存儲設備快照技術原理
數據快速備份顯奇效----快照技術原理
隨着存儲應用需求的提高，用戶需要在線方式進行數據保護，快照就是在線存儲設備防範數據丟失的有效方法之一，越來越多的設備都開始支持這項功能。
越來越多的存儲設備支持快照功能，在這些產品的資料中宣傳了各自快照技術的優勢，有的是快照數量多，有的是佔用空間小。那麼，究竟什麼是快照技術？主要有哪些類型？接下來我們深入瞭解一下。
快照的定義與作用
SNIA（存儲網絡行業協會）對快照（Snapshot）的定義是：關於指定數據集合的一個完全可用拷貝，該拷貝包括相應數據在某個時間點（拷貝開始的時間點）的映像。快照可以是其所表示的數據的一個副本，也可以是數據的一個複製品。
而從具體的技術細節來講，快照是指向保存在存儲設備中的數據的引用標記或指針。我們可以這樣理解，快照有點像是詳細的目錄表，但它被計算機作爲完整的數據備份來對待。
快照有三種基本形式：基於文件系統式的、基於子系統式的和基於卷管理器/虛擬化式的，而且這三種形式差別很大。市場上已經出現了能夠自動生成這些快照的實用工具，比如有代表性的有NetApp的存儲設備基於文件系統實現，高中低端設備使用共同的操作系統，都能夠實現快照應用；HP的EVA、HDS通用存儲平臺以及EMC的高端陣列則實現了子系統式快照；而Veritas則通過卷管理器實現快照。
快照的作用主要是能夠進行在線數據恢復，當存儲設備發生應用故障或者文件損壞時可以進行及時數據恢復，將數據恢復成快照產生時間點的狀態。快照的另一個作用是爲存儲用戶提供了另外一個數據訪問通道，當原數據進行在線應用處理時，用戶可以訪問快照數據，還可以利用快照進行測試等工作。
因此，所有存儲系統，不論高中低端，只要應用於在線系統，那麼快照就成爲一個不可或缺的功能。
兩種類型
目前有兩大類存儲快照，一種叫做即寫即拷（copy-on-write）快照，另一種叫做分割鏡像快照。![]()
越來越多的存儲設備支持快照功能，在這些產品的資料中宣傳了各自快照技術的優勢，有的是快照數量多，有的是佔用空間小。那麼，究竟什麼是快照技術？主要有哪些類型？接下來我們深入瞭解一下。
快照的定義與作用
SNIA（存儲網絡行業協會）對快照（Snapshot）的定義是：關於指定數據集合的一個完全可用拷貝，該拷貝包括相應數據在某個時間點（拷貝開始的時間點）的映像。快照可以是其所表示的數據的一個副本，也可以是數據的一個複製品。
而從具體的技術細節來講，快照是指向保存在存儲設備中的數據的引用標記或指針。我們可以這樣理解，快照有點像是詳細的目錄表，但它被計算機作爲完整的數據備份來對待。
快照有三種基本形式：基於文件系統式的、基於子系統式的和基於卷管理器/虛擬化式的，而且這三種形式差別很大。市場上已經出現了能夠自動生成這些快照的實用工具，比如有代表性的有NetApp的存儲設備基於文件系統實現，高中低端設備使用共同的操作系統，都能夠實現快照應用；HP的EVA、HDS通用存儲平臺以及EMC的高端陣列則實現了子系統式快照；而Veritas則通過卷管理器實現快照。
快照的作用主要是能夠進行在線數據恢復，當存儲設備發生應用故障或者文件損壞時可以進行及時數據恢復，將數據恢復成快照產生時間點的狀態。快照的另一個作用是爲存儲用戶提供了另外一個數據訪問通道，當原數據進行在線應用處理時，用戶可以訪問快照數據，還可以利用快照進行測試等工作。
因此，所有存儲系統，不論高中低端，只要應用於在線系統，那麼快照就成爲一個不可或缺的功能。
兩種類型
目前有兩大類存儲快照，一種叫做即寫即拷（copy-on-write）快照，另一種叫做分割鏡像快照。
即寫即拷快照可以在每次輸入新數據或已有數據被更新時生成對存儲數據改動的快照。這樣做可以在發生硬盤寫錯誤、文件損壞或程序故障時迅速地恢復數據。但是，如果需要對網絡或存儲媒介上的所有數據進行完全的存檔或恢復時，所有以前的快照都必須可供使用。
即寫即拷快照是表現數據外觀特徵的“照片”。這種方式通常也被稱爲“元數據”拷貝，即所有的數據並沒有被真正拷貝到另一個位置，只是指示數據實際所處位置的指針被拷貝。在使用這項技術的情況下，當已經有了快照時，如果有人試圖改寫原始的LUN上的數據，快照軟件將首先將原始的數據塊拷貝到一個新位置（專用於複製操作的存儲資源池），然後再進行寫操作。以後當你引用原始數據時，快照軟件將指針映射到新位置，或者當你引用快照時將指針映射到老位置。
分割鏡像快照引用鏡像硬盤組上所有數據。每次應用運行時，都生成整個卷的快照，而不只是新數據或更新的數據。這種使離線訪問數據成爲可能，並且簡化了恢復、複製或存檔一塊硬盤上的所有數據的過程。但是，這是個較慢的過程，而且每個快照需要佔用更多的存儲空間。
分割鏡像快照也叫作原樣複製，由於它是某一LUN或文件系統上的數據的物理拷貝，有的管理員稱之爲克隆、映像等。原樣複製的過程可以由主機（Windows上的MirrorSet、Veritas的Mirror卷等）或在存儲級上用硬件完成（Clone、BCV、ShadowImage等）。
三種使用方法
具體使用快照時，存儲管理員可以有三種形式，即冷快照拷貝、暖快照拷貝和熱快照拷貝。
冷快照拷貝
進行冷快照拷貝是保證系統可以被完全恢復的最安全的方式。在進行任何大的配置變化或維護過程之前和之後，一般都需要進行冷拷貝，以保證完全的恢復原狀（rollback）。冷拷貝還可以與克隆技術相結合複製整個服務器系統，以實現各種目的，如擴展、製作生產系統的複本供測試/開發之用以及向二層存儲遷移。
即寫即拷快照是表現數據外觀特徵的“照片”。這種方式通常也被稱爲“元數據”拷貝，即所有的數據並沒有被真正拷貝到另一個位置，只是指示數據實際所處位置的指針被拷貝。在使用這項技術的情況下，當已經有了快照時，如果有人試圖改寫原始的LUN上的數據，快照軟件將首先將原始的數據塊拷貝到一個新位置（專用於複製操作的存儲資源池），然後再進行寫操作。以後當你引用原始數據時，快照軟件將指針映射到新位置，或者當你引用快照時將指針映射到老位置。
分割鏡像快照引用鏡像硬盤組上所有數據。每次應用運行時，都生成整個卷的快照，而不只是新數據或更新的數據。這種使離線訪問數據成爲可能，並且簡化了恢復、複製或存檔一塊硬盤上的所有數據的過程。但是，這是個較慢的過程，而且每個快照需要佔用更多的存儲空間。
分割鏡像快照也叫作原樣複製，由於它是某一LUN或文件系統上的數據的物理拷貝，有的管理員稱之爲克隆、映像等。原樣複製的過程可以由主機（Windows上的MirrorSet、Veritas的Mirror卷等）或在存儲級上用硬件完成（Clone、BCV、ShadowImage等）。
三種使用方法
具體使用快照時，存儲管理員可以有三種形式，即冷快照拷貝、暖快照拷貝和熱快照拷貝。
冷快照拷貝
進行冷快照拷貝是保證系統可以被完全恢復的最安全的方式。在進行任何大的配置變化或維護過程之前和之後，一般都需要進行冷拷貝，以保證完全的恢復原狀（rollback）。冷拷貝還可以與克隆技術相結合複製整個服務器系統，以實現各種目的，如擴展、製作生產系統的複本供測試/開發之用以及向二層存儲遷移。
暖快照拷貝
暖快照拷貝利用服務器的掛起功能。當執行掛起行動時，程序計數器被停止，所有的活動內存都被保存在引導硬盤所在的文件系統中的一個臨時文件（.vmss文件）中，並且暫停服務器應用。在這個時間點上，複製整個服務器（包括內存內容文件和所有的LUN以及相關的活動文件系統）的快照拷貝。在這個拷貝中，機器和所有的數據將被凍結在完成掛起操作時的處理點上。
當快照操作完成時，服務器可以被重新啓動，在掛起行動開始的點上恢復運行。應用程序和服務器過程將從同一時間點上恢復運行。從表面上看，就好像在快照活動期間按下了一個暫停鍵一樣。對於服務器的網絡客戶機看來，就好像網絡服務暫時中斷了一下一樣。對於適度加載的服務器來說，這段時間通常在30到120秒。
熱快照拷貝
在這種狀態下，發生的所有的寫操作都立即應用在一個虛硬盤上，以保持文件系統的高度的一致性。服務器提供讓持續的虛擬硬盤處於熱備份模式的工具，以通過添加REDO日誌文件在硬盤子系統層上覆制快照拷貝。
一旦REDO日誌被激活，複製包含服務器文件系統的LUN的快照是安全的。在快照操作完成後，可以發出另一個命令，這個命令將REDO日誌處理提交給下面的虛擬硬盤文件。當提交活動完成時，所有的日誌項都將被應用，REDO文件將被刪除。在執行這個操作過程中，會出現處理速度的略微下降，不過所有的操作將繼續執行。但是，在多數情況下，快照進程幾乎是瞬間完成的，REDO的創建和提交之間的時間非常短。
熱快照操作過程從表面上看基本上察覺不到服務器速度下降。在最差情況下，它看起來就是網絡擁塞或超載的CPU可能造成的一般服務器速度下降。在最好情況下，不會出現可察覺到的影響。
與鏡像、複製的區別
在與廣大存儲管理員進行交流時，他們問到最多的一個問題是：快照與鏡像以及複製的區別有哪些呢？
記者認爲鏡像、快照和複製是三種不同的功能。
鏡像是通過從一個I/O創建兩個I/O來複制數據。磁盤鏡像通過OS或卷管理軟件在主系統上創建。磁盤鏡像是依靠平臺和本地連接特性的本地選件。鏡像可用於DAS和SAN並且大多數NAS支持它。存儲轉發式鏡像磁盤子系統（例如，EMC SRDF, IBM PPRC, Hitachi TrueCopy）主要用於SAN產品。
複製是通過網絡傳輸數據對象（文件、表格等）。傳輸是從系統到系統進行的，而不是在存儲設備之間或子系統之間進行。複製一般也針對具體平臺，因此用於Windows 2000複製產品的運行方式與Unix平臺存在很大不同。
用戶選擇快照時要考慮的問題
暖快照拷貝利用服務器的掛起功能。當執行掛起行動時，程序計數器被停止，所有的活動內存都被保存在引導硬盤所在的文件系統中的一個臨時文件（.vmss文件）中，並且暫停服務器應用。在這個時間點上，複製整個服務器（包括內存內容文件和所有的LUN以及相關的活動文件系統）的快照拷貝。在這個拷貝中，機器和所有的數據將被凍結在完成掛起操作時的處理點上。
當快照操作完成時，服務器可以被重新啓動，在掛起行動開始的點上恢復運行。應用程序和服務器過程將從同一時間點上恢復運行。從表面上看，就好像在快照活動期間按下了一個暫停鍵一樣。對於服務器的網絡客戶機看來，就好像網絡服務暫時中斷了一下一樣。對於適度加載的服務器來說，這段時間通常在30到120秒。
熱快照拷貝
在這種狀態下，發生的所有的寫操作都立即應用在一個虛硬盤上，以保持文件系統的高度的一致性。服務器提供讓持續的虛擬硬盤處於熱備份模式的工具，以通過添加REDO日誌文件在硬盤子系統層上覆制快照拷貝。
一旦REDO日誌被激活，複製包含服務器文件系統的LUN的快照是安全的。在快照操作完成後，可以發出另一個命令，這個命令將REDO日誌處理提交給下面的虛擬硬盤文件。當提交活動完成時，所有的日誌項都將被應用，REDO文件將被刪除。在執行這個操作過程中，會出現處理速度的略微下降，不過所有的操作將繼續執行。但是，在多數情況下，快照進程幾乎是瞬間完成的，REDO的創建和提交之間的時間非常短。
熱快照操作過程從表面上看基本上察覺不到服務器速度下降。在最差情況下，它看起來就是網絡擁塞或超載的CPU可能造成的一般服務器速度下降。在最好情況下，不會出現可察覺到的影響。
與鏡像、複製的區別
在與廣大存儲管理員進行交流時，他們問到最多的一個問題是：快照與鏡像以及複製的區別有哪些呢？
記者認爲鏡像、快照和複製是三種不同的功能。
鏡像是通過從一個I/O創建兩個I/O來複制數據。磁盤鏡像通過OS或卷管理軟件在主系統上創建。磁盤鏡像是依靠平臺和本地連接特性的本地選件。鏡像可用於DAS和SAN並且大多數NAS支持它。存儲轉發式鏡像磁盤子系統（例如，EMC SRDF, IBM PPRC, Hitachi TrueCopy）主要用於SAN產品。
複製是通過網絡傳輸數據對象（文件、表格等）。傳輸是從系統到系統進行的，而不是在存儲設備之間或子系統之間進行。複製一般也針對具體平臺，因此用於Windows 2000複製產品的運行方式與Unix平臺存在很大不同。
用戶選擇快照時要考慮的問題
- 1、 創建快照是否對性能產生影響？
- 2、 每個快照需要多少存儲空間？
- 3、 每個卷能夠最多產生多少快照？
- 4、 對快照的管理使用是否方便？
- 5、 有無有效的集成快照管理工具？
- 6、 是否支持各種類型快照功能？
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