CN100543691C - 远程数据镜像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种远程数据镜像系统。提供了一种数据保护方法，包括从一个或多个数据源(24)来的要存储的数据。发送这些数据以存储到主存储装置(28)和辅助存储装置(32)中。在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，与数据相关的记录会被临时存储在邻近主存储装置的抗灾难存储单元(48)中。当损坏主存储装置中至少一些数据的事件发生时，采用存储在抗灾难存储单元中的记录和存储在辅助存储装置中的至少部分数据来重建数据。

Description

远程数据镜像系统
本申请要求于2005年4月20日提交的美国临时专利申请60/673664和2005年10月20日提交的美国临时专利申请60/729112的优先权，两者的内容都通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般地涉及数据保护系统，特别是涉及针对灾难性事件采用抗灾难临时存储装置保护镜像数据的方法和系统。
背景技术
在计算机系统数据保护领域中，针对地震、暴风雪、洪水、火灾以及恐怖袭击之类的灾难性事件的各种方法和系统为人们所熟知。许多解决方案包括在主存储装置和辅助存储装置中复制(或镜像)数据。
例如，EMC公司(马萨诸塞州霍普金顿)为灾难复原和业务连续性提供叫做对称远程数据设备(SRDF)的远程存储复制解决方案的系列产品。SRDF产品系列包括同步解决方案和异步解决方案。关于SRDF产品的更多详情请见www.emc.com/products/networking/srdf.jsp。
再例如，IBM公司(纽约州阿蒙克)提供很多业务连续性解决方案，包括镜像产品。关于这些产品的更多详情请见www-03.ibm.com/severs/storage/solutions/business_continuity。
发明内容
一些已知的数据保护应用程序采用同步镜像方法，其中，只有在主存储装置和辅助存储装置成功存储数据之后才认为处理完成。这样的要求在处理中引入大量的等待时间，特别是在辅助站点位于距离主站点较远处时。在很多情况下，最大允许等待时间限制了主存储装置和辅助存储装置之间的最大位置间隔。
为了减少处理等待时间以及实现主站点和辅助站点之间大的位置间隔.一些已知的数据保护应用程序采用异步镜像方法，其中，只要数据成功存进主存储装置，处理就被确认。与辅助存储装置的交互，可以并行方式继续。然而，异步镜像并不保证数据存储在辅助存储装置中，在某些情况下，数据会在灾难性事件中丢失。
考虑到同步和异步镜像方法的这些缺点，本发明的实施例提供改进的数据保护方法和系统。下文中叙述的方法、系统和装置实现在主存储装置和辅助存储装置中的保证较少等待时间的数据镜像，而不考虑主存储装置和辅助存储装置之间的等待时间和/或位置间隔。要保护的数据可能接收自一个或多个数据源，比如信息技术、电话、安全和监视系统。
在一些实施例中，数据被发送到主存储装置和辅助存储装置中以备存储。与数据相关的记录会被临时高速缓存在安全存储装置中，一直到这些数据被成功地存储到辅助存储装置。在一些实施例中，该安全存储装置构造来以便可以在保护缓存数据的同时抵抗灾难性事件。在本专利申请的上下文以及权利要求中，如果一个存储装置被设计来使得即使在典型的灾难性事件(如上述的灾难性事件以及类似事件)情况下，其存储的数据也能够以很高的概率保持完好无损或者完全可复原，那么该存储装置就被认为是“抗灾难”的。这些灾难性事件情况可以导致计算机设备或者存储在类似设备中的数据的毁坏。
如果发生影响至少部分数据的事件，则安全存储装置被复原，缓存在其中的记录被利用以重建辅助存储装置中的数据。
在一些实施例中，数据保护系统采用一个或多个环境传感器，以对酝酿中的或即将来临的灾难性事件进行早期检测。采用早期灾难检测的进一步改善的数据保护方法会在下文叙述。
因此，按照本发明的一个实施例，这里提供一种数据保护方法，其中包括：
从一个或多个数据源接收要存储的数据；
发送要存储在主存储装置和辅助存储装置中的数据；
在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，将与数据相关的记录临时存储到邻近主存储装置的抗灾难存储单元中；以及
当破坏主存储装置中至少部分数据的事件发生时，采用存储在抗灾难存储单元中的记录和存储在辅助存储装置中的至少部分数据来重建数据。
在一个实施例中，临时存储记录包括响应于抗灾难存储单元中记录的成功缓存向一个或多个数据源发送一个确认，而不等待接收辅助存储装置中成功存储数据的指示，以减小与数据存储相关的处理等待时间。
另外的或者可替换的是，临时存储记录包括接收从辅助存储装置发出的用于确认数据成功存储在辅助存储装置中的确认，以及响应于该确认从抗灾难存储单元中删除记录。
在另一个实施例中，重建数据包括在事件后恢复抗灾难存储单元，从抗灾难存储单元中提取记录，以及把与记录相关的数据写到辅助存储装置。写数据可能包括远程连接抗灾难存储单元和辅助存储装置。
在另外一个实施例中，抗灾难存储单元包含一个可拆存储装置以保存记录，并且重建数据包括在抗灾难存储单元被事件破坏时，从抗灾难存储单元上拆除该存储装置并将其安装到另一单元上以读出记录。
在另外一个实施例中，该方法包括在抗灾难存储单元中采用检测机构来检测事件以及响应于检测事件改变抗灾难性存储单元的操作。检测事件包括检测抗灾难存储单元处的外部电源的失电和通信故障中的至少之一。在一个实施例中，改变操作包括通过无线通信链接从抗灾难存储单元发送记录。
在另外一个实施例中，临时存储记录包括将在两个或者更多的抗灾难存储单元中存储记录，发送记录包括通过各自的无线链接从两个或者更多的抗灾难存储单元分别发送记录的两个或者更多的不同部分，以缩短记录的传输时间。
在另外一个实施例中，改变操作包括从抗灾难存储单元发送一个归航信号，以能够对抗灾难存储单元进行定位和恢复。
在一个实施例中，重建数据包括：
采用环境传感器感测环境条件；
响应于感测的环境条件预测事件；以及
在预测事件后，采用有线连接和无线连接中的至少之一，从抗灾难存储单元传送记录。
感测环境条件可以包括从用户处接收指示事件的人工指示。
在一个实施例中，临时存储记录包括响应于在抗灾难存储单元中成功存储记录来发送确认消息，以及，在预测事件后，禁止发送后续确认消息，以避免从一个或多个数据源接收另外的数据。
在另外一个实施例中，在预测事件后，该方法包括禁止发送要存储在主存储装置中的后续数据。另外或可替换的是，在预测事件后，该方法包括仅将与源自一个或多个数据源的一个子设备的数据相关的后续记录临时存储在抗灾难存储单元中。
在另外一个实施例中，临时存储记录包括，通过将存储容量与辅助存储装置待确认的数据的最大允许容量和辅助存储装置待存储的写命令的最大数目中的至少一个进行匹配，以避免超过抗灾难存储单元中的存储容量。
另外或可替换的是，临时存储记录包括，在记录中包含与数据相关的附加信息中的，该附加信息包括首发数据源地址、主存储装置地址、用于指示数据接收时间的时间戳、以及数据在主存储装置中的存储地址中的至少一项。
按照本发明的一个实施例，另外还提供一种数据保护方法，包括：
从一个或多个数据源接收要存储的数据；
发送要存储在存储装置中的数据；
临时存储与在抗灾难存储单元中和灾难性事件调查相关的至少部分数据有关的记录；以及
当破坏存储装置中的至少部分数据的事件发生时，利用存储在抗灾难存储单元中的这些记录以调查事件。
在一个实施例中，和灾难性事件调查相关的至少部分数据包括监控图像、访问控制信息以及源自电话系统的数据中的至少一个。另外的或可替换的是，和灾难性事件调查相关的至少部分数据包括恰在事件发生前接收到的数据。
按照本发明的一个实施例，另外还提供一种数据保护方法，其中包括：
从数据源接收要存储在主存储装置中的数据；
通过备份操作序列，周期性地发送数据以在备份存储装置中进行备份；
在抗灾难存储单元中临时存储与在序列中连续备份操作之间的时间间隔期间接收到的至少部分数据相关的记录；以及
当在时间间隔内，破坏主存储装置中的至少部分数据的事件发生时，采用存储在抗灾难存储单元中的记录以重建数据。
根据本发明的一个实施例，此外还提供一种数据保护方法，其中包括：
从数据源接收要存储的数据；
发送要存储在主存储装置中的数据，同时在辅助存储装置中镜像这些数据；
在位于主存储装置处的抗灾难存储装置中临时存储至少部分数据；以及
当破坏存储装置中的至少部分数据的事件在该处发生时，采用存储在抗灾难存储单元中的至少部分数据以重建数据。
根据本发明的一个实施例，另外提供一种数据保护系统，其中包括：
一个或多个数据源，其被安排来发送要存储的数据；
主存储装置和辅助存储装置，其被安排来保存数据；
邻近主存储装置的抗灾难存储单元，其被安排来在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，临时存储和数据相关的记录，以及当破坏主存储装置中的至少部分数据的事件发生时，采用存储在抗灾难性存储单元中的记录和存储在辅助存储装置中的至少部分数据来提供记录，以能够进行数据重建。
在一个实施例中，该系统包括：
环境传感器，其被安排来感测主存储装置附近的环境条件；以及
处理器，其被安排来响应于感测的环境条件来预测事件，以及在预测事件之后，命令抗灾难存储单元通过有线连接和无线连接中的至少之一来发送记录。
根据本发明的一个实施例，另外提供一种用于保护发送存储于主存储装置和辅助存储装置中的数据的设备，其中包括：
抗灾难存储单元，其中包括：
抗灾难外壳，其被安排来针对灾难性事件保护其中包含的部件；
包含在外壳内的存储装置，其被安排来在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，临时保存与数据相关的记录；以及
控制单元，其被安排来在破坏主存储装置中的至少部分数据的事件发生时，采用存储在存储装置中的记录和存储在辅助存储装置中的至少部分数据来提供记录，以能够进行数据重建；
传感器，其被安排来感测主存储装置附近的环境条件；和
保护处理器，其被安排来响应于感测的环境条件来预测事件，
以及响应于预测事件，命令抗灾难存储单元发送记录以保护数据。
根据本发明的一个实施例，此外还提供一种用于数据保护的计算机软件产品，该产品包括一个计算机可读介质，其上存储程序指令，这些指令被计算机读取时，使计算机接收从一个或多个数据源发送的要存储在主存储装置和辅助存储装置中的数据，以及在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，将与数据有关的记录临时存储到邻近主存储装置的抗灾难存储单元中。
附图说明
通过结合附图对以下实施例的详细描述，本发明能够得到更全面的理解，其中：
图1A-1C示出的是根据本发明实施例的数据保护系统的示意性框图；
图2示出的是根据本发明实施例的安全存储单元的示意性框图；
图3是一个根据本发明实施例的安全存储单元的示意图；
图4和图5是根据本发明实施例的数据保护方法的示意性流程图。
具体实施方式
在一个典型的同步镜像处理中，镜像应用程序从请求应用程序接收写命令。该命令典型地包含指示要存储的数据以及存储该数据的存储装置地址的存储指令。相应的，镜像应用程序向主存储装置和辅助存储装置发布写命令。镜像应用程序一直等待到两个存储装置都存储了该数据。只有从两个存储装置都收到确认时，镜像应用程序才向请求应用程序确认该写命令，只有此时，该命令才被认为是成功的。
一方面，由于同步镜像方法保证在写命令被认为完成之前将数据成功存入两个存储装置，因此提供了高等级的可靠性。另一方面，和同步写操作相关的等待时间经常有问题，特别是在辅助存储装置距离镜像应用程序比较远时。(在下文的叙述中，假定主存储装置和镜像应用程序均位于邻近请求应用程序的主站点。假定辅助存储装置位于较远位置的辅助站点。虽然这种架构在多数实际系统中很平常，不过，下文叙述的实施例不妨被用于任何其他的系统地理布局中。)
在同步处理中，由于只有在接收到来自辅助存储装置的确认后，请求应用程序才会收到一个写命令的确认，因此整个处理至少会被镜像应用程序和辅助站点之间的往复传播延迟时间滞后。
在很多实际情况下，辅助存储装置位于主站点几百英里外。而且，连接镜像应用程序与辅助存储装置的通信通路可能包括多种网络元件、链路和其他通信介质，这些都会引入额外的等待时间。在所使用的通信协议中的确认机构进一步增加了等待时间。在一些情况下，总的往复延迟可能达到一分钟或者更多。这样的等待时间通常降低系统性能，而且可能在一些应用程序中是禁止的。在一些情况下，能容许的最大等待时间限制了主站点和辅助站点之间的距离，因此降低了系统对灾难的抵抗能力。
为了克服和同步镜像相关的等待时间以及距离限制，一些已知的数据保护方法采用异步镜像方法。在一个典型的异步镜像处理中，请求应用程序向镜像应用程序发布写命令。镜像应用程序向主存储装置发送写命令，另外在它的本地存储器中高速缓存该命令。只要镜像应用程序接收到来自主存储装置的确认，它就向请求应用程序确认操作成功完成，同时，命令被认为是成功的。在过程的某些阶段，镜像应用程序向辅助存储装置发送一个写命令。当辅助存储装置执行和确认该命令时，镜像应用程序从它的本地存储器中删除该缓存的命令。
在异步处理中，请求应用程序只会感觉到与主存储装置相关的等待时间。而镜像应用程序和辅助存储装置之间的交互通常是在请求应用程序已经接收到确认并认为写操作成功完成之后才发生的。
这样，在采用异步镜像时，处理的等待时间并不受与辅助存储装置之间的距离的影响，能够采用任意的距离间隔。另一方面，异步镜像不提供在两个存储装置的保证存储。如果在与辅助存储装置之间的交互结束之前，灾难性事件发生，那么，给辅助存储装置的最后一个写命令可能会丢失。换句话讲，对于接收到主存储装置的确认而没有接收到辅助存储装置的确认的数据，该数据被认为丢失了。
考虑到同步和异步镜像方法的上述缺陷，本发明的实施例为数据保护提供了改进的方法和系统。这些在下文中叙述的方法、系统和设备能够在两个存储设备处保证较少数据镜像等待时间，而不管与辅助存储装置中的存储相关的距离和/或等待时间。
系统描述
图1A是示意性地说明根据本发明的一个实施例的针对灾难性事件保护一个组织的数据的系统20的一个框图。灾难性事件可能包括影响组织、特别是该组织的数据存储的任何事件。举例说，灾难性事件可能包括地震，风暴，大火，洪水或者是恐怖袭击。在一些情况下，系统故障，比如计算机系统故障或者供电中断这些影响组织的数据存储的故障，也可以被认为是灾难性事件。
不同的组织具有在灾难性事件中应当得到保护的不同类型的数据。比如，信息技术(IT)系统可能使用和/或生成对组织有价值的数据。另外的或可替换的是，组织中各个系统生成的数据可能对灾难性事件的调查有价值。比如，恰在灾难性事件发生之前或者期间发生的电话通话的拨出方(source)、拨入方(destination)和/或通话内容可能证明是有价值的。另一个例子，在恐怖袭击之前以及期间由安全和监控系统采集到的信息，比如视频图像以及由访问控制系统采集的数据也可能被认为是有价值的。
系统20存储由一个或多个数据源24产生和/或使用的数据。在一些实施例中，数据源24可能包括：比如，组织的信息技术(IT)系统的应用程序服务器、专用自动交换分机(PABX)或电话交换机之类的电话系统、组织的监控系统(比如闭路电视系统)、访问控制系统、和/或产生数据的任何其他系统。
为了保护数据，系统20镜像(即复制)数据并将这些数据存储在两个或者更多的存储装置中。在一些实施例中，系统20包括主存储装置28和辅助存储装置32。这两个存储装置以人们所知的镜像配置的配置形式保存组织数据的副本。存储装置28和32可能包括硬盘、磁带、计算机存储装置、和/或基于任何其他适当存储技术的装置。在一些实施例中，存储装置包括内部处理器，其执行本地数据存储以及与恢复相关的功能。虽然下文的描述中提到的都是两个存储装置，系统20的其他实施例可以包含更多数目的存储装置。系统20可以只采用一个存储装置来实现，比如，用于保护安全系统恰在恐怖袭击之前获得的数据。
典型地，主存储装置和辅助存储装置在物理上处于两个分离的站点。选择两个间隔足够的距离的站点，这样，在一个站点的灾难性事件不大可能会影响到另外一个站点。在一些实施例中，尽管也可以使用任何其他合适的距离，但通常规定的限制推荐大于200英里的间隔。在图1A的例子中，主存储装置和数据源一起配置在本地站点，辅助存储装置位于远程站点。
镜像应用程序36执行数据镜像，也就是在主存储装置和辅助存储装置中保存由数据源24产生的数据的副本。典型地，镜像应用程序从数据源24接收写命令，这些命令包含或者指向要存储的数据。镜像应用程序采用下文叙述的方法在主存储装置和辅助存储装置中存储数据。在图1A的示例性实施例中，镜像应用程序在主存储装置中的CPU上运行。可替换地，应用程序36可以在一个单独的处理器上运行。
在一些实施例中，当镜像应用程序从主存储装置接收到一个确认时，它不会等待接收辅助存储装置的类似的确认就向首发数据源24确认每一个写命令。与已知的异步镜像方法不同，为了确保数据直到同样安全地存储在辅助存储装置中之前不会丢失，镜像应用程序发送数据，以临时存储在一个或多个安全存储单元48中。
在一些实施例中，保护处理器44连接到镜像应用程序36。(在以下的叙述中，术语“连接到镜像应用程序”用以描述为数据和控制信息的交换与运行镜像应用程序的处理器或计算机平台之间的连接，而不管这个处理器或者计算机平台与主存储装置中的处理器是同一个或者是分开的。)在图1A的示例性系统配置中，处理器44模拟另外一个连接到镜像应用程序36端口的存储装置。可替换的系统配置在下文的图1B和图1C中示出。
处理器44采用合适的通信连接比如光纤连接、网络协议(IP)连接、或者总线(比如周边元件扩展接口总线)和应用程序36进行通信。为了能实现小的处理等待时间，处理器44典型地位于镜像应用程序附近。镜像应用程序典型地被配置为向处理器44转发它接收的每一个写命令和它接收的任何确认。处理器44采用任何合适的协议，比如小计算机系统接口(SCSI)、网络文件系统(NFS)和通用互联网文件系统(CIFS)协议这些通常用于服务器和存储装置之间的通信的协议来与镜像应用程序36进行通信。
典型地，处理器44包含一个通用计算机，其以软件编程的方式来执行这里描述的功能。这些软件以电子形式例如通过网络下载到计算机，或者可替换地，通过CD-ROM之类的有形介质提供给计算机。在一些实施例中，处理器44可以在主存储装置内部实现。
处理器44和一个或多个安全存储单元48连接在一起。在一些实施例中，两个或者更多的安全存储单元48部署在主站点处或附近的不同位置，以便增加它们之中的至少一个能够幸免于灾难性事件的概率。典型地，处理器44会为每一个已传送或将要被传送到辅助存储装置32的写命令在每一个安全存储单元48中存储一个各自的记录。该记录会被高速缓存在安全存储单元48中，直到从装置32接收到指示成功存储的确认。一旦从辅助存储装置收到特定的写命令的确认，处理器44就从安全存储单元48中删除相应的记录。处理器44通过适当的接口比如通用串行总线(USB)接口与单元48进行通信。在一些实施例中，单元48被映射为处理器44的虚拟存储驱动器。在一些实施例中，通信接口还提供电源为安全存储单元供电。
在一些实施例中，以耐用的方式构造单元48，以便它们可以抵抗灾难性事件而保护高速缓存的数据。下文图3示出了安全存储单元的一个示例性的机械设计。
在主站点遭到灾难性事件攻击之后，这些安全存储单元中的至少一个得到恢复。这些恢复的单元中存储的记录被用来重建辅助存储装置中的数据。在一些实施例中，复原处理器56连接到辅助存储装置。恢复的安全存储单元连接到复原处理器。复原处理器提取该单元中存储的记录，利用这些记录重建辅助存储装置中的数据。已知的镜像方法假定位于主站点的所有数据都会在灾难性事件中被摧毁，和这些方法不同，在主站点处或附近的单元48中的记录幸免于灾难并在灾难后用来重建数据。
可以了解，不管到辅助存储装置的距离有多远，使用安全存储单元48使系统20能够提供较少等待时间写命令。同时，该系统提供了在两个存储装置中的数据镜像保证。典型地，在恢复至少一个可运行的单元48后，这些数据能够在相对短的时间范围内被复原和重建。
在一些情况下，存储在得到恢复的单元48中的一些记录对应于被认为丢失但实际上已经成功写入辅助存储装置的数据。然而，在大多数实际例子中，由于重新写入在辅助存储装置中已经存在的数据不影响数据的连续性，所以没有再要求更多的动作。
在一些实施例中，保护处理器和安全存储单元的操作对镜像应用程序和数据源是透明的。因此，可以安装处理器44和单元48作为已知镜像应用程序或者其他数据保护系统的附加件。
为了提供更高等级的保护和可靠性，期望避免单元48中的存储器60溢出，从而记录不会丢失。通常，当相应的写命令已由辅助存储装置成功执行时，可以从单元48中安全地删除记录。当允许从单元48中删除记录时，有几种可替换的显示给保护处理器44的方法，有时候取决于镜像应用程序的功能性。
在一些实施例中，保护处理器44会监听来自辅助存储装置的确认消息。当处理器44接收到一个特定写命令的确认，处理器从单元48中删除相应的记录。然而，在一些系统的架构中，由处理器44截取确认消息会很复杂，或者是不希望的。
可替换地，有时，通过复制镜像应用程序的溢出避免策略而不用明确监听由辅助存储装置发出的确认消息的方式，在单元48中避免溢出是可行的。比如，一些镜像应用程序管理一个有限容量的待处理写命令的缓冲器，该待处理写命令就是已经发送到辅助存储装置但还没有得到确认的命令。当缓冲器已满，镜像应用程序拒绝从数据源接收另外的写命令。在这些实施例中，确定单元48的存储器60的大小可以保存至少与镜像应用程序缓冲器中写命令的最大数目相同的记录数。相似地，假定特定单元48具有某一存储容量，则可以配置镜像应用程序以使它的缓冲器大小和存储器60的大小匹配。由于存储器60的大小和镜像应用程序缓冲器的大小匹配，因此当一个新的写命令传送到处理器44时，单元48中的最早的记录可以被安全删除掉。
其他的镜像应用程序被配置来允许最大数目的待处理命令而不必保留缓冲器。换句话说，镜像应用程序追踪发送到辅助存储装置的写命令的数目和接收到的确认数目，并保持当前未确认的(也就是待处理的)写命令的量。当待处理写命令的数目达到预定的限制，不再从数据源接收另外的写命令。在这些实施例中，可确定存储器60的大小来匹配待处理写命令的最大数目。可替换地，镜像应用程序可以被配置以使得允许的待处理写命令的最大允许数目与储器60的大小相匹配。
另外的或可替换的是，通过把存储器60的大小和要被辅助存储装置确定的待处理数据的最大容量进行匹配，可以采用其他任何合适的机构来避免存储器60中的溢出。
在一些实施例中，在得到恢复的单元48没有和辅助存储站点的复原处理器进行直接物理连接时，数据也能够很快的被重建。例如，在辅助存储站点和主存储站点(单元48在此得到恢复)相距较远的情况下这些实施例会很有用。在这些实施例中，得到恢复的单元48连接到远程计算机(在图中没有显示)，其使用任何合适的通信连接比如通过互联网和复原处理器56连接。随后，存储在得到恢复的单元中的记录通过远程计算机发送到复原处理器。
在一些实施例中，在远程计算机和复原处理器之间传送的记录是经过加密的，以在通过无线信道以及互联网之类的公共媒介通信时保证数据安全。典型地，在这些记录被存储到单元48之前，就已经被保护处理器44加密。提取和/或传送记录所需的任何软件可以和记录一起存储在单元48的存储器中，这样，任何具有互联网访问(或其他访问手段)和连接到单元48的合适接口的计算机都可以被用作远程计算机。
在一些实施例中，一个或多个环境传感器52被安装在主存储装置处或附近，并连接到保护处理器44。这些传感器被用来感测环境条件，这些环境条件可对酝酿中的灾难性事件提供早期的检测或预测。比如，传感器52可包含温度传感器，其感测位于主存储装置处或其附近的温度上升。另外的或可替换的是，传感器52可包含地震传感器，其感测与酝酿中的地震相关的震动。在一些实施例中，传感器52中的一个可包含手动开关或其他的输入装置，其使得用户可以向保护处理器手动指示一个即将来临的灾难。输入装置可位于主站点、辅助站点或者其他任何合适的位置。此外，另外的或可替换的是，传感器52可包含能对酝酿中的灾难情况进行早期预测的任何其他合适类型的传感器。在一些实施例中，系统20使用早期灾难检测，以进一步改善数据保护。下文图5中所示的是采用早期灾难检测的数据保护的典型方法
图1B和图1C是示意性地说明根据本发明实施例的系统20的可替换配置的框图。在图1B的配置中，保护处理器44被引入到把数据源24连接到镜像应用程序36的通信链接带内。在该实施例中，所有来自数据源的写命令都经过处理器44。在图1C的配置中，保护处理器被插入连接镜像应用程序和辅助存储装置的通信链路40中。在这种配置中，镜像应用程序36对保护处理器44执行同步镜像，处理器44对辅助存储装置32执行异步镜像。注意到，在图1B和图1C中只示出了一个安全存储单元48，并且在这些图中省略了传感器52和复原处理器56。这些省略只是为了简化的缘故，任何或者全部这些元件可能以适当的方式被包含在任何一个系统配置中。
图1A-1C中的系统配置是示例性配置，对本领域的专业人士，其他的配置是显而易见的。举例来说，镜像应用程序36可以与保护处理器44一同集成到单个计算平台上。在一些实施例中，一个或多个安全存储单元48可以被用来保护没有镜像应用程序的单一存储装置的数据。另外一个例子，保护处理器44和安全存储单元48的功能可以由单个抗灾难单元来执行，该抗灾难单元同样可以执行镜像应用程序36的功能。该组合单元可以构造成例如主站点中的抗灾难抽屉(drawer)或者机架(rack)，或者构造成与下文图3中架构类似的耐用外壳。
图1A-1C的配置还提出了几种同步和异步镜像协议的替换协议。比如，在图1A中，镜像应用程序36可对保护处理器44执行同步镜像，以及对辅助存储装置32执行异步镜像。而在图1C中，镜像应用程序对保护处理器44执行同步镜像，处理器44对辅助存储装置执行异步镜像。
图2是示意性地说明根据本发明的一个实施例的安全存储单元48的框图。单元48包括存储器60，其像上文描述的那样保存和写命令对应的记录。存储器60可包含比如闪存装置之类的非易失性存储装置或者电可擦写可编程只读存储(EEPROM)装置。可替换的是，存储器60可包含任何其他合适的非易失性或电池后备存储装置。存储器60可以包含一个或多个存储装置。
单元48包含一个控制单元64，其执行安全存储单元48的多种数据存储和管理功能。控制单元64可包含运行适当软件的微处理器。可替换的是，控制单元64可以用硬件或者软硬件结合的方式来实现。接口电路68，比如USB接口电路，处理单元48和应用程序36之间的物理接口。在保护处理器44对单元48提供供电电压的实施例中，电路68对单元48的多个部件提供该电压。
在一些实施例中，单元48包含与归航天线74耦接的归航装置72。归航装置72包含发射机或者应答器，其在灾难性事件后发射射频(RF)信号，以使单元48能够被定位和恢复。典型地，在单元48检测到灾难性事件发生时，归航装置72开始工作。
在一些实施例中，单元48的控制单元64包含检测灾难性事件的检测机构。比如，检测机构可以检测到电源失电和/或与处理器44之间的通信失败，推断灾难性事件发生，并因此启动归航装置72。归航装置72可包含主动、被动或半主动归航装置。
在一些实施例中，归航装置72由电源82供电。电源82可包含可充电电池，该电池在正常的系统操作中通过由接口68提供的电源充电。可替换地，电源82可包含任何其他合适的电池。在一些实施例中，电源82用来对控制单元64和/或存储器60供电。
在一些实施例中，单元48包含耦接至通信天线78的无线发射机76。典型地，发射机76由电源82供电。在单元48和处理器44之间的通信由于灾难性事件中断时，发射机76用来将存储在存储器60中的记录发送到无线接收机84。同样地，发射机76和天线78作为从单元48发送信息的替换通信装置。通过使用无线信道，存储在安全存储单元中的数据可以在几分钟内被恢复和重建。其他的恢复方法有时候可能需要几个小时甚至几天的时间来恢复和重建数据，这些方法包括物理定位和恢复安全存储单元，还可能包括从安全存储单元拆除存储器60。
发射机76可包含比如蜂窝发射机、WiMax发射机或者任何其他合适的数据发射类型。无线接收机84耦连至接收天线85。接收机84和天线85可以连接到辅助存储装置32或者复原处理器56。下文图5所示的是采用替换的通信连接的示例性的数据保护方法。
在一些其中以冗余配置比如上文图1A中的配置来使用两个或多个安全存储单元的实施例中，每个单元48中的无线发射机典型地被分配不同的通信频道，以避免相邻无线发射机传输之间的冲突。另外的或者可替换的是，可为相邻的单元48的归航装置72执行类似的频道协调。
为了缩短通过无线信道传输数据所需的时间，接收机84可能被配置以并行地接收两个或更多的无线频道。当两个或者更多的安全存储单元开始传输，接收机可选择同时接收这些传输，这样，从每一个安全存储单元接收不同的数据部分。
当采用两个或者更多的存储单元48时，在不同单元48中的不同的发射机76可被配置以在不同的网络(比如不同服务供应商的蜂窝网络)上传输。网络的多样性提高了即使当特定的无线网络在灾难中出现故障时成功数据传输的可能性。
在一些实施例中，归航装置72，发射机76以及天线74和78的功能可以由一个发射机和一个天线来执行。比如，一些在本领域已知的对蜂窝发射机定位的方法。在无线发射机76从单元48传输数据时，可以采用这些方法对无线发射机76进行定位，从而可以消除对单独的归航装置的需要。
图3是根据本发明的一个实施例的安全存储单元48的一个示意性示图。在图3的示例性机械架构中，单元48被包裹在一个加固的抗灾难外壳86中。在一些实施例中，外壳86可包含一个密封、防火、抗冲击/振动、避光、防辐射、抗破坏、和/或防水的外壳。如上所述，在一些实施例中，系统20包含两个或者多个这样的单元48，以提高至少一个单元幸免于灾难性事件的可能性。
在该实施例中，包含USB接口的接口电路68在该单元的前面板上示出。控制单元64、归航装置72和发射机76被装配在固定于主板90上的三个印刷电路板(PCB)上。在本例中，存储器60固定在控制单元64的PCB上。在本例中，包含电池的电源82被固定在主板90上邻近这些PCB的地方。天线74和78被显示固定在上面板。图3中的机械外形仅作为典型架构示出。也可以采用任何其他合适的机械和/或电子架构。
在一些假定情况下，灾难性事件可能损坏单元48并阻止它连接到复原机，即使存储在存储器60中的数据并没有任何的损伤。比如，USB接口可能损坏。在一些实施例中，为了能够访问数据，存储器60(和单元48可能的其他的单元)被设计得很容易从外壳86上拆卸下来。在这些实施例中，存储器60可以很容易被拆除并安装在其他的单元48上。这样，该单元可以连接到复原处理器，于是它的数据得到恢复。比如，存储器60可包含一个可插入单元48中合适插槽的可拆除存储卡，就像数码相机中使用的那样。
另外的或可替换的是，归航装置72和/或发射机76能被装配成可拆卸单元，这样，这些单元可以被替换掉以适应不同的通信标准、当地的频率分配和/或其他的规章限制。
在一些实施例中，天线74和/或天线78通常折叠在外壳86中或相反地来适应外壳86的内部尺寸，以减小暴露在灾难性事件中的机会。在这些实施例中，只有在探测到灾难性事件后，天线才被打开或相反地伸出外壳86，以能够进行数据传输。此外，另外的或者可替换的是，可以采用任何其他合适的单元48的架构。如前所述，通过探测通信故障和/或电源失电，控制单元64可以检测到灾难性事件。
保护方法详述
图4是示意性地说明根据本发明的一个实施例的数据保护方法的流程图。下文的描述概括了在主存储装置和辅助存储装置中数据被复制和存储的典型处理。为了确保在辅助存储装置中的保证存储，数据被临时高速缓存在安全存储装置48中。
该方法始于：在命令接收步骤100，镜像应用程序36从一个数据源24处接收一个写命令，在本例中该数据源是基于服务器的IT应用程序。该写命令包含要存储的数据。在主传送步骤102，镜像应用程序向主存储装置28传送数据。在主存储装置成功存储数据后，它向镜像应用程序回传一个确认。在主确认接收步骤104，镜像应用程序接收该确认。
在安全缓存步骤106，保护处理器44接收写命令，并将它存储在一个或者多个安全存储单元48中。取决于所采用的系统架构，处理器44要么截获通过通信链路40传送的写命令，监听镜像应用程序和数据源之间的通信，要么接收镜像应用程序转发的所有写命令。在接收写命令后，处理器44产生一个各自的记录，并将记录存储在安全存储装置中。安全存储装置典型地确认存储操作的成功完成。
在一些实施例中，除了要存储的数据，记录还包含附加消息。举例来说，这样的附加消息可包括首发写命令的数据源的通信地址、主存储装置的通信地址、指示写命令被接收的时间的时间戳、在主存储装置中的数据存储地址、和/或任何与写命令相关的附加参数。
在辅助传送步骤108，在单元48临时存储记录之前、期间或者之后，镜像应用程序发送要存储在辅助存储装置32中的数据。在异步确认步骤110，如果记录成功存储在单元48中，则镜像应用程序向首发数据源24发送一个确认。
在辅助确认核对步骤112，处理器44核对是否已经收到来自辅助存储装置的确认。直到收到这样的确认之前，处理器44保留高速缓存在安全存储单元48中各自的记录，同时，还可能处理其他的写命令。在记录删除步骤114，当收到来自辅助存储装置32的确认时，处理器44从单元48中删除各自的记录。
上述的步骤100-114序列描述了单个写命令的处理。典型地，镜像应用程序36和保护处理器44同时处理多个这样的序列，这些序列与多个写命令对应。在一些实施例中，上述的步骤序列可以以不同的顺序执行。比如，一旦一个写命令被镜像应用程序收到，数据就可以被发送到主存储装置和辅助存储装置，只有那时，一条记录才可被存储在单元48中。一些步骤可以被并行执行。比如，存储写命令到安全存储单元中和发送该命令到主存储装置和/或辅助存储装置可以并行执行。
在一些实施例中，可以用下述伪代码来描述由处理器44执行的数据保护方法：
FOR every write operation received from a data source DO{Allocate a buffer frame within memory 60 of units 48 andreturn a pointer to this buffer denoted BufferFrame.
Write the corresponding record to the bufferpoin ted to by BufferFrame.}
当然，单元48中的存储器60容量有限，只能容纳有限数目的记录。在一些实施例中，在存储一个新建记录之前，处理器44检查在存储器60中是否有足够可用的存储空间以保存新记录。如果没有足够可用的存储空间，则处理器44从存储器60中删除一个或多个以前的记录，为新记录释放存储空间。在一些实施例中，处理器删除存储器60中最早的记录。在一些实施例中，可用以下伪代码描述由处理器44执行的存储器管理过程：
IF free buffer entries within memory 60 exist THEN
  {Allocate a free entry buffer for new record.
  Return pointer BufferFrame pointing to the free buffer.}
ELSE
  {Locates record X having data which resides in memory 60
   for the longest period of time.
   Discard record X from memory 60.
   Allocate a free buffer entry to new record.
   Return BufferFrame pointing to free buffer entry.}
当采用存储在单元60中的记录来执行数据复原时，可以用下述伪代码来描述数据复原过程：
FOR the data in each record stored in memory 60
DO
    {Read the data of each record in the order in which it
     was originally stored.
     Based on the storage address in the record，write the
     data to the appropriate address in the secondary
     storage device.}
图5是示意性示出根据本发明的另外一个实施例的采用早期灾难探测的数据保护方法的流程图。本方法始于：在早期检测步骤120，保护处理器44预测酝酿中或即将来临的灾难性事件(或由用户手动启动)。在一些实施例中，像上文描述的那样，处理器44分析由传感器52感测的环境条件，并响应于这些被感测的条件来检测酝酿中的灾难性事件。
在拒绝写指令步骤122，当检测到酝酿中的灾难性事件，处理器44命令镜像应用程序停止向主存储装置转发写命令。由于在出现机械振动和冲击时执行写操作可能损坏存储装置，因此在地震条件下停止写操作尤其重要。
在处理器44预测到灾难性事件将袭击主站点之后，它命令镜像应用程序停止从数据源24接收写命令。在一些实施例中，保护处理器停止向镜像应用程序发送确认。因此，镜像应用程序停止从数据源24接收新的写命令。在预测灾难性事件之后，保护处理器还可以采用确认机构来控制从数据源接收写命令的速率。
在一些实施例中，特别是当数据源24发送的一些数据被认为对调查灾难性事件非常重要时，一些数据源(比如安全摄像头)仍然被允许存储数据，而其他的数据源(比如IT系统)可能已经被拒绝。在这些实施例中，被允许继续存储的数据被写入安全存储单元48，直到存储器60满。
检测到即将来临的灾难性事件后，处理器44试图在灾难性事件袭击主站点之前，利用剩余的时间来发送高速缓存在单元48中的数据。在记录恢复步骤124，处理器44恢复存储在单元48中的记录。然后，在主通信链路检查步骤126，处理器44检查到辅助站点的主通信连接(比如通信链接40)是否依然可以工作。只要链接40保持工作，则在主传输步骤128，处理器44利用该链接向辅助站点发送记录。
相反，如果主链接已经不能工作，则在可替换传输步骤130，处理器44命令单元48利用替代的通信链接，也就是无线发射机76，来发送记录。另外的或可替换的是，如上所述，如果一个特定单元48感测到通信故障和/或电源失电，它开始利用发射机76发送存储在存储器60中的记录。
虽然这里叙述的实施例主要着眼于安全存储单元在数据镜像保证方面的应用，然而，这里叙述的方法、系统和装置也能够被用于其他的应用领域。比如，在一些系统中，数据会被周期性地备份到存储装置中。安全存储单元可以被用来临时安全地存储系统在周期性的备份操作之间生成的数据。这种自动机构可以代替已知的在抗灾难安全或遥远位置处人工放置备份磁带或硬盘的实践。
因此，将会了解，上述实施例是通过举例的方式来引述的，本发明并不局限于在上文中特别示出和叙述的内容。而且，本发明的范围包括上文中描述到的多种特征的组合和子组合，和本领域专业人士在阅读了上述描述之后所做出的在现有技术中没有公开的变化和修改。

Claims (40)

1.一种数据保护方法，包括：
从一个或多个数据源接收要存储的数据；
发送要存储在主存储装置和辅助存储装置中的数据；
在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，将和数据相关的记录临时存储到邻近主存储装置的抗灾难存储单元中；以及
当破坏主存储装置中的至少部分数据的事件发生时，利用存储在抗灾难存储单元中的记录和存储在辅助存储装置中至少部分数据来重建数据。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，临时存储记录包括：在不等待接收辅助存储装置中成功存储数据的指示的情况下，响应于在抗灾难存储单元中记录的成功缓存来向一个或多个数据源发送确认，以减少和数据存储相关的处理等待时间。
3.按照权利要求1所述的方法，其中，临时存储记录包括：接收来自辅助存储装置的用于确认辅助存储装置中成功存储数据的确认，以及响应于该确认从抗灾难存储单元中删除该记录。
4.按照权利要求1所述的方法，其中，重建数据包括：在事件后恢复抗灾难存储单元，从抗灾难存储单元中提取记录，以及向辅助存储装置写入与记录有关的数据。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，写数据包括把抗灾难存储单元远程连接到辅助存储装置。
6.按照权利要求1所述的方法，其中，抗灾难存储单元包括：用于保存记录的可拆卸存储装置，以及其中重建数据包括：当抗灾难存储单元被事件破坏时，从抗灾难存储单元拆除该存储装置，并将该存储装置安装到另一单元，以读出记录。
7.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，包含在抗灾难存储单元中采用检测机构来检测事件，以及响应于检测事件来改变抗灾难存储单元的操作。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，检测事件包括检测在抗灾难存储单元处外部电源失电和通信故障中的至少之一。
9.按照权利要求7所述的方法，其中，改变操作包括通过无线通信链路从抗灾难存储单元发送记录。
10.按照权利要求7所述的方法，其中，临时存储记录包括：在两个或更多的抗灾难存储单元中存储记录，以及其中发送记录包括：从两个或者更多的抗灾难存储单元通过各自的无线链路分别发送两个或者更多的不同的记录部分，以缩短记录的传输时间。
11.按照权利要求7所述的方法，其中，改变操作包括：从抗灾难存储单元发送归航信号，以能够对抗灾难存储单元进行定位和恢复。
12.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，重建数据包括：
采用环境传感器感测环境条件；
响应于被感测的环境条件来预测事件；以及
在预测事件后，采用有线连接和无线连接中至少之一从抗灾难存储单元发送记录。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，感测环境条件包括从用户处接收指示该事件的人工指示。
14.按照权利要求12所述的方法，其中，临时存储数据包括：响应于在抗灾难存储单元中成功存储的记录而发送确认消息，以及包括在预测事件后禁止发送后续确认消息以避免从一个或多个数据源接收附加的数据。
15.按照权利要求12所述的方法，包括在预测事件后禁止发送在主存储装置中要存储的后续数据。
16.按照权利要求12所述的方法，包括在预测事件后在抗灾难存储单元中仅存储与源自一个或多个数据源的子设备的数据相关的后续记录。
17.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，临时存储记录包括：通过将抗灾难存储单元的存储容量与辅助存储装置待确认的数据的最大允许容量和辅助存储装置中待存储的写命令的最大数目中的至少一个进行匹配，以避免超过抗灾难存储单元的存储容量。
18.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，临时存储记录包含在记录内包括的与数据相关的附加消息，该附加消息包括首发数据源地址、主存储装置地址、指示数据接收时间的时间戳、以及在主存储装置中用以保存数据的存储地址中的至少一项。
19.一种数据保护方法，包括：
从一个或多个数据源接收要存储的数据；
发送要在存储装置中存储的数据；
在抗灾难存储单元中临时存储与灾难性事件调查相关的至少部分数据的相关记录；以及
当损害存储装置中至少部分数据的事件发生时，利用存储在抗灾难存储单元中的记录来调查事件。
20.按照权利要求19所述的方法，其中，和调查灾难性事件相关的至少部分数据包括监控图像、访问控制信息和源自电话系统的数据中的至少一项。
21.按照权利要求19所述的方法，其中，和调查灾难性事件相关的至少部分数据包括恰在事件发生前接收的数据。
22.一种数据保护方法，包括：
从数据源接收要存储在主存储装置中的数据；
通过备份操作序列，周期性地发送数据以在备份存储装置中进行备份；
在抗灾难存储单元中临时存储记录，该记录与在序列中连续备份操作之间的时间间隔期间接收到的至少部分数据相关；以及
当在该时间间隔内发生损坏主存储装置中的至少一些数据的事件时，采用存储在抗灾难存储单元中的记录来重建数据。
23.一种数据保护方法，包括：
从数据源接收要存储的数据；
发送要存储在主存储装置中的数据，并同时在辅助存储装置中镜像该数据；
在主存储装置处的抗灾难存储单元中临时存储至少部分数据；以及
当在主存储装置处发生损坏主存储装置中的至少一些数据的事件时，利用存储在抗灾难存储单元中的至少部分数据来重建数据。
24.一种数据保护系统，包括：
一个或多个数据源，其被安排来发送要存储的数据；
主存储装置和辅助存储装置，其被安排来保存数据；
邻近主存储装置的抗灾难存储单元，其被安排来在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，临时存储和数据相关的记录，并且安排来当损坏主存储装置中的至少一些数据的事件发生时，利用抗灾难存储单元中的存储的记录和辅助存储装置中存储的至少部分数据来提供记录，以能够重建数据。
25.按照权利要求24所述的系统，还包括：
环境传感器，其被安排来感测主存储装置附近的环境条件；以及
处理器，其被安排来响应于感测的环境条件来预测事件，以及在预测事件后，命令抗灾难存储单元采用有线连接和无线连接中的至少之一来发送记录。
26.一种用于保护要发送存储在主存储装置和辅助存储装置中的数据的设备，包括：
抗灾难存储单元，其中包括：
抗灾难外壳，其被安排来保护包含在其内的部件以防御灾难性事件；
包含在外壳中的存储装置，其被安排来在等待辅助存储装置中成功存储数据的指示时，临时存储和数据相关的记录；以及
控制单元，其被安排来在损坏主存储装置中的至少一些数据的事件发生时，利用存储装置中存储的记录和辅助存储装置中存储的至少部分数据来提供记录，以能够重建数据；
传感器，其被安排来感测主存储装置附近的环境条件；以及
保护处理器，其被安排来响应于感测的环境条件来预测事件，以及响应于预测事件，命令抗灾难存储单元发送记录以保护数据。
27.按照权利要求26所述的设备，其中，控制单元被安排来响应于辅助存储装置发出的用于确认辅助存储装置中成功存储数据的确认，来从存储装置中删除记录。
28.按照权利要求26所述的设备，其中，控制单元被安排连接到辅助存储装置，从而提供记录以重建数据。
29.按照权利要求26所述的设备，其中，存储装置包含非易失性存储装置和可拆卸存储装置中的至少之一。
30.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，控制单元包含用以检测事件的检测机构，并且其中控制单元被安排来响应于检测事件而改变抗灾难存储单元的操作。
31.按照权利要求30所述的设备，其中，检测机构被安排来检测在抗灾难存储单元处的外部电源失电和通信故障中的至少之一。
32.按照权利要求30所述的设备，其中，抗灾难存储单元此外还包含无线发射机，其被安排来响应于检测事件从抗灾难存储单元发送记录。
33.按照权利要求32所述的设备，其中，抗灾难存储单元是两个或更多抗灾难存储单元中的一个，其被安排通过各自的无线链路分别发送两个或者更多不同的记录部分，以缩短记录的传输时间。
34.按照权利要求30所述的设备，其中，抗灾难存储单元此外还包含归航装置，其被安排来响应于检测事件，从抗灾难存储单元发送归航信号，以能够对抗灾难存储单元进行定位和恢复。
35.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，记录包含和数据相关的附加信息，该附加信息包含首发数据源地址、主存储装置地址、指示数据接收时间的时间戳、和在主存储装置中用以保存数据的存储地址中的至少之一。
36.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，传感器被安排来接收用户发出的人工指示以预测事件。
37.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，从一个或多个数据源接收数据，并且其中保护处理器被安排来响应于在抗灾难存储单元中记录的成功存储来发送确认消息，和在预测事件之后禁止发送随后的确认消息，以避免从一个或多个数据源接收另外的数据。
38.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，从一个或多个数据源接收数据，并且其中，保护处理器被安排来在预测事件之后控制从一个或多个数据源接收数据的速率。
39.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，从一个或多个数据源接收数据，并且其中保护处理器被安排来在预测事件之后只发送临时存储在抗灾难存储单元中的与源自一个或多个数据源的子设备的数据相关的后续记录。
40.按照权利要求26-29任意一项所述的设备，其中，把存储装置的容量和辅助存储装置待确认的数据的最大允许容量相匹配，以避免超出存储容量。
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