24、【華為HCIE-Storage】--Hyper Snapshot（塊業務）
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隨著計算機技術的發展，數據備份的重要性也逐漸凸顯。在最初的數據備份方式中，恢復時間目標（ RTO）和恢復點目標（ RPO）無法滿足業務的需求，而且數據備份過程會影響業務性能，甚至中斷業務。當企業數據量逐漸增加且數據增長速度不斷加快時，如何縮短備份窗口成為系統管理員重點關註的問題。因此，各種數據備份、數據保護技術應運而生。
l RTO（Recovery Time Objective）：一種業務切換策略，是容災切換時間最短的策略。以恢復時間點為目標，確保容災機能夠快速接管業務
l RPO（Recovery Point Objective）：一種業務切換策略，是數據丟失最少的容災切換策略。以數據恢復點為目標，確保容災切換所使用的數據為最新的備份數據。
l 備份窗口：對數據進行備份而不嚴重影響使用該數據的應用程序時，進行數據備份的時間間隔。
快照技術是眾多數據備份技術中的一種，其原理與日常生活中的拍照類似，通過拍照可以快速記錄下拍照時間點被拍照對象的狀態。由於可以瞬間生成快照，通過快照技術，系統管理員能夠實現零備份窗口的數據備份，從而滿足企業對業務連續性和數據可靠性的要求。
① 定義
華為技術有限公司開發的快照特性又叫HyperSnap特性。快照是指源數據在某個時間點的一致性數據副本，是對指定數據集合的一個完全可用的拷貝，該拷貝包含源數據在拷貝時間點的靜態映像。快照生成後可以被主機讀取，也可以作為某個時間點的數據備份。快照的主要特點包括：
l 瞬間生成： OceanStor 18500 V3/18800 V3存儲系統可以在幾秒鐘內生成一個快照，獲取源數據的一致性副本。
l 占用存儲空間少：生成的快照數據並非完整的物理數據拷貝，不會占用大量存儲空間。所以即使源數據量很大，也只會占用很少的存儲空間。
② 相關概念
快照是指源數據在某一時間點的一致性數據副本。快照生成後可以被主機讀取，也可以作為某一時間點的數據備份。
快照是源數據在某一時間點生成的數據副本，由源LUN、 COW數據空間和快照LUN三部分組成。
l 數據組織形式
OceanStor 18500 V3/18800 V3存儲系統采用虛擬化存儲技術。存儲池中創建的LUN包含了元數據卷（ Meta Volume）和數據卷（ Data Volume）兩部分組成。
– 元數據卷（ Meta Volume）：記錄LUN中數據組織形式及其屬性的卷，結構形式為樹形。
– 數據卷（ Data Volume）：存放LUN中的實際數據的卷，數據讀取和寫入都以Extent為單位。
l 源卷
需要進行快照操作的源數據所在的卷，對用戶而言表現形式為源LUN。源LUN包括Meta Volume和Data Volume：
– Meta Volume：記錄源數據在源LUN中的存在位置。
– Data Volume：記錄源LUN中存放的業務數據。
l 快照卷
對源LUN創建快照後，邏輯上生成的數據副本。對用戶而言表現形式為快照LUN。快照LUN包括Snapshot Meta Volume和Snapshot Data Volume：
– Snapshot Meta Volume：快照元數據卷。每生成一份快照，就會建立一個Snapshot Meta Volume。
– Snapshot Data Volume：與Snapshot Meta Volume對應的數據卷。記錄的是寫快照LUN時產生的數據。
l 寫前拷貝（ COW， Copy-on-write）
快照實現的核心技術，用於保存源LUN中變化的數據。快照創建並激活後，如果應用服務器對源LUN有寫數據請求，存儲系統首先將被寫入位置的原數據（寫前拷貝數據）拷貝到COW數據空間中，然後修改寫前拷貝數據的映射關系，記錄寫前拷貝數據在COW數據空間中的新位置，最後再將新數據寫入到源LUN中。
l COW數據空間
快照生成並激活後，存儲系統在源LUN所在的存儲池中動態劃分一部分存儲空間，用於保存寫前拷貝數據。同一個源LUN對應的所有快照LUN共享同一個COW數據空間。 COW數據空間包括COW Meta區域和COW Data區域：
– COW Meta區域：同一個源LUN下所有快照共用的元數據區。用於存放寫源LUN時所有快照LUN所產生的寫前拷貝映射項，即寫前拷貝數據與其在COWData區域中存放位置的對應關系。
– COW Data區域：與COW Meta區域對應的數據空間。用於存放寫源LUN時產生的寫前拷貝數據。
l 映射表
映射表用於記錄源LUN數據和快照LUN數據的在某個時間點的改變情況以及改變後的存儲位置。映射表分為共享映射表和獨享映射表：
– 共享映射表存放在COW Meta區域中，用於記錄寫源LUN時產生的寫前拷貝數據與其在COW Data區域中存放位置的映射關系。
– 獨享映射表存放在每個快照LUN的Snapshot Meta Volume中，用於記錄寫快照LUN所產生的數據與其在快照LUN中存放位置的映射關系。
l 快照副本
對快照進行復制，獲得多份激活時間點快照副本的技術。即使快照進行寫操作，快照中的數據發生了改變，快照副本中的數據仍然與快照激活時間點的快照數據一致。
③ 原理
a. 快照創建及激活流程
快照創建並激活後，會生成與源卷一致的數據副本。存儲系統在源卷中劃分出COW數據空間並自動生成快照卷。
初始狀態：
由於對源卷沒有寫操作， COW Meta區域和COW Data區域中均沒有記錄。
由於對快照卷沒有寫操作， Snapshot Meta Volume和Snapshot DataVolume中均沒有記錄。
b. 源數據卷寫入流程
快照激活後，當應用服務器對源LUN有數據寫入請求時，存儲系統不會立即寫入新數據。存儲系統利用寫前拷貝機制先將寫前拷貝數據拷貝到COW數據空間中，並修改映射表中的映射關系，然後將新數據寫入源LUN。數據寫入源LUN後快照狀態如圖所示。
1. 應用服務器在Time1下發寫源LUN的請求：“ Data1”修改為“ DataX”。
2. 利用寫前拷貝機制將“ Data1”拷貝到COW數據空間中。
3. 更新映射表中的映射關系，“ Data1”的存放位置變更為COW數據空間中的“ g0”。
4. 將“ DataX”寫入源LUN，完成數據更新。
① 激活快照後，源LUN有數據寫入。
② 首先將查詢快照映射表，如果映射表中對應該地址的映射項不存在時，需要進行copy-on-write(寫前拷貝)，寫前拷貝完成後在映射表中記錄備份的源LUN數據信息。如果映射項存在，則直接覆蓋寫入源LUN的對應位置。
③ 寫前拷貝，即讀取源LUN對應位置的數據寫入COW卷的空間。
④ COW卷空間與源LUN空間分布在同一個POOL中，寫入COW卷即寫入POOL的空間區域。
⑤ 寫前拷貝完成後，再將主機數據寫入源LUN所在的POOL空間。
c. 快照卷寫入流程
快照激活後，應用服務器可以對快照卷進行讀寫操作。應用服務器下發寫請求後，數據將直接寫入快照卷，並在獨享映射表中記錄數據在快照卷中的存放位置。
① 應用服務器在Time2下發寫快照卷的請求：寫入數據“ Data a”，並將該數據直接寫入快照卷中。
② 在映射表（獨享部分）中記錄“ Data a”在快照卷中的存放位置“ g'0”。
d. 讀快照卷（快照卷已寫入）
當應用服務器中在快照卷中寫入數據Data a。此時。
① 應用服務器下發讀快照請求。
② 通過映射表（獨享部分）確定快照數據的存放位置。
③ 應用服務器讀取到的快照數據為“ Data a”。
e. 讀快照卷（快照卷未寫入）
當應用服務器只在源卷中寫入數據，沒有在快照卷中寫入數據。
① 應用服務器下發讀快照請求。
② 通過映射表（共享部分）確定快照數據的存放位置。
③ 應用服務器讀取到的快照數據為“ Data 0”、“ Data 1”、“ Data 2”、“ Data3”。
f. 寫前回滾
快照回滾是將快照LUN的數據復制給源LUN，從而使源LUN的數據恢復成生成快照LUN時刻的數據。
快照回滾時需註意：
快照回滾命令執行前，要求停止對源卷的讀寫。因為主機對源卷的寫數據會被快照回滾覆蓋掉。
快照回滾命令執行成功後，主機可以對源卷進行讀寫，寫前回滾技術保證了達到瞬時完成回滾的效果。
快照回滾過程中，不能進行在線升級。
快照回滾是將快照中的數據復制到源卷上，包含了寫快照產生的數據。
④ 配置流程
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