快照实现方法简析

快照功能和实现方法简析

一、什么是快照

　　刚入存储这行，一直很好奇，快照是个什么东西，查了很多资料，总算弄明白了。快照，用通俗的话说，就是数据在某个瞬间的一个“影像”。这个数据，可以是文件级别的数据，可以是块级别的。利用快照，可以实现在线备份、搭建临时测试环境等等。创建快照只需要10ms左右。这么短的时间，不会影响系统业务。这是快照比备份最大的优势所在。

二、快照的实现方式

　　快照的实现方式主要分为三种：写前复制、写时转向和镜像分离三大类。

1. 写前复制
   一般都听说过copy-on-write，但是对于写前复制，我是第一次接触到。顾名思义，写前复制需要在真正的写之前，进行一次复制。这种方法也叫做首次写复制。在首次写的过程中，会影响系统的整体性能。在实际应用中，可以使用这种方法，构建多级快照，即对快照做快照，将第一个快照配置成可写快照。那么在快照上做出修改，测试新软件的功能。如果通过，可以前滚。如果失败可以回滚，不用担心影响本机的环境受到影响。很多时候，测试是在虚拟机中测试，也不会影响性能。但是当测试需要与具体的硬件配合时，快照方法更有优势。如何执行呢？假设目前的快照技术是建立在块级别上的，并且快照盘和源盘分属不同的LUN。快照的创建过程如下：
   1. 启动快照。启动快照将创建另一个逻辑卷，这个逻辑卷的大小不一定需要和源卷相等。根据源卷的数据更新频率、快照的保存时间可以分配源卷的5%-110%左右的空间。而本快照上可以读取到的数据就是创建快照的瞬间的数据。
   2. 假设此时上层首次发起一个源卷上A块的更新。快照卷上没有找到对应于A的块，那么先在快照卷上选定一个大小相同的块A1，指向A，再将A块上的数据，复制到A1上，最后再对A进行更新；
   3. 假设此时上层第二次发起对A块的更新。搜索快照卷发现已经有该块的快照，那么直接更新数据即可。这么做保证了数据的一致性；
   4. 假设此时上层需要读取A块的源数据，那么直接读取A块即可；
   5. 假设此时上层需要读取A块对应的快照，那么先搜索快照卷，查看该块是否做过快照，找到对应的A1，那么读取A1中数据；
   6. 假设此时上层需要读取B块对应的快照，那么在快照卷中搜索不到指向B的块，那么说明创建快照那一时刻到此时，B没有被更新，那么直接读取源卷中的B就可以。
   7. 销毁快照或者回滚。释放快照卷占用的空间。回滚先读回快照卷中的数据，再释放快照卷。
2. 写时转向
   写时转向和写前复制的实现方式可以说是相反的一种实现方式。写前复制，相当于将快照写到新的地盘，但是写时转向是将更新的数据，写到新的地盘。操作过程和写前复制及其类似，不过还是有一点区别。这种方法，不会造成首次更新数据时发生两次IO，效率较高。但是，这种方法如果同时创建了多个快照，管理将较为复杂，特别是删除快照的时候。详述如下：
   1. 启动快照。当前源卷立即转换成快照卷。并创建一个空的源卷，该空的源卷大小也不一定要和之前相等。
   2. 假设此时上层首次发起一个快照卷上A块的更新。源卷上没有找到对应于A的块，那么先在源卷上选定一个大小相同的块A1，指向A，并且将上层指向A的指针指向A1，再直接将新数据更新到A1即可；
   3. 假设此时上层第二次发起对A块的更新。由于指针已经更新到A1，并且，发现A1是一个新的块，那么直接更新A1即可；
   4. 假设此时上层需要读取A块的源数据，由于指针已经更新到A1，直接读取A1即可；
   5. 假设此时上层需要读取A块对应的快照，由于指针已经更新到A1，并发现该块是新块，那么读取A块；
   6. 假设此时上层需要读取B块对应的快照，发现该块是未被更新过，直接读取即可；
   7. 销毁快照或者回滚。销毁过程需要将新的指针重新指回。并将快照卷转回到源卷。
3. 镜像分离
   这种方法其实严格意义上来说不是快照技术。它的实现方法最简单，也最影响性能。顾名思义，其实镜像分离就是在正常的写操作时候，就将数据写两份，在需要创建快照的时候，其中一份数据就成了快照。这种方法的局限性非常明显：
   1. 时时刻刻影响系统性能。副本数越多，越影响性能；
   2. 若只有两个副本。则不能同时创建两个快照。
4. CDP连续数据保护
   这种方法是写前复制+时间戳。对每一条更新都执行复制，并附带时间戳。能够保证数据能恢复到任何时刻。但是对于存储资源和系统计算资源的消耗也是很大的。