24华为HCIE-Storage--Hyper Snapshot（块业务）

Posted 2020-10-29

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随着计算机技术的发展，数据备份的重要性也逐渐凸显。在最初的数据备份方式中，恢复时间目标（ RTO）和恢复点目标（ RPO）无法满足业务的需求，而且数据备份过程会影响业务性能，甚至中断业务。当企业数据量逐渐增加且数据增长速度不断加快时，如何缩短备份窗口成为系统管理员重点关注的问题。因此，各种数据备份、数据保护技术应运而生。

l RTO（Recovery Time Objective）：一种业务切换策略，是容灾切换时间最短的策略。以恢复时间点为目标，确保容灾机能够快速接管业务

l RPO（Recovery Point Objective）：一种业务切换策略，是数据丢失最少的容灾切换策略。以数据恢复点为目标，确保容灾切换所使用的数据为最新的备份数据。

l 备份窗口：对数据进行备份而不严重影响使用该数据的应用程序时，进行数据备份的时间间隔。

快照技术是众多数据备份技术中的一种，其原理与日常生活中的拍照类似，通过拍照可以快速记录下拍照时间点被拍照对象的状态。由于可以瞬间生成快照，通过快照技术，系统管理员能够实现零备份窗口的数据备份，从而满足企业对业务连续性和数据可靠性的要求。

①　定义

华为技术有限公司开发的快照特性又叫HyperSnap特性。快照是指源数据在某个时间点的一致性数据副本，是对指定数据集合的一个完全可用的拷贝，该拷贝包含源数据在拷贝时间点的静态映像。快照生成后可以被主机读取，也可以作为某个时间点的数据备份。快照的主要特点包括：

l 瞬间生成： OceanStor 18500 V3/18800 V3存储系统可以在几秒钟内生成一个快照，获取源数据的一致性副本。

l 占用存储空间少：生成的快照数据并非完整的物理数据拷贝，不会占用大量存储空间。所以即使源数据量很大，也只会占用很少的存储空间。

②　相关概念

快照是指源数据在某一时间点的一致性数据副本。快照生成后可以被主机读取，也可以作为某一时间点的数据备份。

快照是源数据在某一时间点生成的数据副本，由源LUN、 COW数据空间和快照LUN三部分组成。

l 数据组织形式

OceanStor 18500 V3/18800 V3存储系统采用虚拟化存储技术。存储池中创建的LUN包含了元数据卷（ Meta Volume）和数据卷（ Data Volume）两部分组成。

– 元数据卷（ Meta Volume）：记录LUN中数据组织形式及其属性的卷，结构形式为树形。

– 数据卷（ Data Volume）：存放LUN中的实际数据的卷，数据读取和写入都以Extent为单位。

l 源卷

需要进行快照操作的源数据所在的卷，对用户而言表现形式为源LUN。源LUN包括Meta Volume和Data Volume：

– Meta Volume：记录源数据在源LUN中的存在位置。

– Data Volume：记录源LUN中存放的业务数据。

l 快照卷

对源LUN创建快照后，逻辑上生成的数据副本。对用户而言表现形式为快照LUN。快照LUN包括Snapshot Meta Volume和Snapshot Data Volume：

– Snapshot Meta Volume：快照元数据卷。每生成一份快照，就会建立一个Snapshot Meta Volume。

– Snapshot Data Volume：与Snapshot Meta Volume对应的数据卷。记录的是写快照LUN时产生的数据。

l 写前拷贝（ COW， Copy-on-write）

快照实现的核心技术，用于保存源LUN中变化的数据。快照创建并激活后，如果应用服务器对源LUN有写数据请求，存储系统首先将被写入位置的原数据（写前拷贝数据）拷贝到COW数据空间中，然后修改写前拷贝数据的映射关系，记录写前拷贝数据在COW数据空间中的新位置，最后再将新数据写入到源LUN中。

l COW数据空间

快照生成并激活后，存储系统在源LUN所在的存储池中动态划分一部分存储空间，用于保存写前拷贝数据。同一个源LUN对应的所有快照LUN共享同一个COW数据空间。 COW数据空间包括COW Meta区域和COW Data区域：

– COW Meta区域：同一个源LUN下所有快照共用的元数据区。用于存放写源LUN时所有快照LUN所产生的写前拷贝映射项，即写前拷贝数据与其在COWData区域中存放位置的对应关系。

– COW Data区域：与COW Meta区域对应的数据空间。用于存放写源LUN时产生的写前拷贝数据。

l 映射表

映射表用于记录源LUN数据和快照LUN数据的在某个时间点的改变情况以及改变后的存储位置。映射表分为共享映射表和独享映射表：

– 共享映射表存放在COW Meta区域中，用于记录写源LUN时产生的写前拷贝数据与其在COW Data区域中存放位置的映射关系。

– 独享映射表存放在每个快照LUN的Snapshot Meta Volume中，用于记录写快照LUN所产生的数据与其在快照LUN中存放位置的映射关系。

l 快照副本

对快照进行复制，获得多份激活时间点快照副本的技术。即使快照进行写操作，快照中的数据发生了改变，快照副本中的数据仍然与快照激活时间点的快照数据一致。

③　原理

a.  快照创建及激活流程

快照创建并激活后，会生成与源卷一致的数据副本。存储系统在源卷中划分出COW数据空间并自动生成快照卷。

初始状态：

由于对源卷没有写操作， COW Meta区域和COW Data区域中均没有记录。

由于对快照卷没有写操作， Snapshot Meta Volume和Snapshot DataVolume中均没有记录。

b.  源数据卷写入流程

快照激活后，当应用服务器对源LUN有数据写入请求时，存储系统不会立即写入新数据。存储系统利用写前拷贝机制先将写前拷贝数据拷贝到COW数据空间中，并修改映射表中的映射关系，然后将新数据写入源LUN。数据写入源LUN后快照状态如图所示。

1. 应用服务器在Time1下发写源LUN的请求：“ Data1”修改为“ DataX”。

2. 利用写前拷贝机制将“ Data1”拷贝到COW数据空间中。

3. 更新映射表中的映射关系，“ Data1”的存放位置变更为COW数据空间中的“ g0”。

4. 将“ DataX”写入源LUN，完成数据更新。

① 激活快照后，源LUN有数据写入。

② 首先将查询快照映射表，如果映射表中对应该地址的映射项不存在时，需要进行copy-on-write(写前拷贝)，写前拷贝完成后在映射表中记录备份的源LUN数据信息。如果映射项存在，则直接覆盖写入源LUN的对应位置。

③ 写前拷贝，即读取源LUN对应位置的数据写入COW卷的空间。

④ COW卷空间与源LUN空间分布在同一个POOL中，写入COW卷即写入POOL的空间区域。

⑤ 写前拷贝完成后，再将主机数据写入源LUN所在的POOL空间。

c.  快照卷写入流程

快照激活后，应用服务器可以对快照卷进行读写操作。应用服务器下发写请求后，数据将直接写入快照卷，并在独享映射表中记录数据在快照卷中的存放位置。

① 应用服务器在Time2下发写快照卷的请求：写入数据“ Data a”，并将该数据直接写入快照卷中。

② 在映射表（独享部分）中记录“ Data a”在快照卷中的存放位置“ g'0”。

d.  读快照卷（快照卷已写入）

当应用服务器中在快照卷中写入数据Data a。此时。

① 应用服务器下发读快照请求。

② 通过映射表（独享部分）确定快照数据的存放位置。

③ 应用服务器读取到的快照数据为“ Data a”。

e.  读快照卷（快照卷未写入）

当应用服务器只在源卷中写入数据，没有在快照卷中写入数据。

① 应用服务器下发读快照请求。

② 通过映射表（共享部分）确定快照数据的存放位置。

③ 应用服务器读取到的快照数据为“ Data 0”、“ Data 1”、“ Data 2”、“ Data3”。

f.  写前回滚

快照回滚是将快照LUN的数据复制给源LUN，从而使源LUN的数据恢复成生成快照LUN时刻的数据。

快照回滚时需注意：

快照回滚命令执行前，要求停止对源卷的读写。因为主机对源卷的写数据会被快照回滚覆盖掉。

快照回滚命令执行成功后，主机可以对源卷进行读写，写前回滚技术保证了达到瞬时完成回滚的效果。

快照回滚过程中，不能进行在线升级。

快照回滚是将快照中的数据复制到源卷上，包含了写快照产生的数据。

④　配置流程