渠道进行。在第一种渠道(104)中，通过从备份大容量存储设备(122)获得所要求的数据块，处理主计算机系统(110)发出的读请求。然后，获取的数据块被写入主大容量存储器(112)，从而，恢复主大容量存储器(112)中的该数据块。在第二种恢复渠道(128，138)中，生成备份大容量存储器(122)中所选择数据集(124)的快照拷贝(130)，并将其传递到主系统(110)。如果主大容量存储器(112)中相应的数据块有一个最新数据块，数据块就不会从快照拷贝(130)写入主大容量存储器(112)。反之，数据块从快照拷贝(130)被复制到主大容量存储器。

Description

主系统和备份系统之间数据的恢复
发明领域
本发明涉及到计算机数据的恢复，更具体地涉及这样一种系统和方法：即利用辅助大容量存储系统恢复主大容量存储系统中的数据，同时在从数据丢失起至数据恢复到主大容量存储系统的时间里，优化用户对数据的访问。
背景技术
全世界的商业机构都公认存储在其计算机系统中的数据的商业价值，并且都在不断地寻求可靠而又行之有效的途径保护他们这些珍贵的数据。一种常用的保护数据的技术是在远程服务器上制作数据的备份，这样，如果在任何情况下，例如，火灾、洪水、地震、爆炸或任何其他的灾难，原始数据受损或被破坏时，数据都可以被找回。但是，这种技术的作用，至少一定程度上依赖于远程服务器与主服务器必须分开一个足够的距离，这样，那些造成原始数据破坏的事件就不会使备份数据也受到破坏。
把远程服务器与主服务器分开的后果之一是两个服务器之间所提供的数据通讯速度明显低于当两服务器距离很近时的速度。因而，计算机系统数据的丢失就必须花费大量的资源和时间以使这些丢失的数据恢复到计算机系统。
随着公司越来越依赖于计算机和计算机化的数据，因数据被恢复时不能使用计算机系统，使得与数据恢复相关的成本越来越大。由于一些公司已经相当依赖计算机化的数据，所以，为系统更新或数据恢复而关闭计算机系统的技术相当昂贵。这一点特别体现在当更新数据要求计算机系统被关闭、而备份磁盘被运送到本地站点、并且直到在本地和远程站点同时存在数据的镜像拷贝的情况下。
由于现今巨大的数据存储量，即使数据通过高带宽的通讯线路传递，本地和远程站点之间的距离造成的缓慢的数据传输速度也使重新建立镜像的时间延长到从几小时到几天或者更长。更复杂之处在于，在重新建立镜像的过程中，数据以物理块为基础而不是以逻辑文件为基础被复制。所以，如果重新建立镜像的过程没有100％地完成，数据根本就毫无价值。因此，在重新建立镜像的过程中，只存在单一的数据拷贝，在此期间数据极易永久丢失或破坏。
发明内容
上述关于现有技术的问题被本发明成功地解决。本发明提出了这样的方法和系统，用于把丢失的数据块恢复到主计算机系统，同时，即使在执行数据恢复前也允许主计算机系统继续运行，并且同时只要至少涉及到一个被选择的数据集，就恢复主大容量存储器以镜像备份大容量存储器。
在本发明中，存在一个计算机系统，其中数据块被存储在位于一个主要位置的主大容量存储设备中，数据块的备份拷贝被存储在位于一个次要位置的备份大容量存储设备中。主大容量存储设备与主计算机相连。备份大容量存储设备与备份系统相连。
数据的恢复沿两种渠道进行。在第一种渠道中，数据块在被主计算机系统使用的时候恢复。例如，当主计算机系统进行正常操作时，主计算机系统有时会对给定的数据块发出“读”请求。但是，主大容量存储器的相应数据块丢失。与之代替，所请求的数据块从备份大容量存储器获取。获取的数据块写入主大容量存储器并被主计算机系统的应用程序进行处理。另外，当主计算机系统进行正常操作时，主计算机系统有时会对给定的数据块发出“写”请求。数据块被同时写入主大容量存储设备和备份大容量存储设备。
注意：即使在主大容量存储中仍存在丢失的数据块时，主计算机系统还继续把最新数据块写入主大容量存储器。这种写法可以视为数据恢复的一个渠道。由于每一个最新的数据块都被写入主大容量存储器。设置覆盖映射表中的相应入口用于指示主大容量存储中的哪些数据块是最新的。
在数据恢复的第二种渠道，拍下快照拷贝作为备份大容量存储器中一个被选择的数据集。这个被选择的数据集可以对应于要恢复的数据块，并且可以包括全部备份大容量存储器或者只包括它的一部分。然后，快照拷贝以电子的或物理的方式传回主计算机系统。对于快照拷贝中的每一个数据块，如果主大容量存储器中相应的数据块在覆盖映射表中未被标识为最新的，则数据块从快照存储器被复制到主大容量存储器。另一方面，如果主大容量存储器中相应的数据块在覆盖映射表中被标识为最新的，则数据块不会从快照存储器复制到主大容量存储器，以防止旧数据块代替新数据块。
这种机制至少只要当涉及到被选择的数据集时，就在主大容量存储和备份大容量存储之间维持镜像。另外，第一种恢复渠道允许主计算机系统继续读写数据块并因此保持继续运行。
本发明的其他优点将在下面的描述中进行阐释，一部分通过描述就显而易见，也可以通过本发明的实施来获得。本发明的优点将通过所附权利要求中特别指出的装置与组合认识和掌握。本发明的这些特征以及其它的特点根据后面的描述以及所附权利要求就显而易见，或者也可以通过如下文中所阐释的本发明的实施来获得。
附图简述
为了描述获得本发明上述及其他优点和特征的方法，参照特定的实施例对本发明进行更详细的说明，附图显示了这些实施例。应该理解这些附图描述的仅仅是本发明典型的实施例，并不能据此限制本发明所覆盖的范围，下面利用附图对本发明进行详细说明。在图中：
图1是一个具有代表性的结构的框图，本发明的方法和系统的可以在该结构中运行；
图2是一个流程图，阐释了当数据丢失并且主大容量存储设备能用于数据存储时所采用的恢复步骤；
图3A和3B阐释了本发明所述方法的一个例子。
优选实施例详述
本发明旨在这样的方法和系统，其在允许用户访问被恢复的数据块的同时，恢复数据块到主大容量存储设备。这样，本发明允许计算机操作即使在数据块从主大容量存储系统丢失时仍继续进行。这种优化通过利用两种恢复渠道来实现。
在第一种渠道中，在正常运行期间，主计算机系统生成对主大容量存储设备中的数据块的“读”请求。备份大容量存储设备通过例如拨号连接这样的一个传输链路，返回所请求的数据块，而不是主大容量存储设备返回所要求的数据块。数据块被返回主系统由主系统进行处理，并且被写入主大容量存储设备。这样，所请求的数据块就被恢复到主大容量存储设备。如果，在正常运行期间，主系统生成对一个数据块的“写”请求，则该数据块被同时写入主大容量存储设备和备份大容量存储设备。在此恢复期间，只要主系统把一个数据块写入主大容量存储设备，主系统就在覆盖映射表中设置一个入口用于指示该数据块是最新的。
在数据恢复的第二种渠道中，备份计算机系统采用备份大容量存储设备的一个相应于被选择的要恢复的数据集的静态快照。该快照被存储到一个物理存储介质上，再被传送回主系统。然后，该静态快照通过覆盖映射表被写回主大容量存储设备。如果覆盖映射表指示主大容量存储设备中的一个数据块是最新的，则相应的数据块不会从静态快照复制到主大容量存储设备。否则，只要至少涉及到被选择的数据集，数据块就从静态快照被复制到主大容量存储设备，因而恢复主大容量存储设备以镜像备份大容量存储设备。
通过利用图表，描述本发明，阐释某些实施例的结构或过程以实现本发明的系统和方法。在此方法中，利用图表解释本发明不应被认为限制了本发明的范围。本发明能够适用于通用或专用计算机。所有这些计算机系统都应被包括在本发明所覆盖的范围之内。
在本发明所覆盖范围之内的实施例也包括含有已编码的可执行计算机指令或数据结构的计算机可读介质。这种计算机可读介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何介质。例如，这种计算机可读介质可以包括物理存储介质，比如RAM，ROM，EEPROM，CD-ROM，或其他光盘存储器，磁盘存储器，光-磁存储设备或磁存储设备，或者能够用于存储可执行计算机指令和数据结构并能够被通用或专用计算机访问的任何介质。当计算机系统从一个通讯链路(无线、有线、或有线和无线结合)读取数据，该通讯链路也可视作计算机可读介质。上述各介质的结合也应包括在计算机可读介质的范围内。另外，在解码和执行计算机可读指令的过程中，存储可执行计算机指令或数据结构的CPU寄存器或其他处理单元也包括在计算机可读介质的范围内。可执行计算机指令包括，例如，使通用或专用计算机执行某种功能或一组功能的可执行指令和数据。
术语“数据块”用于描述写入或从某种存储装置读取的一块数据。术语“数据块”应作广义的解释，应该包括任何尺寸或格式的数据。例如，存储在磁盘某单独扇区上的数据可以认为是数据块。存储在一组或一群扇区上的数据也可以认为是数据块。如果大容量存储装置是一个RAM或其他字或字节寻址存储设备，则术语“数据块”可以应用于一个字节，一个字或多字单元的数据。
图1阐释了本发明一个实施例的系统级框图。标号100所指的系统包括：一个主系统110，一个备份系统120，以及一个备份传输装置，例如图1所示的用于在主系统110和备份系统120之间传递数据的备份传输链路104。或者系统可以选择包括不止一个主系统和/或不止一个备份系统。
在必须防止数据由于自然灾害或各种蓄意的恐怖事件而丢失的场合，主计算机系统110和备份计算机系统120被放置在地理位置分开的场所。另外情况下，则要求主计算机系统110和备份计算机系统120放置在彼此距离较近的地方。尽管本发明对于任一类型的网络配置都很有用，但在很多如下的情况下特别有用，即，当主计算机系统110和备份计算机系统120地理分隔达到一定程度，使得按传统方式，通过简单的从备份计算机系统到主计算机系统的数据传递来恢复丢失数据的过程需要花费相当长的时间。
主系统110可以是任何类型的联网或未联网的计算机系统。例如，主系统110可以是与诸如计算机网络102的计算机网络相连的网络服务器计算机。主系统110也可以是未联网的单机系统。主系统110还可以是与主服务器相连的计算机网络的备份或备用服务器。本发明可以用于任何类型的计算机系统。在此意义上，术语“主”并不意味着定义或描述一个计算机系统为一个主网络服务器(与备份或备用网络服务器相对应)。相反，在本说明书以及权利要求中，术语“主”的含义是指：系统具有大容量存储装置用于存储要备份的数据的拷贝。换言之，术语“主”用于把主系统110从备份系统120区分开来。
主系统110具有大容量存储装置，描述为主大容量存储器112，用于在多个存储位置存储多个数据块。存储位置通过唯一的地址或索引确定其地址，这样，特定的数据块就可以写入该存储位置或从该处获取。主大容量存储器112是可以存储要备份数据的拷贝的任何设备。例如，这样的大容量存储装置可包含一个或多个磁盘或光-磁盘驱动器。因此，本发明的大容量存储装置不能被认为仅仅局限于磁盘驱动器，而且应包括光盘，磁带驱动器，或能够处理特定计算机系统读写请求的任何介质。
正如下文所详细描述的，本发明所覆盖范围内的实施例可包括一个覆盖映射表装置，其作用是：跟踪主大容量存储设备112中刚刚写入主大容量存储设备的新数据块的存储位置。在图1中，这种覆盖映射表装置图示为覆盖映射表114。在优选实施例中，触发覆盖映射表114跟踪新数据块存储位置的瞬间至少发生在数据块在主大容量存储设备中丢失之后，最迟发生在备份大容量存储设备中拍快照的时候。因而，在静态快照经过覆盖映射表过滤，并被复制到主大容量存储设备之后，只要涉及到静态快照中所选择的数据块，主大容量存储设备就回到与备份大容量存储设备同步的状态。
由于主系统110可以是任何类型的通用或专用计算机，主系统110也可以包括组成通用或专用计算机的任何其他的硬件。例如，主系统110也可以包括执行编码功能的处理器装置。该处理器装置可以是微处理器或其他CPU设备。该处理器装置也可以包括各种特殊用途的处理器，如数字信号处理器等。主系统110也可以包括其他传统的计算机元件，如：向用户显示输出量的显示装置，用于向主系统110输入数据的输入装置，用于输出硬拷贝打印输出的输出装置，以及存储装置，如RAM，ROM，EEPROM等。
图1中的备份系统120包括备份存储装置，描述为备份存储器122，用于存储从主系统110接收到的数据块。备份存储装置包括能够存储从主系统接收到的数据块的任何类型的存储设备。
为了在主系统110和备份系统120之间传输数据，采用备份传输方法。备份传输链路104是备份传输方法的一个例子，用于在主系统110和备份系统120之间传输数据。备份传输链路104可以包括使数据在主系统110和备份系统120之间通讯所必须的任何硬件和/或软件的连接。例如，备份传输链路104可以是局域网(LAN)，广域网(WAN)，使用标准电话线或高速通讯线路的拨号连接，因特网，或允许数据在主系统110和备份系统120之间传递的任何其他的设备。
主大容量存储器112中数据块的备份拷贝在备份大容量存储器122上生成。备份拷贝的创建可以通过多种方式。一种方式包括在指定的时间周期内，把所有数据块从主大容量存储设备复制到备份大容量存储设备。复制过程发生的频率取决于所备份数据的类型以及数据失去时效的频率。例如，如果数据很快就失去时效，该周期就会频繁发生。
另一种方式包括一个基于捕捉和保存数据时序的过程。很多系统采用了磁盘镜像或双工，其中，主大容量存储系统发生的变化被发送给备份或次级大容量存储系统。换言之，当一个数据块被写入主大容量存储系统时，同样的数据块被写入备份大容量存储系统。通过把每一个写操作复制到第二存储系统，两个大容量存储系统保持镜像，这样，它们在同一时刻实际上是一致的。
参照图1，一个写命令同时被发送到主大容量存储器112和备份存储器122。如果一个大容量存储设备出错，数据在另一存储设备仍然可用。大容量存储器112和备份大容量存储器122分别与大容量存储控制器相连接。因此，如果大容量存储控制器之一或存储装置之一出错，通过其他的大容量存储控制器和存储装置，数据仍然可用。此概念可以扩展为包括整个系统，其中，次级网络服务器备份主服务器，这样，如果主网络服务器出错，次级网络服务器能够接管任务继续运行，下文将对此进行解释。
图1的其他内容图解了恢复主大容量存储器112中丢失的数据块的流程，并将参照图2进行解释。发明方法以条件判断202开始，判断在主大容量存储设备112中是否已经丢失数据块。该判断过程的执行可以由主计算机系统，备份计算机系统，和/或其他设备完成。
当经过条件判断202，确定主大容量存储器112中的数据块已丢失之后，数据通过两种恢复渠道恢复。其中，一条恢复渠道以步骤204开始，在此步骤中，主计算机系统把最新数据块写入主大容量存储设备。主计算机系统可以若干方式访问最新数据块。
例如，在计算机正常运行过程中，主计算机系统的应用程序或操作系统对与主大容量存储中丢失的数据块相应的一个数据块发出“读”请求。“读”请求通过传输链路104路由到备份计算机系统，从而使所请求的数据块从备份大容量存储器122获取，而不是由主大容量存储器返回所要求的数据块。然后，获取的数据块被写入主大容量存储。
另外，在计算机正常运行过程中，主计算机系统的应用程序或操作系统会对一个数据块发出“写”请求以覆盖主大容量存储中丢失的数据块。新数据块被写入主大容量存储并通过传输链路104的传递写入备份大容量存储。
在这两种情形下，主计算机系统正常运行。主要差别在于主计算机系统从备份大容量存储设备而不是主大容量存储设备读取数据块。从主计算机系统用户的角度来讲，主计算机系统运行正常。唯一的性能差异可能是通过传输链路而不是本地连接访问数据块带来的延迟。尽管如此，即使数据已经从主计算机系统的主大容量存储中丢失，主计算机系统仍继续运行。
在数据恢复的第二种渠道(步骤208和210)，主计算机系统在覆盖映射表114中标记任何在主大容量存储中的最新数据块的位置(步骤206)。因此，在数据块丢失后，任何写入主大容量存储设备的新数据块的位置都在覆盖映射表中被标记，不管新数据块是从备份大容量存储设备读入的还是当主计算机系统执行写请求时所产生的。
尽管第一种恢复渠道允许主计算机系统继续访问丢失的数据块，但是访问时间很慢。因此，在某些地方，数据块应该通过本地连接恢复到主大容量存储，这样主计算机系统可以更迅速地访问数据块。数据恢复的第二种渠道就是为实现上述目的而设计的。
在数据恢复的第二种渠道，步骤208利用快照捕捉126机制，产生备份大容量存储器122中所选择数据集124的快照拷贝。所选择的数据集可以包括全部备份大容量存储或者只包括它的一部分。拍快照的方法在专利号为5,649,152的美国专利中进行了特别描述，该专利的标题是“Method and System for Providing a Static Snapshot of Data Stored on aMass Storage System”。当数据块处于逻辑一致状态时，快照拷贝提供了备份大容量存储器122中所有数据块的即时拷贝。然后，在步骤210中，快照拷贝被传递到主大容量存储器112的位置。快照拷贝的传递能够以多种方式发生。保存在任何类型的可写存储设备上的快照拷贝能够以电子的或物理的方式传递。在本发明的一个实施例中，允许把包含快照拷贝的物理传输介质128从备份系统120的位置移动到主系统110的位置。如上所述的两个位置，可以距离很近或者也可以在地理位置上彼此分开。
一旦静态快照拷贝130移动到主大容量存储器的物理位置，静态快照拷贝130就通过按照覆盖映射表返回主大容量存储的数据块来复制数据块。特别是，条件判断212涉及到覆盖映射表114，判断是否在主大容量存储器中每一个数据块已经是最新数据块。如果是最新数据块(条件判断212为“是”)，则数据块不会从静态快照拷贝130复制到主大容量存储器112。相反，条件判断仅估计下一个数据块。另一方面，如果在主大容量存储中数据块不是最新的(条件判断212为“否”)，则数据块从静态快照拷贝130复制到主大容量存储器(步骤214)并且估计下一个数据块。
条件判断212用于确认在备份大容量存储器获得所选择数据集的静态快照之后，主计算机系统继续运行。因此，在静态快照之后，主计算机系统已经把最新数据块写入主大容量存储器。如果静态快照只是被复制到主大容量存储设备，则这些最新数据块将被覆盖，导致旧数据块代替新数据块。因而，备份大容量存储器不再是与主大容量存储器一致的最新的。但是，条件判断212将避免用旧数据块代替新数据块。因此，在数据恢复之后，至少只要涉及到一个所选择的数据集，备份大容量存储器就和主大容量存储器保持镜像。
通过图2中的步骤202、204、206、208、210、212以及214所阐释的把丢失的数据恢复到主大容量存储器112的方法和过程，将在图3A和图3B中进行详细的描述。
首先，参见图3A，考虑存储在备份大容量存储器122中标号为1-6的存储位置的一组数据块330。图3A同时也显示主大容量存储器112中有一组相似的六个存储位置，360，但是，这六个存储位置未被标号，以表示数据块已经从主大容量存储器112中丢失。由于数据块1-6从主大容量存储器112丢失(条件判断202为“是”)，本方法继续执行两个渠道的数据恢复。
注意：备份系统包括快照映射表310以及备份映射表320，协助生成静态快照(步骤208)，如下所示。备份映射表320具有六个映射位322，与存储位置330相应，而快照映射表310具有六个映射位312，也与存储位置330相应。在T0时刻，映射位322和312被清空。主系统包括具有映射位372的覆盖映射表114。覆盖映射表370用于跟踪在主大容量存储器112中，哪个数据块360包含了最新数据。在T0时刻，映射位372被清空，表示数据块360已丢失而且不包含最新数据。
在T0时刻之后，主系统请求存储在数据块360的存储位置1的数据块。由于数据块360的存储位置1已丢失，主系统向备份系统发出读请求347，请求丢失的数据块。如图3A所示，主系统和备份系统通过传输链路104进行通讯。备份系统作出如下反应：产生与主系统中数据块360的存储位置1相应的数据块348，并把数据块348发送到主系统。如图2中的步骤204所示，从备份系统读来的数据被复制到主大容量存储器112，使数据块348被写入数据块360，生成数据块361。然后，覆盖映射表114被改变，指示数据块360的哪一位置包含了最新数据(步骤206)。映射位374的阴影位置1表示数据块361的位置1包含最新数据。
下一步，数据块340将被存储在主大容量存储器112的存储位置361。这样，最新数据块340被写入主大容量存储器112。为确保数据恢复后与备份系统同步，最新数据块340也被写入备份大容量存储器122。数据块340代表两个写请求，并且正如读请求347一样，这两个写请求代表的仅仅是：当主计算机系统110不管主大容量存储器112中的数据已经丢失而继续运行时，主计算机系统110可能产生的动作类型。所请求的数据块340写入主大容量存储器112的过程通过位置362来阐释，而数据块340写入备份大容量存储器122的过程则通过位置332来阐释。
数据块340存储的位置显示为已被修改。在主系统中，覆盖映射表114的映射位376为灰色，表示位置1，3和4已被修改并包含最新数据。在备份系统中，采用快照映射表实现此目的。快照映射表310的映射位314为灰色，表示数据块已被保存在存储位置3和4。注意：备份映射表320中的存储位置保持不变，如映射位322所示。
假设下一请求包括三个数据块342，该数据块要被存储在位置3，4和6。由于尚未拍快照，该请求采用与处理前面的写请求相同的方式，数据块342被写入备份大容量存储器122和主大容量存储器112。在新数据被存储到备份大容量存储器122之后，存储位置334指示存储在位置3的数据块已经变成3b，存储在位置4的数据块已经变成4b，而存储在位置6的数据块已经变成6a。同样，在新数据被存储到主大容量存储器112之后，存储位置364指示数据块3a已经变成3b，数据块4a已经变成4b，而数据块6a已被保存。如同处理前面的写请求一样，主系统更新映射位378，指示除了位置1，3，4之外，数据块364的位置6也包括最新数据。另外，备份系统更新映射位316，指示除了位置3，4之外，数据块334的位置6也已被改变。映射位322保持不变。
在我们所举的例子中，T1代表一个逻辑一致状态，并拍下备份大容量存储器122的一个快照。图2中的步骤208是获得快照的过程。现在，转到图3B，快照映射表310的映射位316被复制到备份映射表320的映射位324。这样，映射位324指示位置3，4，6中存储着新数据。
发出一个写请求，要求把数据块344存储到存储位置364和存储位置334。执行过程以和前述的写请求相似的方式继续进行，在该过程中，如存储位置366和存储位置336所示，数据块344被存储到主大容量存储器112和备份大容量存储器122。但是，与前述写请求不同的是，在T1时刻拍下了快照。因此，如存储位置336所示，在存储位置334中被数据块344所代替的数据块，被存储到快照存储器300。快照映射表310的映射位317指示从拍下快照的时刻T1开始，存储位置1和3已被改变，并且相应的数据块被存储到快照存储器300。自映射位378指示数据块366的位置1和3包含最新数据开始，覆盖映射表370未发生改变。
如图2中步骤208所表示的，创建备份大容量存储器122的一个所选择数据集的快照拷贝。在这种情况下，所选择数据集位于备份大容量存储器122的位置1-6。当在T1时刻拍下快照的瞬间，数据块存在时，通过把数据块复制到传输介质128，完成上述过程。数据块334代表拍下快照时，存储在备份大容量存储器122中的数据。但是，由于数据块344随后被写入备份大容量存储器122，数据块336代表备份大容量存储器122最新的状态。要求在T1时刻重建备份大容量存储器122是快照映射表310和快照存储器300的一个原因。
考虑快照映射表310的映射位317，显示数据块336的位置1和3从T1时刻开始就已经存储了新数据，而且必须访问快照存储器300以获取在T1时刻存储在备份大容量存储器122数据块。注意，如果数据块336的位置1和3被快照存储器300中相应的数据块代替，结果可能是数据块334，在T1时刻备份大容量存储器122的状态。
备份映射表320的映射位324指示在T0与T1时刻之间改变的数据块。把数据块334与数据块330对比，证明位置3，4和6已改变，如映射位324所示。映射位324对于产生特定的数据块是非常有用的，该特定的数据块在一个给定的时间周期改变，以使两个大容量存储设备保持同步。例如，如果备份大容量存储器122和另一个存储设备在T0时刻保持同步，那么，使两个设备在T1时刻重新同步就要求传递备份映射表320的映射位324所指示的数据块。关于备份映射表320和快照映射表310的运作更详细的内容，参考专利号为5,649,152的美国专利。相反，在要创建备份大容量存储器122的一个完整的快照拷贝的情况中，由于必须包括备份大容量存储器122所有的数据块，包括在T0时刻和T1时刻之间改变的和未改变的，所以不需要考虑映射位324。
传输介质128用于存储备份大容量存储器122中一个所选择数据集的快照拷贝。注意，数据块336，快照映射表位317以及快照存储器300都用于创建快照拷贝。如前所述，备份大容量存储器122的每一个数据块都在快照拷贝中出现。利用数据块336阐释快照拷贝是如何形成的，根据映射位317查看是否任何的数据块从T1时刻开始都已改变。映射位317的灰色位置1和3表示数据块336的位置1和3在T1时刻之后被改变。因为数据块336的位置1和3已被改变，相应的数据块从快照存储器300获取。位置2，4，5和6在T1时刻被存储在备份大容量存储器，因此从备份大容量存储器122的数据块336提供。
把存储在传输介质的快照拷贝的数据块352与备份大容量存储器122的数据块334对比，证明在T1时刻快照拷贝存在时，快照拷贝反映了备份大容量存储器122。然后，数据块346被写入主大容量存储器112和备份大容量存储器122二者。在主系统中，数据块367是存储数据块346的结果。从映射位378指示主大容量存储器112的位置1，4和6已包含最新数据起，覆盖映射表370不需要发生变化。
在备份系统中存储数据块346导致数据块336变成数据块338。在存储数据块346时，根据映射位317查看是否所有的数据块在T1时刻存在时，都已被存储在快照存储器300中。例如，映射位317的位置1指示相应的数据块(对于T1时刻)已被保存在快照存储器300中。因此，1b被保存在备份大容量存储器122中，而不把数据块336的数据块1a保存在快照存储器300中。相反，映射位317的位置4和6指示相应的数据块未被保存在快照存储器300中。因而，在把4c和4b写入数据块336之前，4b和6a(当在T1时刻拍下快照时，位置4和6处的数据块)被存储在存储器300中。如映射位318所阐释的，映射位317被更新，以显示位置4和6的数据块已被保存在存储器300中。然后，数据块4c和4b被写入数据块336，以生成数据块338。
执行过程继续进行到图2的步骤210，把快照拷贝传递到主大容量存储设备的位置。存储在大容量存储器350中的数据的传递能够以多种方式进行。例如，数据能够通过电缆，电话线，网络或光纤传输。在一个实施例中，静态快照拷贝被存储在传输介质128中，从备份系统120的位置物理地移动到主系统110的位置。传输该快照拷贝所需要的时间随着所采用的传输方式以及传输距离而变化。如前面所述，主系统110和备份系统120之间的距离从相距很近到在地理位置上彼此分开。
在任何事件中，条件判断212和图2的步骤246代表丢失的数据块恢复到主大容量存储器112的方式。参考图3A和图3B，T2代表快照拷贝已被传输到主系统110位置的时间。如图3B所描述的，存储在传输介质128中从T0时刻开始就未被更新的数据块能够被复制到主大容量存储器112，以恢复所有必须的数据块，此时这些数据块存在于备份大容量存储器122中。特别地，由于主大容量存储器112包含存储于其中的数据块1b，3c，4c和6b，如存储位置367所描述，数据完全恢复所必须的数据块，是来自存储在传输介质128中的快照拷贝的数据块2和5。
数据完全恢复所必须的数据块能以多种装置识别。例如，覆盖映射表114指示在T2时刻，在主大容量存储器112中已是最新的的数据块。在把大容量存储器350的数据块352写入主大容量存储器112的数据块367之前，根据映射位378确保最新数据未被旧数据覆盖。映射位378指示数据块367的位置1，3，4和6包含最新数据，而位置2和5的数据仍然丢失。因此，只有数据块352的位置2和5被写入数据块367，如数据块368所示。当来自数据块352的位置被写入主大容量存储器112时，覆盖映射表370相应的位置就被更新以指示主大容量存储器112包含了最新数据。把主系统中的大容量存储器112的数据块368与备份大容量存储器122的数据块338对比，确认已实现数据的完全恢复。
应该认识到，前述讨论描述的方法和系统把丢失的数据块有效地恢复到主计算机系统，同时仍然允许主计算机系统访问丢失的数据块，甚至在数据恢复完成之前也不例外。因此，尽管有数据丢失，主计算机系统的操作仍继续进行。而且，在数据恢复完成的基础上，主大容量存储器和备份大容量存储器保持同步。
还应该认识到的是，本发明的方法和系统允许在一个简短而有效的时间间隔内重新建立镜像的冗余，其过程是：首先在给定的时间点，从备份大容量存储器捕捉所有的数据；然后把数据的拷贝传送到主大容量存储器，同时，在该时间点之后的连续运行过程中，跟踪发生的更新。最后，更新的结果与所传输的数据结合，从而在备份大容量存储器和主大容量存储器之间产生正确的镜像关系。应该认识到，此技术对于主服务器恢复运行和建立备份服务器的初始运行都非常有用。因而，此处所描述的原理可以应用于从主服务器到备份服务器的初始同步数据。
在不背离本发明的精神和其本质特征的情况下，本发明能够以其他特别的形式具体实施。所描述的实施例可以看作包括所阐释的和未被限制的所有方面。因此，通过所附的权利要求而不是前述描述说明了本发明的范围。在权利要求之等价替换的含义与范围之内的所有变化，都被包含在权利要求的范围所覆盖。

Claims (17)

1.一种用于在计算机系统中恢复在主大容量存储设备中丢失的数据块的方法，所述计算机系统包括：主计算机系统，其具有用于存储数据块的主大容量存储设备；以及备份计算机系统，其具有用于存储数据块备份拷贝的备份大容量存储设备；该方法包括：
在主大容量存储设备丢失数据块之后，接收本应被主计算机系统处理的第一读请求；
把第一读请求传送到备份计算机系统；
当备份计算机系统响应于所述读请求从备份大容量存储设备返回一个或多个数据块时，把所述一个或多个数据块写入与主计算机系统相关联的大容量存储设备；
在备份大容量存储设备的数据块的完整拷贝被恢复到与主计算机系统相关联的大容量存储设备之前，执行下述动作：
接收第二读请求，其中，第二读请求至少针对所述已被写入与主计算机系统相关联的大容量存储设备的一个或多个数据块之一；以及
利用与主计算机系统相关联的大容量存储设备对第二个读请求做出反应。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括下面的动作：利用与用于传送第一读请求到备份计算机系统的连接不同的通讯连接，将若干个数据块从备份计算机系统传送到主计算机系统，通过此过程，把数据块的完整拷贝恢复到与主计算机系统相关联的大容量存储设备。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，执行传送若干个数据块的动作，使得先前写入与主计算机系统相关联的大容量存储设备的一个或多个数据块不包括在此处的若干个数据块之内。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用于传送所述的若干个数据块的通讯连接比用于将第一读请求传送到备份计算机系统的连接速度快，并且是临时在线以恢复数据块的完整拷贝。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与主计算机系统相关联的大容量存储设备与主大容量存储设备不同。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，与主计算机系统相关联的大容量存储设备是一种新的大容量存储设备，安装该存储设备以代替主大容量存储设备。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与主计算机系统相关联的大容量存储设备是主大容量存储设备。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在备份大容量存储设备的数据块的完整拷贝被恢复到与主计算机系统相关联的大容量存储设备之前，进一步执行下述动作：
接收一个写请求；
在与主计算机系统相关联的大容量存储设备中执行写请求；以及
把写请求传送到备份计算机系统，使得在备份大容量存储设备中也能执行写请求。
9.一个具有恢复数据块能力的计算机系统，这些数据块已从该计算机系统所包括的主计算机丢失，该计算机系统包括：
主计算机，具有主大容量存储设备，数据块存储于其中；备份计算机，具有备份大容量存储设备，在主大容量存储设备丢失一个或多个数据块之前，数据块的备份拷贝存储于其中；以及
传输链路，用于主计算机和备份计算机之间的通讯，这样，当主大容量存储设备丢失一个或多个数据块时，主计算机和备份计算机通过该传输链路进行通讯，以执行下面的动作：
把对于一个或多个丢失的数据块的读请求传递到备份大容量存储设备；
至少把一个读自备份大容量存储设备的数据块写入主大容量存储设备；
在一个或多个数据块丢失后的某一时刻，备份数据块存在时，拍下备份大容量存储设备的第一快照，用于存储备份数据块；
创建备份数据块的第一快照拷贝，用于把备份数据块传送到主计算机；
在主大容量存储设备丢失一个或多个数据块之后，识别第一快照拷贝中任何与主计算机未写入主大容量存储设备的数据块相应的数据块；以及
使所识别的数据块能被主计算机利用。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，使所识别的数据块能被主计算机利用进一步包括把所识别的数据块从第一快照拷贝复制到主大容量存储设备。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，当主大容量存储设备丢失一个或多个数据块时，主计算机和备份计算机通过所述传输链路进行通讯，进一步执行下面的动作：至少写入一个或多个丢失的主数据块之一，这样，至少一个所写入的数据块被存储在主大容量存储设备和备份大容量存储设备中。
12.一种用于在计算机系统中恢复主大容量存储设备中丢失的数据块的方法，所述计算机系统包括：主计算机系统，其具有用于存储数据块的主大容量存储设备；以及备份计算机系统，其具有用于存储数据块备份拷贝的备份大容量存储设备；该方法包括以下步骤：
经历数据块从所述主计算机系统丢失；
访问备份大容量存储设备，这样，针对丢失的数据块的读请求会转而针对备份大容量存储设备；
接收读自备份大容量存储设备的数据块，并复制所接收的数据块，以在主大容量存储设备中创建数据块的一个最新拷贝；
利用覆盖映射表，跟踪哪一个所接收的数据块已被复制到主大容量存储设备；
从所述备份计算机系统接收备份大容量存储设备的所选择数据集的静态快照拷贝，在主大容量存储设备中数据块丢失后的某一时间，所选择的数据集存在时，静态快照拷贝保存了所选择的数据集；以及
把静态快照拷贝复制到主大容量存储设备，除非数据块在覆盖映射表中已经被指示为最新的。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括下述动作：把一个新数据块写入丢失的主数据块中至少之一，以使新数据块被存储在主大容量存储设备和备份大容量存储设备中。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括下述动作：在覆盖映射表中指示所述新数据块的位置是最新的。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括下述动作：把静态快照拷贝以物理方式传递到所述主计算机系统。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，访问的动作进一步包括，通过计算机网络和电话线至少二者之一，访问静态快照拷贝。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所选择的数据集代表整个备份大容量存储设备。
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