Методы создания моментальных снимков (Snapshot)

Моментальные снимки (Snapshot) и репликация являются одним из инструментов обеспечения защиты данных, но выбор правильного метода создания снимков для центра обработки данных остается сложной задачей.

ИТ-специалисты все чаще рассчитывают на моментальные снимки (Snapshots), как способ защиты данных в виртуальной и физической среде. Так как за считанные секунды, моментальные снимки позволяют создать копию данных на определенный момент времени. Этот экземпляр может быть использован как в целях резервного копирования и восстановления данных, так и в качестве исходного образа для развертывания новой виртуальной машины (VM).

Тем не менее, существуют две проблемы использования снимков в целях защиты данных. Во-первых, снимок является экземпляром, а не полной копией. Во-вторых, снимки могут быть выполнены на разных уровнях: виртуальных машин (VM), гипервизора или массива хранения данных. В этой статье мы расскажем, как выбрать правильный метод создания моментальных снимков для центра обработки данных.

Что такое моментальные снимки (Snapshots)?

Моментальные снимки содержат копию информации о том, каким образом организованы данные на устройстве хранения (структуру данных) на определенный момент времени. Большинство файловых систем и систем хранения данных имеют двухуровневую модель хранения данных. Первый уровень это метаданные, представляющий собой небольшой каталог, который указывает на второй уровень, фактическое расположение данных на диске. Вместо того чтобы копировать все физические данные 2-ого уровня, моментальные снимки делают только копию метаданных. Это делается почти мгновенно, и занимает очень мало дополнительного места для хранения. Затем блоки этого снимка переходят в состояние только чтения. После этого, менеджер снимков поддерживает одновременно две копии метаданных, активную, которая продолжает обновляться, и статическую копию, которая будет использована уже для других целей, таких как резервное копирование, репликация и так далее. С количеством активных снимков увеличивается число копий метаданных.

Основным отличием технологий создания моментальных снимков является алгоритм обработки изменений блоков данных. Как правило, в целях сохранения целостности снимка, в различных решениях применяют два различных метода управления изменениями блоков.

Различные решения для создания снапшотов имеют свои нюансы, но в целом, они используют в своей работе один из двух вариантов. В обоих случаях, набор данных снимка целиком зависит от доступности первичной копии и размера занимаемого пространства, которое варьируется в зависимости от количества снимков и времени хранения этих снимков.

Snapshot и репликация

Поскольку моментальные снимки полностью зависят от набора исходных данных, то в случаях сбоя и повреждения источника набора данных, также теряются и копии снимков. Такая уязвимость ограничивает использование снимков для восстановления данных после повреждения или случайного удаления файлов.

Тем не менее, так как моментальные снимки позволяют отслеживать изменения на уровне блоков данных, эта технология используется для эффективной репликации данных. Моментальные снимки лежат в основе репликации, в результате которой, копируются только те блоки, которые были изменены с момента первого снимка. Эти небольшие блоки идеально подходят для передачи изменений в другой центр обработки данных по WAN подключению.

Что такое менеджер снимков?

Менеджер снимков это программное обеспечение, которое создает снимки и управляет множеством копий метаданных, сохраняя их в актуальном состоянии, в качестве активно-меняющегося набора данных. Менеджер снимков часто является частью чего-то еще, например, входит в состав какого-либо приложения, файловой системы, гипервизора или программно-аппаратной платформы системы хранения данных. Любая из этих реализаций менеджера снимков имеет свои уникальные преимущества, и многие центры обработки данных выбирают сочетание несколько разных решений для того, чтобы обеспечить полноценную защиту и восстановление данных.

Моментальные снимки приложений

Некоторые приложения имеют возможность самостоятельно создавать и управлять моментальными снимками и делать репликацию своих данных. А так же, некоторые независимые разработчики часто создаются свои собственные решения для репликации и создания моментальных снимков конкретных приложений. Как правило, такие решения имеют ограниченные функции и возможности, но обладают преимущество в понимании конкретного приложения. Они могут корректно перевести приложение в стабилизированное состояние, и в это же время осуществлять контроль специфических процессов для поддержания базы данных в рабочем состоянии. Если какой-то из этих процессов перестает отвечать на запросы, снимок может инициировать автоматическое восстановление данных. Еще одним достоинством таких решений является то, что они могут передавать копируемые данные практически на любое вторичное устройство хранения данных, таким образом потенциально сокращая общие затраты на хранение. Недостатком является лишь то, что данные решения ограничены только теми приложениями, которые они поддерживают, а это означает, что центрам обработки данных могут потребоваться дополнительные процедуры для создания снимков других приложений.

Моментальные снимки (Snapshots) файловых систем

Все больше и больше файловых систем имеют встроенные функции создания моментальных снимков. Способ создания моментальных снимка файловых систем подобен снимкам прикладных программ, этот способ действует на всю файловую систему, а не только приложение. Через API файловых систем могут быть созданы моментальные снимки приложений в стабилизированном состоянии. Такие снимки возможны для различных приложений, но ограничены типом операционной системы и виртуальной машины. Это означает, что различным операционным системам необходимы свои собственной технологии создания моментальных снимков. Так же, большинство моментальных снимков файловых систем не имеют централизованного управления. Контроль и управление план-графиком создания моментальных снимков должен быть индивидуален для каждого отдельного сервера. Таким образом, для больших центров обработки данных это будет проблема, поскольку может привести к многочисленным индивидуальным заданиям по созданию и отслеживанию моментальных снимков.

Моментальные снимки (Snapshots) гипервизора

В виртуальной среде, снэпшоты могут быть запущены на уровне гипервизора, это значительно упрощает управление моментальными снимками. Вместо контроля и выполнения мгновенных снимков отдельно каждой виртуальной машины, управление консолидируется только на уровне гипервизора. Например, управление моментальными снимками для VMware можно осуществлять изнутри VCENTER. Так как создание моментальных снимков и репликации выполняются на уровне гипервизора, то их хранение может быть выполнено на систему хранения данных любого производителя. Все три вышеупомянутых метода создания моментальных снимков и репликации (приложения, файловые системы и гипервизор), как правило имеют проблемы с производительностью, поскольку количество и возраст снимков постоянно увеличивается.

Аппаратные снимки

Наиболее часто применяют метод создания моментальных снимков с помощью встроенных функций систем хранения данных. К преимуществам таких аппаратных снимков можно отнести, сокращения количества выполняемых заданий и повышение производительности, за счет выделения отдельных процессоров для обработки таблиц метаданных. Одним из недостатков является то, что аппаратные снимки ограничены только репликацией. Чаще всего системы хранения должны быть одного и того же производителя, но в некоторых случаях производители позволяю использовать в качестве вторичной системы модель более низшей серии. Другим недостатком является то, что в случаи нескольких систем хранения, потребуется контроль отдельно каждого менеджера моментальных снимков.
Предполагается что программно-определяемые хранилища (Software-defined storage, SDS), поддерживают снимки и репликацию, а так же предоставляют общий движок для нескольких систем. В результате чего, все управление объединяется в одном интерфейсе.

Программы для резервного копирования с помощью моментальных снимков

Моментальные снимки можно использовать в целях резервного копирования виртуальных машин и физических серверов, поэтому различные сторонние решения активно применяют эту функцию для создания и управления моментальными снимками. К таким решениям можно отнести Veritas Netbackup и Commvault. Данные решения по существу заменяют собой возможности всех остальных методов моментальных снимков, перечисленных выше. Это позволяет использовать лучшие технологии моментальных снимков от различных производителей, а так же дает возможность наиболее эффективно осуществлять поиск данных в пределах снимка. Единственным препятствием является ограниченная поддержка тех или иных систем хранения данных, в остальных случаях такие программы для резервного копирования это убедительный аргумент в их пользу.

Выбор подходящего снимка для виртуальной среды

Многим центрам обработки данных необходимо использовать не один, а несколько различных методов создания моментальных снимков. Например, с критически важными приложениями стоит работать индивидуально, используя при этом метод моментального снимка конкретного приложения. Кроме того, большинство крупных центров обработки данных не имеет возможности использовать моментальные снимки только на уровне файловой системы или гипервизора из-за проблем с производительностью. Таким организациям, как правило, удобнее использовать встроенную систему хранения или программу для резервного копирования с возможностями создания моментальных снимков.