Анализ компьютерной сети организации

Существует две разновидности  средств создания PIT-копий: клонирование и «моментальный снимок» («snapshot»). Клонирование — это полное копирование данных. Для его создания требуется столько же дискового пространства, сколько и для исходных данных, и некоторое время. При использовании такой копии нет нагрузки на дисковые тома, содержащие исходные данные, т. е. нет дополнительной нагрузки на дисковую подсистему продуктивного сервера.

Механизм работы «snapshot» иной и может быть реализован как программно на продуктивном сервере, так и аппаратно внутри массива. В момент, когда необходимо начать резервное копирование, программа-агент дает команду приложению завершить все транзакции и сохранить кэш на диск, затем создается виртуальная структура — «snapshot», представляемая для ОС и другого ПО как логический том и являющаяся картой расположения блоков данных. Приложение прерывает стандартный режим работы на очень короткое время (обычно на несколько секунд), необходимое для сохранения данных. После этого приложение продолжает работать в стандартном режиме и изменять блоки данных, при этом перед изменением старые данные блока с помощью драйвера «snapshot» копируются в область кэша «snapshot» и в карте расположения блоков данных указывается ссылка на новое местоположение блока. Таким образом, карта «snapshot» всегда указывает на блоки данных, полученные на момент завершения транзакций приложением. Блоки данных, которые не были изменены, хранятся на прежнем месте, а старые данные измененных блоков — в области кэша «snapshot». Программа-агент копирует непротиворечивые данные, полученные на момент завершения транзакций приложением, осуществляя доступ к ним через драйвер «snapshot», т. е. используя карту расположения блоков.

Рекомендации  по резервному копированию

Интерфейс.

Следует выбирать модели, совместимые  с используемой в сети операционной системой. Ограниченной совместимостью обладают устройства с интерфейсом  IDE; в то же время, со SCSI-устройствами проблем, как правило, не возникает.

Емкость и скорость.

Различные технологии обладают различными показателями емкости носителя и скорости передачи данных. Следует  оценить объем информации, подлежащей копированию "в один прием". Копирование  всего объема должно выполняться  в отведенное время (например, за ночь) и, по возможности, на один носитель. Если показателей одного носителя недостаточно, стоит рассмотреть вариант кассетного устройства (autloader).

Возможна организация  резервного копирования всей сети (серверов и персональных компьютеров) на один сервер с высокопроизводительным устройством  резервного копирования или копирование  информации с каждого сервера  на его собственное устройство. Если объем позволяет, вариант централизованного  копирования, как правило, оказывается  предпочтителен и по цене, и по простоте администрирования.

Лента или диск.

Устройства дискового  типа (например, магнитооптика) обладают дополнительным преимуществом по сравнению  с ленточными (стримерами): съемные  диски можно монтировать аналогично обычным жестким дискам. Это позволяет  создать на съемном диске полноценную  загружаемую копию операционной системы и в случае фатального отказа системы из-за аппаратного  или программного сбоя загрузиться  с него и восстановить систему - быстро и с минимальными усилиями. С ленточной  копии загрузиться нельзя, поэтому  для аварийного восстановления потребуются  дополнительные усилия, например, создать  урезанную загружаемую копию  на дискетах.

Совместимость.

Помимо своего прямого  назначения, устройства резервного копирования  используются также для обмена информацией  между разными серверами. Поэтому  следует выяснить, каким технологиям  отдается предпочтение в организации, на которой устанавливается система  копирования, а также в вышестоящих и в смежных организациях, и при прочих равных использовать ее.

Цена.

Сравнивая цены, стоит принимать  во внимание не только цену самого устройства, но и цену носителя. Разумная стратегия  резервного копирования, как правило, предполагает не менее десятка носителей  для копирования, например: пять лент для ежедневного копирования, по одной ленте на каждый день недели; две ленты для поочередного еженедельного  копирования; по две ленты для  копирования ежемесячного и с  большим периодом.

Следует учесть, что ленты  для копирования не вечны. Например, при использовании описанной  выше схемы замену ежедневных лент необходимо производить как минимум  ежегодно.

Технология Data Domain DD200.

Начинающая американская компания Data Domain выпустила сетевое устройство на основе дисковых накопителей (Disk-base Recovery Appliance), которое, как утверждается, существенно ускоряет процессы резервирования и восстановления данных по сравнению с ленточными устройствами. Кстати, эксперты Storage Magazine и SearchStorage.com назвали в 2003 г. это устройство "продуктом года" в категории Backup Hardware.

Хотя в DD200 использованы жесткие диски АТА, это не просто еще один недорогой дисковый массив с RAID. Отличие заключается в том, что это устройство использует ПО Restore Protection Manager (RPM). Эта программа выполняет компрессию данных, получаемых от распространенных систем резервного копирования (степень компрессии - до 20 раз). По мере необходимости сжатые данные отправляются на архивацию и долговременное хранение с применением систем резервирования от Veritas Software или EMC/Legato Systems. RPM обеспечивает высокий уровень защиты данных при стоимости хранения 1 Гбайт на уровне ленточных библиотек, что намного меньше, чем у обычных ATA RAID. С самого начала это устройство (рис. 1) разрабатывалось специально для резервного копирования и восстановления данных.

Пропускная способность  DD200 превышает 150 Гбайт/ч, что примерно соответствует показателям современных ленточных накопителей SDLT и LTO и многих основных систем хранения. Однако, в отличие от ленточных накопителей, для DD200 неактуально требование обеспечить постоянные потоки данных для получения максимальной производительности резервного копирования. На один и тот же DD200 можно посылать с разной скоростью несколько потоков данных для резервного копирования. Устройство также позволяет быстро восстанавливать одиночные файлы за счет выборочного чтения с жесткого диска.

Рис. 1 Внешний вид DD200.

Для снижения стоимости хранения в новом устройстве применяется  технология Global Compression. RPM значительно сокращает емкость, необходимую для хранения резервных копий, за счет объединения в пул одинаковых компонентов разных образов данных для восстановления и сохранения только уникальных данных. Это позволяет DD200 обнаружить и устранить хранение не только дубликатов файлов, но и повторяющихся элементов разных файлов. Благодаря технологии Global Compression RPM реализует реальное сжатие с коэффициентом 20:1 при хранении в течение длительного времени. В результате DD200 на порядок меньше, проще в управлении и работе по сравнению с другими системами на базе АТА, используемыми для резервного копирования.

Архитектура Data Invulnerability Architecture обеспечивает проверку возможности восстановления и самоизлечения данных. DD200 предназначено для предотвращения, обнаружения и исправления сбоев оборудования и ПО, приводящих к нарушению целостности данных и невозможности успешного восстановления. Файловая система RPM и используемая схема RAID спроектированы специально для обеспечения защиты от сбоев, обнаружения и исправления программных сбоев и ошибок дисков.

Устройство просто в использовании  и интегрируется в уже существующую программную среду резервного копирования (рис. 2). Для администратора, отвечающего за резервное копирование, DD200 представляет собой обычный файл-сервер с несложным администрированием. Устройство поддерживает стандарты ПО и ведущие продукты для резервного копирования и восстановления. DD200 даже повышает надежность некоторых функций этих продуктов, которым часто уделяется недостаточно внимания, например, инициируемого пользователем восстановления файлов.

Рис. 2. Конфигурация системы  хранения с DD200.

Как отмечают разработчики, производительность DD200 примерно соответствует показателям лучших систем AT A RAID, используемых для резервного копирования/восстановления. В отличие от ленточных накопителей DD200 не требует от серверов резервного копирования обеспечить пересылку данных с постоянной скоростью, чтобы добиться максимальной производительности. При использовании ленточных накопителей мультиплексирование служит для компенсации "медленных" клиентов, нескольких медленных сетей и непродолжительного резервного копирования (например, инкрементального резервного копирования). При работе с DD200 несколько потоков данных для резервного копирования могут одновременно пересылаться на одно устройство. Для повышения производительности в конфигурацию резервного копирования можно добавить несколько устройств DD200.

Считается, что преимущества DD200 особенно ярко проявляются в производительности восстановления. Допустим, есть схема резервного копирования, по которой полная копия делается раз в неделю по субботам, а ежедневно выполняется инкрементальное резервное копирование. Если используются ленточные накопители, для полного восстановления утром в пятницу понадобится прочитать все ленты, поочередно загружая и извлекая их. Если нужной ленты для восстановления в библиотеке нет, ее поиск может занять несколько часов. Мультиплексирование еще заметнее снижает производительность, поскольку из-за него при чтении ленты приходится пропускать данные, относящиеся к другим клиентам резервного копирования. С другой стороны, DD200 может со стабильно высокой производительностью реагировать на запросы на считывание нужных для восстановления образов, которые поступают от ПО резервного копирования, независимо от того, насколько эти образы рассредоточены.

Можно привести в пример и другой, более частый случай, когда  утром в пятницу требуется  восстановить только несколько файлов. Если используются ленточные накопители, даже для частичного восстановления может потребоваться несколько  лент. Как и в предыдущем случае, операция восстановления продолжается значительно дольше, если нужных лент нет в библиотеке. С учетом среднего времени доступа к файлу и  загрузки кассеты нужные файлы начинают читаться только через несколько минут. При использовании DD200 это время сокращается до нескольких миллисекунд. За счет возможности произвольного чтения с жесткого диска DD200 обеспечивает более быстрое восстановление по сравнению с лентой.

Поскольку устройство DD200 может хранить резервные копии за несколько месяцев, большинство операций восстановления выполняются непосредственно с него. В этом заключается основная разница между DD200 и промежуточным хранением на диске. В некоторых системах резервного копирования диски используются как кэш-память для ленты. При такой схеме резервная копия сначала записывается на диск и там временно хранится. После переписывания на ленту она удаляется с диска. Тем самым используются преимущества диска для улучшения производительности резервного копирования. Но для восстановления по-прежнему требуется лента, и в результате эта операция замедляется из-за поиска, загрузки и поочередного чтения нужного набора лент.

Делать резервные копии  на ленте для удаленного хранения с помощью DD200 намного проще и быстрее. При копировании данных на ленту для удаленного или долговременного хранения DD200 работает быстро и обеспечивает поток данных, достаточный для того, чтобы даже лучшие ленточные накопители могли работать с максимальной производительностью. Кроме того, DD200 обеспечивает дополнительную гибкость резервного копирования и восстановления. Когда идет копирование данных на ленту, устройство доступно для резервного копирования или восстановления. В то же время, если в ходе копирования на ленту из ленточной библиотеки потребуется восстановить файл, то процесс копирования придется прервать.

Таким образом, сочетая высокую  пропускную способность, возможность  хранения сделанных в течение  нескольких недель резервных копий  и произвольного чтения, DD200 улучшает производительность всего процесса резервного копирования и восстановления.

Компрессия данных. Образы для восстановления содержат много дублирующих друг друга данных, и это становится особенно заметно при сравнении полных резервных копий, сделанных за несколько недель. Хотя при инкрементальном резервном копировании записываются только измененные файлы, они также могут содержать блоки, которые не изменились со времени предыдущего резервного копирования.

Используемый в RPM алгоритм сжатия без потери данных Global Compression объединяет избыточные данные резервных копий и сохраняет только уникальные данные. Когда данные записываются на DD200, они разбиваются на сегменты (последовательности байтов) переменной длины. RPM сравнивает каждый новый сегмент со всеми ранее записанными сегментами. Такой процесс гарантирует, что каждый уникальный сегмент будет сохранен только один раз. ПО способно обнаружить дублирующие друг друга файлы, повторяющиеся элементы в разных файлах и блоках. В результате объем резервной копии оказывается на порядок меньше, чем объем исходных данных.

Ключ к эффективности  Global Compression заключается в независимости этого алгоритма от формата данных. Алгоритм основывается только на содержимом данных и их повторяющихся элементов. Он может применяться к повторяющимся структурированным (например, базам данных) и неструктурированным (например, текстовым файлам) данным. Кроме того, он может применяться к данным, хранящимся в файловой системе и в неформатированных томах. Благодаря алгоритму Global Compression RPM реализует высокоэффективное хранение резервных копий данных любого формата.

Коэффициент сжатия. Алгоритм Global Compression анализирует все данные, хранящиеся на DD200, независимо от их формата и расположения. Эффект сжатия увеличивается по мере того, как объем хранимых данных растет. По имеющимся данным, за четырехнедельный период хранения коэффициент сжатия может достичь 10:1 (рис. 3) при полном резервном копировании раз в неделю и ежедневном инкрементальном резервном копировании на уровне файлов. За восемь недель ожидаемый коэффициент сжатия составит 14:1, а примерно через 20 недель - 20:1. Data Domain подтвердила эти результаты в нескольких центрах обработки данных. Алгоритм Global Compression применялся к различным типам данных, включая базы данных, текстовые файлы, двоичные файлы Unix и приложения для ПК, документы Microsoft Exchange и Microsoft Office.

Рис. 3. Коэффициент сжатия для Global Compression.