存储快照技术详解

存储快照技术广泛的应用于在数据保护系统上。

这项技术可以显著的缩短恢复时间对象RTO以及恢复目标对象RPO.本文将介绍不同的存储快照技术以及他们分别的优势和劣势。

如下是六种常见的存储快照技术：写入即复制写入即转存克隆或者镜像剥离后台复制下的写入即复制增量可持续性数据保护写入即复制式快照写入即复制式快照技术存储快照技术的一种，要求先预留足够的存储空间用做快照内容的存放，之后将会对卷进行快照操作然后存放在之前预留的空间里。

在这个初始创建快照的操作中，写入即复制快照技术仅保存那些原始数据存放的位置，却不会拷贝那些真实的数据。

这就能确保快照是实时的，且几乎不会对整个系统造成影响。

之后，快照和之前的卷进行比对，来定位那些内容做出改动的数据块。

当数据库被改变的时候，原始数据先会被复制到特定的保留区用作快照使用，之后原始的数据才被覆盖。

被快照的原始数据块仅当第一次做出更改的时候才会被复制。

整个过程可以保证快照数据和快照发生时的时间戳是连续的，这也是为什么被称为写入即复制。

对于那些没用被改变数据的读请求会被直接重定向到原来的卷上。

而对被改变后数据的读请求会被重定向到快照上的被复制的数据块上。

每一份快照都包含了用于描述自从第一份镜像创建以来更改的数据块的信息。

存储快照技术中写入即复制式快照的主要优势是它的空间利用的效率。

由于保留的快照存储空间仅仅是用于保存更改的数据，这样就大大的节省了空间。

然而这项技术的很明显的一个缺点就是这会降低原始卷的性能。

这样说是因为对原始卷的写请求需要先等待原始数据先被复制到快照后才能开始写入。

这样以来，写入即复制机制的一个重要方面就是每份快照都需要一份可用的原始数据副本。

写入即转存式快照写入即转存式快照存储快照技术的一种和写入即复制式快照相似，然而不同之处在于，它解决了双重写入导致的性能问题。

写入即转存式快照同样也提供了和写入即复制式快照类似的较高空间利用率的快照服务。

之所以写入即转存式快照方式会避免写入带来的性能问题是由于所有对原始卷的写入操作都会重定向到转为快照预留的存储空间上。

写入即转存式快照方式将新的写入操作由两次压缩为一次。

这样而来，写入操作就不必先将原始数据的一份拷贝写入磁盘存储空间，再写入另一份有变动的数据拷贝的两次操作，唯一需要做的就是对更改的数据作出写入操作。

随着写入即转存式快照方式的应用，原始拷贝都会包含一份及时的快照数据，有改动的数据也不再会存放在快照存储上。

在快照删除的时候会稍显复杂。

需要被删除的快照首先会被拷贝，以确保和原始卷的连续性。

随着更多快照的创建，复杂的程度也呈指数上升。

复杂程度不仅限于对原始数据访问上，对快照数据以及原始卷的追逐定位和快照删除上的复杂也是需要考虑的。

如果快照依赖的原始数据受到损害，将会带来比较严重的后果。

以上就是本文对常见的存储快照技术以及优劣势的分析，希望对大家会有帮助。

磁盘在磁盘硬件监测上，你也有类似的问题。

磁盘存在一个通用的错误值集合，这些错误值由SMART 技术予以定义并加以搜集。

如果你有JBOD(简单磁盘捆绑)或者低端的RAID(独立磁盘冗余阵列)，那么你可以购买一个软件包来帮助你搜集SMART数据。

那么对于我们这些拥有来自大型厂商的大型RAID系统的用户来说又会怎样呢？所有这些厂商都会监测SMART统计数据，并根据它们所搜集的来自驱动器厂商的信息、历年来所搜集的统计信息，以及某些情况下的性能要求，来主动地停止驱动器的运作，比如一些厂商会选择替换驱动器而不是选择重试低性能的驱动器。

对于一些使用SATA(串行ATA)驱动器的厂商来说，尤其如此。

所有这些都很好，但是你对此毫无所知，因为所有这些都是由RAID控制器来完成和管理的，你根本就看不到它们。

因此，我还在想，这种情况会不会有什么问题？我觉得是有一些问题和值得担忧的地方。

●就像培根先生所说的那样，知识就是力量。

我想知道RAID控制器里所发生的事情，决策是如何做出的，以及为什么磁盘控制器会出现故障。

●RAID厂商们在看到一些情况后一般会怎么做呢？在过去的10年中，我看到了很多次故障率非常高的情况，特别是在新驱动器的早期发布上。

如果我早知道这些统计数据，我就可以更加积极主动地和厂商沟通这些故障(当然，他们很可能不想让我知道)。

●错误信息都没有被整合到环境中去，而我所能获得的就是一些SNMP警告，或者如果登录到RAID 控制器本身，我可能会得到更多的细节。

因此，基于这些理由，我非常希望RAID厂商能够提供关于他们底层所做的事情方面的数据，这样我可以做出更好的决策。

问题是你如何让所有这些信息都进入到企业监测框架中去呢？答案是：不容易。

信道误码率光纤通道和一些其他技术有10E12th比特的信道误码率，但是通过错误纠正代码，可以获得更高的正确率。

就我所闻而言，光纤通道的误码率可以纠正到大约10E21st比特。

也就是说，在每10E21st 比特的信息中可能会因为没有将一个误码监测为误码，或者因为错误地纠正一个误码而得到一个误码。

这个比特数很高，这是一件好事，但是一直以来我所面临的问题是：如果信道开始衰减(见《当比特变坏》)那么会发生什么？如果误码率为10E12th的信道开始衰减，那么会如何影响10E21st的误码纠错率，而信道会何时开始衰减？如果误码率为10E11th或者10E10th时又如何呢？至少，我还没有从公开的渠道中获得任何答案。

无论是什么数字，误码纠错率都会以非线性的形式急速下降。

在这个领域中，我还是没有发现公开的答案，但我自己估计，大概会以4到5倍的数量级下降。

这也就是我为什么希望搜集这种类型的错误信息的原因，因为这样我就可以对整个数据通路进行相关分析。

实际上，在整个数据通路上，都可以得到很多的错误统计数据和信息，问题是没有一个统一的管理工具来获得所有这些信息。

我经常要利用很多工具和脚本来确定问题所在并进行相关分析。

随着存储环境越来越复杂，将低层次数据、所有的数据通路错误以及警告联系起来肯定是一件非常好的事情。

SNMP警告则仅仅是警告，因为几乎任何时候，它们都不会提供足够的信息来告诉你是因为什么原因导致了警告。

也许我问得太多了，但是如果这个问题得到了解决，那么肯定会有很多人从中受益。

随着存储应用需求的提高，用户需要在线方式进行数据保护，快照就是在线存储设备防范数据丢失的有效方法之一，越来越多的设备都开始支持这项功能。

越来越多的存储设备支持快照功能，在这些产品的资料中宣传了各自快照技术的优势，有的是快照数量多，有的是占用空间小。

那么，究竟什么是快照技术？主要有哪些类型？接下来我们深入了解一下。

快照的定义与作用SNIA（存储网络行业协会）对快照（Snapshot）的定义是：关于指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点（拷贝开始的时间点）的映像。

快照可以是其所表示的数据的一个副本，也可以是数据的一个复制品。

而从具体的技术细节来讲，快照是指向保存在存储设备中的数据的引用标记或指针。

我们可以这样理解，快照有点像是详细的目录表，但它被计算机作为完整的数据备份来对待。

快照有三种基本形式：基于文件系统式的、基于子系统式的和基于卷管理器/虚拟化式的，而且这三种形式差别很大。

市场上已经出现了能够自动生成这些快照的实用工具，比如有代表性的有NetApp的存储设备基于文件系统实现，高中低端设备使用共同的操作系统，都能够实现快照应用；HP的EVA、HDS通用存储平台以及EMC的高端阵列则实现了子系统式快照；而Veritas则通过卷管理器实现快照。

快照的作用主要是能够进行在线数据恢复，当存储设备发生应用故障或者文件损坏时可以进行及时数据恢复，将数据恢复成快照产生时间点的状态。

快照的另一个作用是为存储用户提供了另外一个数据访问通道，当原数据进行在线应用处理时，用户可以访问快照数据，还可以利用快照进行测试等工作。

因此，所有存储系统，不论高中低端，只要应用于在线系统，那么快照就成为一个不可或缺的功能。

两种类型目前有两大类存储快照，一种叫做即写即拷（copy-on-write）快照，另一种叫做分割镜像快照。

即写即拷快照可以在每次输入新数据或已有数据被更新时生成对存储数据改动的快照。

这样做可以在发生硬盘写错误、文件损坏或程序故障时迅速地恢复数据。

但是，如果需要对网络或存储媒介上的所有数据进行完全的存档或恢复时，所有以前的快照都必须可供使用。

即写即拷快照是表现数据外观特征的“照片”。

这种方式通常也被称为“元数据”拷贝，即所有的数据并没有被真正拷贝到另一个位置，只是指示数据实际所处位置的指针被拷贝。

在使用这项技术的情况下，当已经有了快照时，如果有人试图改写原始的LUN上的数据，快照软件将首先将原始的数据块拷贝到一个新位置（专用于复制操作的存储资源池），然后再进行写操作。

以后当你引用原始数据时，快照软件将指针映射到新位置，或者当你引用快照时将指针映射到老位置。

分割镜像快照引用镜像硬盘组上所有数据。

每次应用运行时，都生成整个卷的快照，而不只是新数据或更新的数据。

这种使离线访问数据成为可能，并且简化了恢复、复制或存档一块硬盘上的所有数据的过程。

但是，这是个较慢的过程，而且每个快照需要占用更多的存储空间。

分割镜像快照也叫作原样复制，由于它是某一LUN或文件系统上的数据的物理拷贝，有的管理员称之为克隆、映像等。

原样复制的过程可以由主机（Windows上的MirrorSet、Veritas 的Mirror卷等）或在存储级上用硬件完成（Clone、BCV、ShadowImage 等）。

三种使用方法具体使用快照时，存储管理员可以有三种形式，即冷快照拷贝、暖快照拷贝和热快照拷贝。

冷快照拷贝进行冷快照拷贝是保证系统可以被完全恢复的最安全的方式。

在进行任何大的配置变化或维护过程之前和之后，一般都需要进行冷拷贝，以保证完全的恢复原状（rollback）。

冷拷贝还可以与克隆技术相结合复制整个服务器系统，以实现各种目的，如扩展、制作生产系统的复本供测试/开发之用以及向二层存储迁移。

暖快照拷贝暖快照拷贝利用服务器的挂起功能。

当执行挂起行动时，程序计数器被停止，所有的活动内存都被保存在引导硬盘所在的文件系统中的一个临时文件（.vmss文件）中，并且暂停服务器应用。

在这个时间点上，复制整个服务器（包括内存内容文件和所有的LUN以及相关的活动文件系统）的快照拷贝。

在这个拷贝中，机器和所有的数据将被冻结在完成挂起操作时的处理点上。

当快照操作完成时，服务器可以被重新启动，在挂起行动开始的点上恢复运行。

应用程序和服务器过程将从同一时间点上恢复运行。

从表面上看，就好像在快照活动期间按下了一个暂停键一样。

对于服务器的网络客户机看来，就好像网络服务暂时中断了一下一样。

对于适度加载的服务器来说，这段时间通常在30到120秒。