SNIA(存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會)對快照(Snapshot)的定義是:關(guān)于指定數(shù)據(jù)集合的一個完全可用拷貝,該拷貝包括相應(yīng)數(shù)據(jù)在某個時間點(diǎn)(拷貝開始的時間點(diǎn))的映像?煺湛梢允瞧渌硎镜臄(shù)據(jù)的一個副本,也可以是數(shù)據(jù)的一個復(fù)制。
一、快照的價值
(1)快速備份和恢復(fù):快照可迅速生成,并可用作傳統(tǒng)備份和歸檔的數(shù)據(jù)源,縮小甚至消除備份窗口;快照存儲在磁盤上,可以快速直接存取,大大提高數(shù)據(jù)恢復(fù)的速度。
(2)保存多個恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo):基于磁盤的快照使存儲設(shè)備有靈活和頻繁的恢復(fù)點(diǎn),可以快速通過不同時間點(diǎn)的快照恢復(fù)數(shù)據(jù)。
(3)重新定義數(shù)據(jù)用途:快照提供一份接近實(shí)況數(shù)據(jù)的拷貝,可供測試、歸檔、查詢使用,既保護(hù)生產(chǎn)系統(tǒng)又賦予備份數(shù)據(jù)新的用途。
二、常見的快照技術(shù)
主要分為全拷貝快照和差分快照。全拷貝快照需要復(fù)制整個數(shù)據(jù)集,主要通過分離鏡像來實(shí)現(xiàn)。全拷貝快照的特點(diǎn)是空間占用上每一次全拷貝快照需要與源盤相同大小的數(shù)據(jù)空間;創(chuàng)建過程中每一次全拷貝快照都需要完全數(shù)據(jù)同步;創(chuàng)建完畢后原卷的讀操作不受影響,原卷的寫操作受數(shù)據(jù)同步的影響。
差分快照: 與全拷貝快照相比,差分快照僅處理上次快照之后出現(xiàn)的增量,這類快照需要較少的磁盤空間,但是需要更多的系統(tǒng)處理開銷。差分快照有幾種實(shí)現(xiàn)形式,常見的有寫即拷貝(CoW)、寫即重定向(RoW)和隨處寫(WA)。
寫即拷貝(CoW)快照的寫入和讀取的大致流程是:在創(chuàng)建快照之前向源卷上地址1 的塊中寫入數(shù)據(jù)p,然后創(chuàng)建快照,再向源卷上地址6 的塊中寫入數(shù)據(jù)z,此時CoW 方式快照先將源卷地址6 塊上的數(shù)據(jù)g 拷貝到快照的數(shù)據(jù)空間,同時將在源卷上的舊地址和快照卷上的新地址的對應(yīng)關(guān)系加入快照索引,最后將數(shù)據(jù)z 寫入地址6 的塊中。
從快照卷上讀取數(shù)據(jù)時,通過查看快照索引來判斷源卷上要讀取的塊是否被更新過,如沒被更新,則從源卷讀取數(shù)據(jù),如被更新過,則從快照卷上讀取原始數(shù)據(jù)。
寫即拷貝快照的特點(diǎn)是源卷保持最新狀態(tài)。在執(zhí)行一個新的寫操作時,首先讀出寫操作將要覆蓋地址的當(dāng)前數(shù)據(jù),然后將讀出的數(shù)據(jù)保存至快照空間并建立索引,新的寫操作將數(shù)據(jù)寫入源卷;建立快照后,對源卷的讀路徑基本無影響,源卷的寫操作,受向快照卷拷貝原始數(shù)據(jù)的影響,效率有所降低,對快照進(jìn)行讀寫時,因為需要查詢索引,對讀寫路徑都有影響。
寫即重定向(RoW)快照的寫入和讀取的大致流程是:在創(chuàng)建快照之前向源卷上地址1 的塊中寫入數(shù)據(jù)p,然后創(chuàng)建快照,再向源卷上地址6 的塊上寫入數(shù)據(jù)z,與CoW 方式不同的是,RoW 方式的快照在處理時將新數(shù)據(jù)不是寫入源卷而是寫入快照卷,源卷地址6 上的數(shù)據(jù)保持不變。
RoW方式的快照特點(diǎn)是在源卷執(zhí)行新的寫操作時新數(shù)據(jù)被寫入快照空間并索引;讀源卷時先檢索快照索引,如果在快照索引中有記錄則從快照卷上讀取數(shù)據(jù);讀快照卷時,只需從源卷讀取數(shù)據(jù);當(dāng)快照取消時,寫日志必須全部執(zhí)行以保證源卷數(shù)據(jù)被同步更新。創(chuàng)建快照之后,對卷的寫操作基本無影響,源卷的讀路徑因為要查詢快照索引會受影響。
隨處寫(WA)快照的實(shí)現(xiàn)以 NetApp 的WAFL 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)比較典型,WAFL 文件系統(tǒng)本身可以理解成數(shù)據(jù)塊的樹型組織結(jié)構(gòu),其根部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了inode 文件信息。這份根inode 文件信息包含了對文件系統(tǒng)的所喲inode 的描述,它包含諸如空閑塊圖和空閑 inode 圖等元數(shù)據(jù)信息。WAFL通過對根inode 做一個完全相同的拷貝來建立新的快照,當(dāng)創(chuàng)建了快照的inode 之后,它所指向的數(shù)據(jù)塊與實(shí)際文件系統(tǒng)的根inode 所指的數(shù)據(jù)塊完全一致。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)修改原文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)塊C 時,WAFL 在隨機(jī)找到的數(shù)據(jù)塊C’上寫入新數(shù)據(jù),并將原文件系統(tǒng)指向新的數(shù)據(jù)塊,而快照的inode指向沒有修改的數(shù)據(jù)塊C。
WA 方式快照的特點(diǎn)是磁盤塊被虛擬化,新的寫操作定向到空閑塊,而不是直接覆蓋原數(shù)據(jù)塊;其性能通常不受創(chuàng)建快照的影響,但是會受到磁盤碎片的影響。
三、總結(jié)
快照技術(shù)是一種有效防范數(shù)據(jù)丟失的方法,對于數(shù)據(jù)恢復(fù)是一個很有效的方法,它廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)存儲領(lǐng)域,對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲起著不可替代的作用。
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本文標(biāo)題:快照技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)存儲的應(yīng)用探索
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