ZStack 技術(shù)白皮書 -快照和備份的區(qū)別

0快照和備份的區(qū)別0ZStack實(shí)踐匯|快照和備份的區(qū)別作者：邵悠鋒對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，最重要的就是數(shù)據(jù)。可以說(shuō)數(shù)據(jù)是企業(yè)的生命，數(shù)據(jù)的破壞、丟失都會(huì)給企業(yè)造成巨大的損失，所以數(shù)據(jù)的保護(hù)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)的保護(hù)方案可以分為快照和備份，那么這兩種方案有什么區(qū)別，又分別適用于什么場(chǎng)景呢？首先，我們需要明確一點(diǎn)，快照不是備份，當(dāng)數(shù)據(jù)處于危險(xiǎn)時(shí)，快照和備份可做的事情是不一樣的，兩種不同的機(jī)制是用來(lái)應(yīng)對(duì)不同需求的。概括地說(shuō)，快照是保存數(shù)據(jù)狀態(tài)的方式，以便于能夠及時(shí)恢復(fù)到該點(diǎn)。以下是存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì)（以下簡(jiǎn)稱SNIA）對(duì)快照的定義：Atypeofpointintimecopythatpreservesthestateofdataataninstantintime,bystoringonlythoseblocksthataredifferentfromanalreadyexistingfullcopyofthedata快照是一個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)的保護(hù)，只保存那些完整拷貝以外有變化的數(shù)據(jù)。換言之，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，快照是不會(huì)保存額外數(shù)據(jù)的，快照可以看成是對(duì)某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)的凍結(jié)。目前行業(yè)內(nèi)快照實(shí)現(xiàn)有兩種方式，COW（CopyOnWrite）和ROW（RedirectOnWrite這兩種方式的區(qū)別是：當(dāng)數(shù)據(jù)有變化時(shí)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊的處理方式也會(huì)不同。首先看COW，快照生成后，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)的寫入，那么快照卷的指針還是指向原始卷的數(shù)據(jù)塊。一旦有數(shù)據(jù)寫入，比如寫入此處的E數(shù)據(jù)塊，系統(tǒng)會(huì)重新分配一個(gè)數(shù)據(jù)塊，將E的數(shù)據(jù)整體拷貝到新的數(shù)據(jù)塊中，然后原來(lái)E的位置寫入新數(shù)據(jù)，計(jì)為I。相應(yīng)的，快照卷對(duì)E的指針需要指向新的數(shù)據(jù)塊，而原始卷的指針指向是不變的。再看ROW，和COW的不同之處在于，如果有數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，則分配數(shù)據(jù)塊將修改的數(shù)據(jù)寫入新的空間記為I，然后將原始卷的指針指向I，快照卷不做任何改動(dòng)。從以上的分析可以看到，COW的優(yōu)勢(shì)在于：原始卷的物理塊是連續(xù)的，沒(méi)有碎片，缺點(diǎn)則是寫放大了，本來(lái)1個(gè)寫現(xiàn)在變成3個(gè)寫，原始數(shù)據(jù)、快照指針指向、新數(shù)據(jù)，所以COW適合讀多寫少的業(yè)務(wù)；ROW的優(yōu)勢(shì)是：寫性能比COW更好，1個(gè)寫變成2個(gè)寫，原始卷指針指向、新數(shù)據(jù)，但缺點(diǎn)是原始卷物理塊不連續(xù)，會(huì)導(dǎo)致讀性能較低，刪除快照需要將原始卷指針修改，將數(shù)據(jù)提交至原始物理塊，快照越大越消耗時(shí)間，故而ROW適合寫密集型業(yè)務(wù)。從快照原理上可以看到，快照其實(shí)還是對(duì)原始卷有依賴，快照卷中大部分的指針依然會(huì)指向原始卷的數(shù)據(jù)塊，如果有某個(gè)數(shù)據(jù)塊損壞，很有可能快照是無(wú)法恢復(fù)的，因?yàn)橛锌赡軗p壞的數(shù)據(jù)塊就是沒(méi)有變化過(guò)的。所以快照的作用是對(duì)一些操作的臨時(shí)回滾，是一個(gè)臨時(shí)手段。比如開發(fā)測(cè)試環(huán)境，以及生產(chǎn)環(huán)境做一些可能會(huì)影響操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的操作，可以用快照做一個(gè)臨時(shí)的保障，在異常時(shí)快速回滾到正常狀態(tài)。另外，快照如果創(chuàng)建的太多了，會(huì)極大的影響業(yè)務(wù)的性能，快照的各種鏈接會(huì)使得數(shù)據(jù)的讀寫變的非常復(fù)雜，同時(shí)也會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間。所以，一般生產(chǎn)不建議使用快照，一定要使用快照的話，也是在進(jìn)行危險(xiǎn)的操作時(shí)，如可能損壞系統(tǒng)的操作系統(tǒng)更新或配置變動(dòng)一個(gè)典型的快照應(yīng)用就是windows還原點(diǎn)，將系統(tǒng)的部分信息存放在C盤某個(gè)位置，并且不影響個(gè)人的文件，可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)迅速還原。2備份同樣看下SNIA對(duì)備份的定義：Acollectionofdatastoredon(usuallyremovable)non-volatilestoragemediaforpurposesofrecoveryincasetheoriginalcopyofdataislostorbecomesinaccessible;alsocalledabackupcopy.Tobeusefulforrecovery,abackupmustbemadebycopyingthesourcedataimagewhenitisinaconsistentstate.簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)備份就是對(duì)數(shù)據(jù)的一個(gè)完整的拷貝，是新增加了一個(gè)一致性的副本，在原始卷因?yàn)?zāi)難或人為錯(cuò)誤而損壞的情況下，能夠?yàn)槟峁┗謴?fù)的可能性。與快照不同的是，備份獨(dú)立于原始卷，可以輕松導(dǎo)出并存儲(chǔ)到其他地方。備份的類型可以分為全量備份、增量備份、差異備份三種。全量備份顧名思義就是把整個(gè)數(shù)據(jù)都備份下來(lái)，全量備份的數(shù)據(jù)完整性最好，可以提供最好的數(shù)據(jù)保護(hù)，恢復(fù)速度也非?？?，但是全量備份占用的空間非常大，可能會(huì)造成磁盤的浪費(fèi)，而且因?yàn)槭亲鏊袛?shù)據(jù)的備份，數(shù)據(jù)量越大備份的時(shí)間就越長(zhǎng)。增量備份是備份上一次備份之后發(fā)生變化的數(shù)據(jù)量，第一次做增量備份必然會(huì)做一個(gè)全量備份，后續(xù)所有的備份操作都是增量。增量備份會(huì)形成一條備份鏈，除了第一次的全量備份以外，后續(xù)所有增量備份都需要依賴于前一次備份的數(shù)據(jù)，如果一旦有某個(gè)中間的備份數(shù)據(jù)損壞或者丟失，那么在這個(gè)點(diǎn)以后的所有備份就全部失效了；如果要進(jìn)行恢復(fù)，必須沿著從全量備份到指定時(shí)間點(diǎn)增量備份的順序來(lái)進(jìn)行恢復(fù)，這就使得恢復(fù)時(shí)間會(huì)變得很長(zhǎng)，但是相對(duì)的，相比較于全量備份，每個(gè)增量備份的備份數(shù)據(jù)量非常小，只有上次備份以后發(fā)生變化的量，所以備份時(shí)間也非常短。差異備份是備份上一次全量備份之后發(fā)生變化的數(shù)據(jù)量，第一次做差異備份必然會(huì)做一個(gè)全量備份，后續(xù)所有的備份操作都是和全量備份相比發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，只需對(duì)第一次全量備份和最后一次差異備份進(jìn)行恢復(fù)。差異備份避免了全量備份和增量備份的缺陷，同時(shí)又具備了它們各自的優(yōu)點(diǎn)。首先，它具有增量備份的備份時(shí)間短、節(jié)省磁盤空間的優(yōu)勢(shì)；其次，它又具有全量備份恢復(fù)時(shí)間短的特點(diǎn)，管理員只需要第一次全量備份和最后一次差異備份兩份數(shù)據(jù)即可。差異備份的缺點(diǎn)是會(huì)存在一定量的重復(fù)數(shù)據(jù)，之前的差異備份數(shù)據(jù)都和最后一份差異備份數(shù)據(jù)有重復(fù)，當(dāng)然可以根據(jù)設(shè)定的保留策略將多余的數(shù)據(jù)刪除。從備份原理上可以看到，備份是拷貝出新的副本，是長(zhǎng)久的數(shù)據(jù)保存方式，適用于對(duì)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保護(hù)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤或者丟失時(shí)，可以進(jìn)行快速恢復(fù)，以保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。其實(shí)備份過(guò)程中也用到了快照技術(shù)，一般要進(jìn)行備份時(shí)都會(huì)做一個(gè)臨時(shí)快照，把數(shù)據(jù)進(jìn)行凍結(jié)，然后把快照的內(nèi)容拷貝一份，最后刪除快照。備份的時(shí)間點(diǎn)一般會(huì)選擇凌晨業(yè)務(wù)量低谷的時(shí)候，以避免備份數(shù)據(jù)的不一致性。3快照和備份對(duì)比一句話來(lái)對(duì)比：快照是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的某一時(shí)刻的狀態(tài)記錄，備份則是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的某一個(gè)時(shí)刻的副本，這是兩種完全不同的概念。來(lái)詳細(xì)對(duì)比下快照和各種不同類型的備份方式的差異：通過(guò)之前的概念介紹，我們可以了解到：全量備份是對(duì)所有數(shù)據(jù)的一個(gè)拷貝，會(huì)將數(shù)據(jù)保存在不同的地方，和原始卷沒(méi)有任何關(guān)系，是獨(dú)立的存在；而快照還是依賴于原始卷，并且只有變化的數(shù)據(jù)塊才會(huì)拷貝。增量備份是將上次備份之后變化的數(shù)據(jù)拷貝出來(lái)，和原始卷是沒(méi)有依賴關(guān)系的，但是和上次的備份之間有依賴關(guān)系，會(huì)有一條依賴鏈接，一直鏈接到上次的全量備份。差異備份是將上次全量備份之后變化的數(shù)據(jù)拷貝出來(lái)，同樣也是和原始卷沒(méi)有依賴關(guān)系的，差異備份之間也沒(méi)有任何關(guān)系，但是和上次的全量備份之間有依賴。對(duì)比COW，COW的快照之間沒(méi)有依賴關(guān)系，但是都和原始卷有依賴，對(duì)于變化的數(shù)據(jù)塊，會(huì)分配新的數(shù)據(jù)塊將老的數(shù)據(jù)拷貝過(guò)去。對(duì)比ROW，ROW的快照之間會(huì)有快照鏈，也和原始卷有依賴，當(dāng)刪除快照的時(shí)候，因?yàn)橐褦?shù)據(jù)都提交給原始卷，所以會(huì)把此