Проблематика
Одна из наиболее острых проблем резервного копирования - необходимость уложиться в отведённое для копирования время, называемое также окном. Известно, что при создании резервной копии может значительно возрасти нагрузка на сеть и на сервера, что обычно бывает неприемлимым в рабочее время. Поэтому резервное копирование обычно выполняется ночью (но не всегда успевает завершиться к началу следующего рабочего дня).
Есть и другие причины желать быстрого получения резервной копии. Например, если нужно получить копию всех файлов на определенный момент времени.
Технологии не стоят на месте и скорость копирования на ленты и диски постоянно растёт. Взять хотя-бы популярные сегодня накопители SDLT-2 или LTO-2, скорость записи на которые начинается от 30 Мб/c. Это - высокая скорость. Не всякий компьютер способен отдавать свои данные с такой скоростью, и не всякая сеть способна передавать данные с такой скоростью, 100-Мегабитной сети, например, недостаточно. Но объемы данных растут ещё быстрее, и нам по-прежнему нужно искать способы сокращения времени резервного копирования.
В идеальном случае хотелось бы, чтобы резервное копирование выполнялось мгновенно. К счастью, это действительно возможно. И сделать это можно при помощи снапшотов.
Что такое снапшот?
Снапшот (SnapShot) - это моментальный снимок, мгновенная копия данных. Представим себе такую систему, в которой данные записываются одновременно на два диска: основной и вспомогательный. Такую схему ещё называют зеркалированием. Теперь представим себе, что в некоторый момент времени "Ч" мы перестаем писать на вспомогательный диск, а пишем только на основной. В результате в нашем распоряжении появляется резервная копия данных на вспомогательном диске, соответствующая времени "Ч". На следующем шаге содержимое вспомогательного диска может быть неспешно перенесено на более дешевые носители, например, на магнитную ленту.
Сразу оговорюсь, что это не единственный способ создания снапшотов, но наиболее наглядный.
Отметим преимущества такого метода резервного копирования.
Во-первых, мы получаем копию данных мгновенно. Копия данных получается при прекращении записи на вспомогательный диск, а прекратить копирование можно моментально.
Во-вторых, копируются все открытые файлы. Файлы, открытые и заблокированные приложениями, не удается копировать обычным способом. Для их копирования приходится применять специальные методы. Снапшот избавляет нас от необходимости заботиться об открытых файлах.
В-третьих, снапшоты могут быть реализованы аппаратно. При этом все заботы о создании снапшотов берёт на себя дисковый массив и это никак не сказывается на производительности подключенных к нему компьютеров. Такую резервную копию можно делать в разгар рабочего дня.
На первый взгляд всё выглядит просто замечательно: найдена панацея от большинства проблем резервного копирования. Но не будем торопиться. Вспомним, что всё имеет как положительные, так и отрицательные стороны.
Сначала присмотримся к тем данным, которые содержит снапшот. Отметим, что мы получили бы такие же данные, если бы выдернули шнур питания компьютера из розетки. Некоторые приложения могли начать записывать свои данные в файл, но успели записать только часть. Другие приложения вообще производили все изменения с данными в оперативной памяти и время записи этих данных на диск ещё не подошло. В конце концов, часть данных просто осталась в буферах ввода-ввывода. В общем, многим знакомо, что может случиться с данными после аварийного выключения питания: часть данных может быть потеряна.
Затем примем во внимание тот факт, что для создания снапшота нам потребуется в два раза больше дискового пространства. (Это верхний предел. Дифференциальные снапшоты могут занимать значительно меньше места, но в общем случае следует ориентироваться на удвоение дискового пространства).
Кроме того, существует проблема совместимости оборудования для создания снапшотов. Каждый из производителей дисковых массивов предлагает свои собственные процедуры для создания снапшотов. Например, для работы с дисковыми массивами HP нужно использовать программное обеспечение StorageWorks, а для работы с дисковыми массивами HDS - программное обеспечение ShadowImage.
Итак, для того, чтобы воспользоваться всеми преимуществами снапшотов, прежде всего нужно, чтобы на момент создания снапшота все файлы находились в целостном состоянии. Например в таком, в котором они находятся после завершения приложения. Проще всего было бы, конечно, остановить все приложения, сделать снапшот и снова запустить приложения. Но это, во-первых, не всегда приемлимо, так как некоторые приложения должны работать круглосуточно, например, почтовые сервера. Во-вторых, остановка и перезапуск приложения может потребовать значительного времени, за которое мы так боролись.
Некоторые приложения уже давно были способны привести свои файлы в целостное состояние, не прерывая работы. Одним из первых таких приложений был сервер MS SQL. Для того, чтобы выполнять его резервное копирование с использованием снапшота, компанией Computer Associates были разработаны специальные модули, расширяющие возможности пакета резервного копирования BrightStor ARCserve Backup. Эти модули позволяют "заморозить" файлы MS SQL в целостном состоянии, получить снапшот на оборудовании HP или HDC и перенести его на ленту. К слову сказать, в своё время рекордные скорости резервного копирования MS SQL были достигнуты именно с использованием BrightStor ARCserve Backup - интересующихся отошлю к пресс-релизам СА, Microsoft, Brocade и HDC.
Такой метод можно было бы использовать и для резервного копирования других приложений. Но проблема состояла в том, что для каждого из приложений нужно было искать свой способ "замораживания" файлов, и для каждого из производителей дисковых массивов нужно создавать уникальные процедуры для работы со снапшотами. Если бы существовал универсальный стандартный механизм, не зависящий от приложений и от производителей оборудования, это бы существенно упростило задачу. И такой механизм появился. Это - Volume Shadow Copy Service (сокращенно VSS), - стандартная служба в Windows 2003.
Использование VSS для резервного копирования.
Служба VSS (рис. 1) является центральным звеном, координирующим взаимодействие процессов, участвующих в работе со снапшотами.
К таким процессам относятся, во-первых, провайдеры (providers). Это модули, благодаря которым создается снапшот (аппаратно или программно). Провайдеры скрывают от нас особенности реализации снапшотов, выполняя роль драйверов устройств. В состав Windows 2003 входит так называемый системный провайдер, который, в отсутствии аппаратуры со встроенными средствами создания снапшотов, может создать снапшот программно.
Кроме того, в службе VSS регистрируются все приложения, которые способны "замораживать" свои файлы. Они предоставляют информацию о том, какие файлы будут находиться в "замороженном" состоянии после получения команды от службы VSS.
И наконец, к службе VSS могут обращаться приложения, инициирующие процесс создания снапшота. К таким приложениям относится и пакет резервного копирования BrightStor ARCserve Backup.
Вкратце процесс резервного копирования проходит по такому сценарию (рис. 2):
- Сервер резервного копирования инициирует создание снапшота на копируемом сервере
- Служба VSS на копируемом сервере уведомляет все зарегистрированные приложения о необходимости заморозить свои файлы и дожидается завершения этой операции приложениями.
- Создается снапшот.
- Приложения "размораживают" свои файлы и продолжают работать в обычном режиме.
- Полученный снапшот отсоединяется от копируемого сервера и подключается к серверу резервного копирования.
- Данные переписываются на магнитную ленту или диск.
Примечание: переключение снапшота с одного сервера на другой (шаг 5) возможно только в случае, когда:
- Снапшот поддерживается аппаратно одним из устройств, перечисленных на странице:
http://supportconnectw.ca.com/public/storage/infodocs/basb115win/basb115win_cdl.asp#vss_hardware - На сервере резервного копирования установлена опция VSS Hardware Snapshot
В противном случае данные передаются по обычной сети передачи данных.
Используя один и тот же механизм, мы получаем возможность копировать файлы множества приложений, каждое из которых требовало ранее индивидуального подхода (рис. 3).
Однако список приложений, которые способны работать со службой VSS и "замораживать" свои файлы пока ограничен в основном программами от Microsoft (MS SQL, Exchange, Active Directory и др.). Однако, о планах по поддержке технологии VSS в своих продуктах уже заявили некоторые крупные компании, в том числе Oracle.
Технология VSS поддерживается в BrightStor ARCserve Backup, начиная с версии 11.1. В версии продукта 11.5 добавлена возможность инкрементального и дифференциального копирования MS Exchange Server 2003, SP1 с использованием снапшотов.