5.5 Технологии создания моментальных снимков тома

5.5 Технологии создания моментальных снимков тома

Моментальный снимок (snapshot) – это целостная копия состояния тома в определенный момент времени. Под целостностью в данном случае подразумевается возможность для приложений обработать данные, хранящиеся в снимке; например, сервер Microsoft Exchange воспринимает данные как действительное хранилище Exchange, а сервер Microsoft SQL – как реальную базу данных SQL. Рассматриваемый в этом случае набор данных в дальнейшем будет именоваться логическим томом.

Моментальные снимки набирают популярность и используются по ряду различных причин.

Резервное копирование клонированного тома, созданного с помощью технологии моментального снимка, в то время пока основной том используется приложениями. Именно для этого компания Microsoft создала службу теневого копирования томов в Windows ХР. Служба (в определенный момент времени) используется для создания образа оригинального тома (при наличии свободного дискового пространства). Этот образ применяется затем для операций резервного копирования.

Создание образа активных данных, в котором поддерживается поиск.

Создание образа активных данных для тестирования новой версии приложения в «реальном» окружении.

Создание образа активных данных для последующего восстановления системы после сбоев в работе.

Как же создается моментальный снимок тома? Для этого существует несколько способов, каждый из которых представляет собой вариант дублирования операций записи. Единственное отличие между ними состоит в том, где именно проводится дублирование. Существует четыре возможных уровня.

Уровень аппаратного обеспечения. Первый очевидный способ создания моментального снимка тома заключается в зеркальном отражении тома на уровне аппаратного обеспечения с последующим разделением зеркала. При использовании простого аппаратного обеспечения и программных томов, каждая операция записи преобразуется в две операции: для оригинального тома и для зеркала. Этот подход требует большого объема ресурсов, так как обе операции записи должны быть завершены до отправки результата записи. Кроме того, необходимо обеспечить обработку ошибок записи. Преимуществом такого подхода, несмотря на требовательность к ресурсам, является значительная скорость разбития зеркала для создания моментального снимка тома. Высокая скорость и надежность зеркального отражения с помощью аппаратного обеспечения связана с определенными накладными расходами: основную часть составляет стоимость жестких дисков для дублирования записи. При использовании дорогих подсистем хранения для каждой дорожки хранится большой объем метаданных, так как вместо разделения самих записей, после разбивки зеркала записи отслеживаются через метаданные. Более того, дорогие подсистемы хранения не задерживают зеркальные записи, так как записи считаются завершенными, как только необходимые данные попадают в кэш подсистемы хранения.

Уровень над файловой системой. Второй способ создания моментального снимка тома в операционных системах семейства Windows Server заключается в создании драйвера фильтрации файловой системы, который размещен над драйвером файловой системы, например NTFS или FAT. Драйвер фильтрации файловой системы дублирует каждый пакет IRP (пакет запроса ввода-вывода), который передается драйверу файловой системы. Этот процесс довольно сложен и не может использовать преимущества технологии моментальных снимков, которая предоставляется аппаратным обеспечением. В качестве примера программ, внедряющих фильтры над NTFS, можно указать Open File Manager компании St. Bernard, Vinca (теперь LEGATO) Open File Manager и Open File Agent компании Cheyenne. Обратите внимание, что не каждая программа поддерживает технологию моментальных снимков.

Рис. 5.7. Моментальные снимки по методу копирования при записи

Уровень непосредственно файловой системы. Переместившись ниже по стеку драйверов, можно реализовать третий способ создания моментальных снимков на уровне файловой системы, такой, как WAFL (Write Anywhere File Layout) и Linux SnapFS. Очевидно, что в данном случае речь не идет о Windows NT. Создание файловой системы – достаточно сложный процесс, а создание технологии моментальных снимков на уровне файловой системы еще больше его усложняет. В результате файловые системы, реализованные в Windows NT, не поддерживают моментальных снимков.

Уровень ниже файловой системы. Четвертый способ – использование драйвера фильтрации ниже файловой системы для реализации технологии копирования при записи. Основная идея состоит в том, чтобы логические блоки, в которые приложение вносит изменения, сначала записывались во вторичное хранилище и только потом – на жесткие диски. Этот принцип демонстрируется на рис. 5.7. Описываемая технология также называется дифференциальным моментальным снимком, поскольку сохраняются только измененные файлы (полное зеркальное отражение тома не проводится).