快照和备份的区别、快照原理（一）——COW技术

快照原理

1、快照和备份的区别

快照和备份是有区别的，在讲他们之前我们首先要知道逻辑错误和物理错误。

逻辑错误：人为通过一些命令或者操作，导致数据丢失或者文件损坏的。如果这时候有备份，没有快照，我们此时的解决办法是通过备份进行还原操作。但是如果我们仅仅只是丢失了一个不重要的文件，这时候通过备份来恢复的话，有点大动干戈，甚至可能还会对业务造成影响。 备份相对于快照来说是一个重量级的操作；如果这时候有快照的话，我们就可以通过快照直接还原，速度快且影响小。 

物理错误：硬盘损坏、磁盘坏道、主板损坏等物理介质损坏。物理错误造成的数据丢失等通过快照是没办法恢复的。

所以备份可以解决逻辑错误和物理错误所产生的问题，快照只能解决逻辑错误产生得问题。备份业务比较大，所消耗的时间周期比较长，相对来说是重量级的，快照相对来说是轻量级的，这就是备份和快照的区别。

 

2、COW和ROW技术

提到快照，我们需要知道快照里边有两种技术：cow 和 row

cow：copy on write.。写时复制。cow技术主要应用在存储LUN、裸设备等存储设备。

row:  redirect on write。写时重定向。row技术主要应用在我们的fusioncompute、vmware中。

 

3、COW技术

cow：写时复制。写的时候，去提前复制。

在说这个之前。我们需要先了解一些别的知识。我们知道我们的内存底层是数据块，一个数据块的默认大小是4K，一个数据块有两部分组成，header和body。heder部分保存的是元数据，元数据就是描述数据的数据，例如数据的位置，id等，举个例子，我们的个人信息表就是我们的元数据，我们本身这个人就是数据。所以header中保存的是元数据，body中保存的是真实数据，header和body是一一指向关系。如下图所示：

 

知道了数据块之后我们在说文件，文件在系统中也分为两部分，一部分叫inode,一部分叫block。inode: index node。索引node信息，这里边存的也是元数据，block里边存的则是真实数据。他们之间也是指向关系。如下图所示：

 

 

知道这个之后，我们再来说cow快照。如下图所示，假设这就是我们的磁盘，左边上边是我们的inode，里边有12345，下边是block，里边也有12345，因为inode和block是指向关系，所以12345之间是指向的，如图左边所示。如果这个时候我们来拍快照，我们拍的是什么的？如图右边所示，这时候我们拍的只是inode,相当于复制了inode，假设这个快照叫snapshot 01，里边同样的也有12345，它和block之间也会有一一指向关系。我们通常拍快照的过程很快，快照很快就拍好了，就是因为拍快照的过程我们只是复制了当前时间点的inode元数据（索引数据），并没有复制真正的数据。

 

拍完照之后，数据发生改变，数据改变包括删除、更改、新增三种情况：

删除：我们把inode中的数据删掉了，会发生什么情况呢？如下图所示，假设我们删除inode中的5，快照会怎么办呢？当我们删除inode中的数据5时，快照什么都不做，因为snapshot1中的inode和block还是一一对应关系，什么都没有改变，所以快照什么都不用做。

 

更改： 如果我们把inode中的5改成6呢？如下图所示，它会把原来bolck中的5先复制出来，然后在block中的对应位置写入6，覆盖之前的5（这个过程就是写时复制），最后更改snapshot1中的索引指针指向5。那么把5复制出来是复制到什么地方呢？当我们在拍快照的时候，它会默认生成一个cow区域，每拍一个快照，就会生成一个cow区域，5就是复制到了cow区域中，可以说cow区域就是用来存放快照中的索引所对应的改变的数据的。另外整个snapshot1快照其实也是存在于cow区域中的。最后结果就是如下图所示。那么如果我们继续修改呢？比如把6在改成7，这个时候快照会有变化吗？答案是不会的，cow只关注snapshot中的索引数据，snapshot中有什么，cow才会做什么，所以因为没有6，即使6在怎么修改，快照也不会有任何变化。

 

  

新增：如果我们新增了数据应该怎么办呢？假设我们新增了数据7,8，inode中写入7,8,如下图所示。因为inode和block是一一对应关系，所以这时候block中会产生两个空块，然后snapshot1会把这两个空快拷贝到cow区域，然后在往这两个空快中写入7,8。空快的作用是，到时候还原快照时，因为是没有78数据的，所以空块可以直接把block中的78覆盖掉。

 

 

 这里要注意的是，当我们没有快照时，我们平常所说的删除文件是把索引和底层block中的数据都删了，但是当有快照存在时，我们所说的删除数据只是删除了索引数据，真正底层block中的数据是不会被删除的。

 

 

4、COW实验

下面我们进行一个实验来演示COW快照技术

（1）我们创建一个3G的LV，把它挂载在data目录下，这个LV使用了240M的空间。然后我们用 lvcreat -L 32M -s -n snap data /dev/vg0/data为这个data目录创建一个32M大小的快照。我们可以看到，虽然data目录有3个G，且有240M的数据，我们仅用32M小的空间来创建快照也能创建成功。这就是我们前边说的快照只是对索引元数据做了快照，并没有对底层的block数据做快照。

 （2）然后我们用lvdisplay /dev/vg0/snap_data命令来查看这个快照lv的情况。我们可以看到COW区域是32M，即我们创建快照时给它的大小，而快照的大小只占COW的0.04%。我们前边说到，每创建一个快照，就会生成一个COW区，而快照本身也是存在于COW区里边，就是这个意思。所以说快照也是cow区的一部分，快照只占很小的一部分。

 

 （3）我们把这个快照lv也挂载到一个目录下边，之后我们再用df -Th命令查看。我们可以看到快照lv挂载的目录snap和我们做快照的data目录大小和使用率都是一模一样的，进去看里边的文件内容也一模一样。

 

（4）还原快照。假设我们把data目录里边的文件删除了一部分，我们需要通过snap快照来还原。该怎么做呢。这里我们需要使用dump命令，需要提前安装dump相关的包。我们输入命令：dump -0 -f /tmp/snapdata.dump  /snap/ 先将快照创建成一个dump文件。

 

然后我们输入restore -rf /tmp/snapdata.dump命令来还原快照。

 

 5、cow技术总结

cow快照技术写性能不怎么好，因为他要写两次，比如更改数据的时候，先复制一次，在写入一次，这就写了两次，所以cow快照写性能不好。而且快照越多，性能越差，因为快照越多，COW区域就越多，自然而然性能就会变差。

那么ROW技术是怎样的呢？我们下一篇在给大家讲解ROW技术。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#########################################################################################################题外话

FC平台虚拟机中Tools的作用：

没有tools的话，虚拟机连网卡都没有。我们也没办法在界面上看到虚拟机的CPU、内存信息等情况。也没办法做一致性快照，我们可以看到tools的重要性。

tools可以给我们提供驱动、监控等。