Обзор

В этой статье описываются определение и преимущества системы HyperSnap.

Предисловие

С быстрым развитием информационных технологий объемы данных предприятий резко увеличились, что сделало резервное копирование данных более важным процессом, чем когда-либо. Традиционно критически важные данные резервируются периодически. Однако традиционные подходы к резервному копированию данных имеют следующие проблемы:

• Затрачивается большое количество времени и системных ресурсов, что приводит к высоким затратам на резервное копирование. Кроме того, традиционные системы страдают от высоких RTO и RPO.

• Окно резервного копирования и время приостановки обслуживания относительно продолжительны и не могут удовлетворить критически важные требования к обслуживанию.

Столкнувшись с экспоненциальным ростом данных, системные администраторы предприятий вынуждены сократить окно резервного копирования. Для решения этих проблем с резервным копированием были разработаны многочисленные технологии резервного копирования и защиты данных, характеризующиеся коротким или даже нулевым окном резервного копирования.

• RTO — это продолжительность времени, в течение которого данные службы должны быть восстановлены после аварии. Он использует момент времени восстановления в качестве цели и гарантирует, что система аварийного восстановления мгновенно берет на себя обслуживание.

• RPO — это политика переключения сервисов, обеспечивающая минимальную потерю данных. Он использует точку восстановления данных в качестве цели и гарантирует, что данные, используемые для переключения аварийного восстановления, являются последними данными резервного копирования.

• Окно резервного копирования — это оптимальное время для выполнения резервного копирования без серьезного влияния на работу приложения.

Snapshot — это одна из технологий резервного копирования данных для файловых систем. Как и фотосъемка, моментальный снимок предназначен для мгновенного создания копии состояния целевого приложения на определенный момент времени, что позволяет выполнять резервное копирование данных без выгрузки больших объемов данных и, таким образом, удовлетворяет высокие требования предприятий к непрерывности бизнеса и надежности данных.

Системы хранения OceanStor Dorado могут создавать моментальные снимки файловой системы только для чтения.

Определение

В системах хранения данных Huawei OceanStor Dorado на флэш-дисках HyperSnap для файловых систем представляет собой технологию резервного копирования, которая может создавать непротиворечивую копию исходной файловой системы в определенный момент времени, не затрагивая службы. Копия доступна сразу после создания. Последующие изменения данных или запись в файловую систему не повлияют на данные снимка. Снимки файловой системы доступны только для чтения, и вы не можете записывать данные в снимки. К данным моментального снимка можно получить доступ из .snapshot каталога в общей папке файловой системы.

HyperSnap для файловых систем имеет следующие преимущества:

• Поддерживает онлайн-резервное копирование без необходимости остановки служб.

• Если исходная файловая система не изменилась со времени предыдущего моментального снимка, моментальный снимок не занимает дополнительного места для хранения; если исходная файловая система была изменена, требуется лишь небольшое количество места для хранения измененных данных.

• Позволяет быстро восстановить исходные данные.

Преимущества

Принцип работы

Моментальный снимок файловой системы — это копия исходной файловой системы на определенный момент времени. Моментальные снимки файловой системы создаются быстро и занимают небольшой объем памяти.

Концепции

• Исходная файловая система
  Файловая система, содержащая исходные данные, для которых необходимо создать снимок.

• Моментальный снимок файловой системы только для чтения
  Копия исходной файловой системы на определенный момент времени. На основе совместного использования NFS сервер приложений может прочитать моментальный снимок файловой системы.

• Указатель блока (BP)
  Метаданные, которые записывают места хранения блоков данных в файловой системе.

• Перенаправление при записи (ROW)
  Основная технология, используемая для создания моментальных снимков файловой системы. Когда исходная файловая система получает запрос на запись для изменения существующих данных, система хранения записывает новые данные в новое место и направляет BP измененного блока данных в новое место.
  

Принцип реализации HyperSnap

После включения HyperSnap система создает снимок файловой системы. После создания моментального снимка он совместно использует таблицу сопоставления исходной файловой системы. Кроме того, создание моментального снимка не влияет на производительность чтения или записи данных исходной файловой системы. Снимок доступен только для чтения.

Рисунок 1-2 Создание снимка

Как показано в, исходные данные в исходной файловой системе — ABCDE. После создания моментального снимка он совместно использует таблицу сопоставления исходной файловой системы. На рисунке от L0 до L4 — логические адреса, от P0 до P8 — физические адреса, а от A до E — данные.

Рисунок 1-3 Запись данных в исходную файловую систему

После создания моментального снимка хост записывает данные F и G в L0 и L2 исходной файловой системы. Поскольку используется механизм перенаправления при записи (ROW), хост напрямую обращается к новым физическим адресам P5 и P6 для записи данных, а исходные адреса P0 и P2 ссылаются на моментальный снимок. Моментальный снимок не изменяет процесс записи исходной файловой системы и не вызывает дополнительных накладных расходов. Это позволяет избежать потери производительности.

Вы можете настроить службу общего доступа NFS или CIFS в системе хранения для совместного использования файловых систем с клиентами. Снимок файловой системы доступен только для чтения. После создания моментального снимка клиентские приложения могут получить доступ к указанному общему пути (.snapshot каталог) в файловой системе для чтения данных исходной файловой системы на момент создания моментального снимка.

Доступ к моментальному снимку можно получить любым из следующих способов:

• .snapshot каталог виден в определенном каталоге (общий корневой каталог или каталог dtree файловой системы). Вы можете получить доступ к снимку через .snapshot каталог.

• Вы можете пойти в.моментальный снимок каталог из любого каталога. Отображаются все снимки каталога.

• Вы можете ввести конкретный путь для перехода к.моментальный снимок каталог из любого каталога и получить доступ к моментальному снимку. Доступ к моментальному снимку, который не защищает предыдущий каталог, невозможен.

Далее используется клиент Linux в качестве примера для описания трех предыдущих режимов доступа к моментальным снимкам:

Предположим, что корневой каталог файловой системы содержит каталоги d1 и d2, а файловая система имеет снимки s1, s2 и s3. s1 и s2 защищают d1, а s3 защищает d2. Общий ресурс создается с использованием корневого каталога.

• Вы можете увидеть .snapshot каталог в общем корневом каталоге файловой системы. Введите .snapshot каталог, и вы найдете снимки s1, s2 и s3. Вы можете получить доступ к данным любого снимка.

• Пропишите ls команду в /d1 каталог. .snapshot каталог не отображается, но cd .snapshot команда может быть успешно выполнена. Если вы дадите ls команду в .snapshot каталоге отображаются только s1 и s2.

• Когда вы запускаете cd /d2/.snapshot/s1/ выдается сообщение об ошибке, так как s1 не защищает d2. Когда вы запускаете cd /d2/.snapshot/s3/команду, доступ выполнен успешно, потому что s3 защищает d2.

Прочитав данные моментального снимка и запустив ср команду, вы можете точно восстановить данные файла или каталога из моментального снимка.

Принцип отката данных

Если данные в файловой системе повреждены, вы можете использовать последний снимок для восстановления исходной файловой системы. Откат с использованием моментального снимка заключается в копировании данных моментального снимка в исходную файловую систему. После запуска отката исходную файловую систему можно использовать сразу. Данные для задачи отката копируются в фоновом режиме.

Принцип записи данных в файловую систему

Изолируя моменты времени операций записи хоста и операций записи во время отката, а также используя технологию перенаправления, файловую систему можно использовать сразу после отката.

Предположим, что моментальный снимок создан для файловой системы в момент времени T1, а текущий момент времени файловой системы — T2. После запуска отката для СХД будет еще два момента времени: Т3 и Т4. T3 указывает момент времени для сохранения отката данных, а T4 указывает момент времени для сохранения вновь записанных данных. Две временные точки невидимы для пользователей, что снижает коды фоновой обработки и сложность. Процесс отката выглядит следующим образом:

• Во время отката в фоновом режиме выполняются следующие задачи:

1. Система хранения сравнивает данные в T1 и T2 и находит различия в данных.

2. Система хранения копирует разностные данные в T3.

• Во время отката все данные, записываемые хостом в файловую систему, записываются в T4.

Вновь записанные данные и данные для отката разделяются с помощью T3 и T4. Во время отката система хранения напрямую откатывает данные до T3, не проверяя, были ли записаны какие-либо данные в соответствующее место. Хост напрямую записывает данные в T4, не проверяя статус данных соответствующего местоположения. Таким образом, файловая система может быть записана сразу после начала отката.

Принцип чтения данных из файловой системы

Для чтения данных из файловой системы в состоянии отката, если откат считываемых данных не завершен, система перенаправляется на моментальный снимок для чтения соответствующих данных.

Хост сначала считывает данные на T4. Если новые данные не были записаны в Т4, хост продолжает считывать данные в Т3. Если данные не были отброшены, хост продолжает считывать данные моментального снимка в T1.

Вот три сценария чтения данных из файловой системы:

• Хост не выполняет ввод-вывод, и откат не завершен.

• Хост не выполняет ввод-вывод, и откат завершен.

• Хост записал новые данные в файловую систему.

Сценарий 1. Хост не выполняет операции ввода-вывода, и откат не завершен.

Процесс чтения хостом данных в L1 выглядит следующим образом:

1. Команда чтения отправляется на T4. Новые данные не были записаны в T4, поэтому запрошенные данные не найдены.

2. Команда чтения перенаправляется на T3. Откат данных на T3 не производился, поэтому запрошенные данные не найдены.

3. Команда чтения перенаправляется на T1. Запрошенные данные найдены.

Сценарий 2. Хост не выполняет операции ввода-вывода, и откат завершен.

Процесс чтения хостом данных в L2 выглядит следующим образом:

1. Команда чтения отправляется на T4. Новые данные не были записаны в T4, поэтому запрошенные данные не найдены.

2. Команда чтения перенаправляется на T3. Запрошенные данные найдены.

Сценарий 3. Хост записал новые данные в файловую систему.

Процесс чтения хостом данных в L3 выглядит следующим образом:

1. Команда чтения доставляется на T4. Данные D» были записаны в T4, и запрошенные данные найдены.

2. Задача чтения завершена, и дальнейшая операция чтения не выполняется.

Принцип удаления снимков

Если данные, защищенные снимком, больше не нужны, их можно удалить. Система хранения освобождает пространство, занятое снимком, в фоновом режиме.

Процесс удаления выглядит следующим образом:

1. Система хранения выполняет поиск в таблице сопоставления моментального снимка.

2. Система хранения удаляет данные, на которые не ссылаются другие файловые системы или моментальные снимки, из таблицы сопоставления.

Сценарии применения

HyperSnap для файловых систем применим к таким сценариям, как защита данных.

Защита данных

HyperSnap может создавать несколько моментальных снимков исходной файловой системы в разные моменты времени и сохранять несколько точек восстановления для файловой системы. Если данные в исходной файловой системе потеряны из-за случайного удаления, повреждения или вирусной атаки, моментальный снимок, созданный до потери, можно использовать для восстановления данных, обеспечивая безопасность и надежность хранения данных.