Como funcionam os instantâneos do Azure NetApp Files

Artigo
10/24/2023

Este artigo explica como funcionam os instantâneos do Azure NetApp Files. A tecnologia de instantâneo do Azure NetApp Files oferece estabilidade, escalabilidade e capacidade de recuperação mais rápida, sem impacto no desempenho. Ele fornece a base para soluções de proteção de dados, incluindo restaurações de arquivo único, restaurações e clones de volume, replicação entre regiões e retenção de longo prazo.

Para conhecer as etapas sobre como usar instantâneos de volume, consulte Gerenciar instantâneos usando arquivos NetApp do Azure. Para obter considerações sobre o gerenciamento de snapshots na replicação entre regiões, consulte Requisitos e considerações sobre o uso da replicação entre regiões.

O que são instantâneos de volume

Um instantâneo dos Arquivos NetApp do Azure é uma imagem point-in-time do sistema de arquivos (volume). É ideal para servir como um backup online. Você pode usar um instantâneo para criar um novo volume (clone), restaurar um arquivo ou reverter um volume. Em dados específicos de aplicativos armazenados em volumes de Arquivos NetApp do Azure, etapas adicionais podem ser necessárias para garantir a consistência do aplicativo.

Os instantâneos de baixa sobrecarga são possibilitados pelos recursos exclusivos da tecnologia de virtualização de volume subjacente que faz parte dos Arquivos NetApp do Azure. Como um banco de dados, essa camada usa ponteiros para os blocos de dados reais no disco. Mas, ao contrário de um banco de dados, ele não reescreve blocos existentes; Ele grava dados atualizados em novos blocos e altera os ponteiros, mantendo assim os dados novos e antigos. Um instantâneo dos Arquivos NetApp do Azure simplesmente manipula ponteiros de bloco, criando uma exibição "congelada", somente leitura de um volume que permite que os aplicativos acessem versões mais antigas de arquivos e hierarquias de diretórios sem programação especial. Os blocos de dados reais não são copiados. Como tal, os instantâneos são eficientes no tempo necessário para criá-los; eles são quase instantâneos, independentemente do tamanho do volume. Os snapshots também são eficientes no espaço de armazenamento; apenas blocos delta entre snapshots e o volume ativo são mantidos.

Os diagramas a seguir ilustram os conceitos:

Os arquivos consistem em metadados e blocos de dados gravados em um volume. Nesta ilustração, há três arquivos, cada um consistindo em três blocos: arquivo 1, arquivo 2 e arquivo 3.
É tirado um instantâneo Snapshot1 , que copia os metadados e apenas os ponteiros para os blocos que representam os ficheiros:
Os arquivos no volume continuam a ser alterados e novos arquivos são adicionados. Os blocos de dados modificados são gravados como novos blocos de dados no volume. Os blocos que foram capturados anteriormente permanecem Snapshot1 inalterados:
Um novo instantâneo Snapshot2 é tirado para capturar as alterações e adições:

Quando um instantâneo é tirado, os ponteiros para os blocos de dados são copiados e as modificações são gravadas em novos locais de dados. Os ponteiros de instantâneo continuam a apontar para os blocos de dados originais que o arquivo ocupava quando o instantâneo foi tirado, fornecendo exibições ao vivo e históricas dos dados. Se você criar um novo instantâneo, os ponteiros atuais (ou seja, aqueles criados após as adições e modificações mais recentes) serão copiados para um novo instantâneo Snapshot2. Isso cria acesso a três gerações de dados (os dados dinâmicos Snapshot2e Snapshot1, por ordem de idade) sem ocupar o espaço de volume que três cópias completas exigiriam.

Um instantâneo tira apenas uma cópia dos metadados do volume (tabela inode). Leva apenas alguns segundos para criar, independentemente do tamanho do volume, da capacidade usada ou do nível de atividade no volume. Como tal, tirar um instantâneo de um volume de 100 TiB leva a mesma quantidade de tempo (quase zero) que tirar um instantâneo de um volume de 100 GiB. Depois que um instantâneo é criado, as alterações nos arquivos de dados são refletidas na versão ativa dos arquivos, normalmente.

Enquanto isso, os blocos de dados apontados a partir de instantâneos permanecem estáveis e imutáveis. Devido à natureza "Redirecionar na gravação" dos volumes dos Arquivos NetApp do Azure, os instantâneos não incorrem em sobrecarga de desempenho e, por si só, não consomem espaço. Você pode armazenar até 255 snapshots por volume ao longo do tempo, todos acessíveis como versões somente leitura e online dos dados, consumindo tão pouca capacidade quanto o número de blocos alterados entre cada snapshot. Os blocos modificados são armazenados no volume ativo. Os blocos apontados em instantâneos são mantidos (como somente leitura) no volume para proteção, para serem reaproveitados somente quando todos os ponteiros (no volume ativo e instantâneos) tiverem sido limpos. Portanto, a utilização do volume aumenta com o tempo, seja por novos blocos de dados ou blocos de dados (modificados) mantidos em instantâneos.

O diagrama a seguir mostra os instantâneos de um volume e o espaço usado ao longo do tempo:

Como um instantâneo de volume registra apenas as alterações de bloco desde o instantâneo mais recente, ele oferece os seguintes benefícios principais:

Os snapshots são eficientes em termos de armazenamento.
Os snapshots consomem espaço de armazenamento mínimo porque não copiam nenhum bloco de dados de todo o volume. Dois instantâneos tirados em sequência diferem apenas pelos blocos adicionados ou alterados no intervalo de tempo entre os dois. Esse comportamento incremental de bloco minimiza o consumo de capacidade de armazenamento associado. Muitas implementações alternativas de snapshot consomem volumes de armazenamento iguais ao sistema de arquivos ativo, aumentando os requisitos de capacidade de armazenamento. Dependendo das taxas de alteração diárias no nível de bloco do aplicativo, os instantâneos do Azure NetApp Files consomem mais ou menos capacidade, mas apenas em dados alterados. O consumo médio diário de instantâneos varia de apenas 1 a 5% da capacidade de volume utilizado para muitos volumes de aplicações ou até 20 a 30% para volumes como os volumes de base de dados SAP HANA. Certifique-se de monitorar seu volume e uso de snapshot para o consumo de capacidade de snapshot em relação ao número de snapshots criados e mantidos.
Os snapshots são rápidos para criar, replicar, restaurar ou clonar.
Leva apenas alguns segundos para criar, replicar, restaurar ou clonar um snapshot, independentemente do tamanho do volume e do nível de atividade no volume. Você pode criar um instantâneo de volume sob demanda. Você também pode usar políticas de instantâneo para especificar quando os Arquivos NetApp do Azure devem criar automaticamente um instantâneo e quantos instantâneos devem ser mantidos para um volume. A consistência do aplicativo pode ser alcançada orquestrando snapshots com a camada do aplicativo, por exemplo, usando a ferramenta AzAcSnap para SAP HANA.
Os snapshots não têm impacto no desempenho do volume.
Devido à natureza de "Redirecionamento na gravação" da tecnologia subjacente, armazenar ou reter instantâneos dos Arquivos NetApp do Azure não tem impacto no desempenho, mesmo com atividade de dados pesada. A exclusão de um snapshot também tem pouco ou nenhum impacto no desempenho na maioria dos casos.
Os snapshots fornecem escalabilidade porque podem ser criados com freqüência e muitos podem ser mantidos.
Os volumes dos Arquivos NetApp do Azure oferecem suporte a até 255 instantâneos por volume. A capacidade de armazenar muitos snapshots de baixo impacto criados com frequência aumenta a probabilidade de que a versão desejada dos dados possa ser recuperada com êxito.
Os instantâneos podem ser armazenados no armazenamento do Azure.
Para requisitos de conformidade e retenção de dados de longo prazo, use a funcionalidade de backup do Azure NetApp Files para armazenar instantâneos do Azure com baixo custo e habilitado para ZRS, fora do volume que está sendo protegido.
Os snapshots fornecem visibilidade do usuário e capacidade de recuperação de arquivos.

O alto desempenho, a escalabilidade e a estabilidade da tecnologia de instantâneo do Azure NetApp Files significam que ela fornece um backup online ideal para recuperação orientada pelo usuário. Os instantâneos podem ser tornados acessíveis pelo usuário para fins de restauração de arquivos, diretórios ou volumes. Soluções adicionais permitem copiar backups para armazenamento offline ou replicar entre regiões para fins de retenção ou recuperação de desastres.

Maneiras de criar instantâneos

Você pode usar vários métodos para criar e manter instantâneos:

Manualmente (sob demanda), usando:
- O portal do Azure, a API REST, a CLI do Azure ou as ferramentas do PowerShell
- Scripts (ver exemplos)
Automatizado, utilizando:
- Políticas de instantâneo, por meio do portal do Azure, API REST, CLI do Azure ou ferramentas do PowerShell
- Ferramentas de snapshot consistentes com aplicativos, como o AzAcSnap

Como volumes e snapshots são replicados entre regiões para DR

Os Arquivos NetApp do Azure dão suporte à replicação entre regiões para fins de recuperação de desastres (DR). A replicação entre regiões dos Arquivos NetApp do Azure usa a tecnologia SnapMirror. Apenas os blocos alterados são enviados através da rede num formato comprimido e eficiente. Depois que uma replicação entre regiões é iniciada entre volumes, todo o conteúdo do volume (ou seja, os blocos de dados armazenados reais) é transferido apenas uma vez. Essa operação é chamada de transferência de linha de base. Após a transferência inicial, apenas os blocos alterados (conforme capturados em instantâneos) são transferidos. O resultado é uma réplica assíncrona 1:1 do volume de origem, incluindo todos os snapshots. Esse comportamento segue um mecanismo de replicação completo e incremental para sempre. Essa tecnologia minimiza a quantidade de dados necessários para replicar entre as regiões, economizando custos de transferência de dados. Também reduz o tempo de replicação. Você pode obter um RPO (Recovery Point Objetive, objetivo de ponto de recuperação) menor, porque mais snapshots podem ser criados e transferidos com mais frequência com transferências de dados mínimas. Além disso, elimina a necessidade de mecanismos de replicação baseados em host, evitando o custo de licença de máquina virtual e software.

O diagrama a seguir mostra o tráfego de instantâneo em cenários de replicação entre regiões:

Como os snapshots podem ser armazenados em compartimento para retenção de longo prazo e economia de custos

Conforme descrito, os instantâneos são usados para criar backups rápidos e eficientes em termos de espaço dos volumes dos Arquivos NetApp do Azure, de forma eficiente e rápida, e fornecem um meio de restaurar arquivos de dados ou completar volumes de forma muito eficaz. Esses instantâneos on-line servem como a primeira linha de defesa e cobrem a maioria das operações de recuperação de dados.

Para manter instantâneos por um longo período de tempo ou para manter mais instantâneos do que o número máximo de instantâneos online, você pode armazenar instantâneos dos volumes do Azure NetApp Files no armazenamento do Azure habilitado para ZRS. Isso é facilitado pela funcionalidade de backup do Azure NetApp Files. A funcionalidade mantém instantâneos por longos períodos de tempo (até um ano ou até mais). Os backups são armazenados no armazenamento do Azure, que tem uma vantagem de custo em relação ao custo do pool de capacidade dos Arquivos NetApp do Azure e utiliza uma plataforma de armazenamento diferente para eliminar dependências e cumprir os requisitos de retenção.

Para habilitar a compartimentação de instantâneos em seu volume de Arquivos NetApp do Azure, configure uma política de backup na assinatura do Azure NetApp Files (localizada na seção Proteção de Dados) e especifique o número de backups Diários, Semanais e Mensais que você deseja manter. Isso é tudo o que você precisa fazer para expandir sua proteção de dados com armazenamento de longo prazo econômico e econômico.

O diagrama a seguir mostra como os dados de instantâneo são transferidos do volume Arquivos NetApp do Azure para o armazenamento de backup dos Arquivos NetApp do Azure, hospedado no armazenamento do Azure.

A funcionalidade de backup do Azure NetApp Files foi projetada para manter um histórico mais longo de backups, conforme indicado neste exemplo simplificado. Observe como o repositório de backup à direita contém mais e mais instantâneos antigos do que o volume protegido e instantâneos à esquerda.

A maioria dos casos de uso exige que você mantenha instantâneos online no volume de Arquivos NetApp do Azure por um período de tempo relativamente curto (geralmente vários meses) para atender às recuperações mais comuns de dados perdidos devido a erro do aplicativo ou do usuário. A funcionalidade de backup do Azure NetApp Files é usada para estender o período de proteção de dados para um ano ou mais, enviando os instantâneos para o armazenamento econômico do Azure. Conforme indicado pela cor azul no diagrama, a primeira transferência é a linha de base, que copia todos os blocos de dados consumidos no volume e instantâneos dos Arquivos NetApp do Azure de origem. Os backups consecutivos usam o mecanismo de snapshot para atualizar o repositório de backup apenas com atualizações incrementais de bloco.

Maneiras de restaurar dados de snapshots

A tecnologia de instantâneo do Azure NetApp Files melhora consideravelmente a frequência e a confiabilidade dos backups. Ele incorre em sobrecarga de desempenho mínima e pode ser criado com segurança em um volume ativo. Os instantâneos dos Arquivos NetApp do Azure permitem restaurações quase instantâneas, seguras e, opcionalmente, gerenciadas pelo usuário. Esta seção descreve várias maneiras pelas quais os dados podem ser acessados ou restaurados a partir de instantâneos dos Arquivos NetApp do Azure.

Restaurando (clonando) um snapshot online para um novo volume

Você pode restaurar instantâneos do Azure NetApp Files para volumes separados e independentes (clones). Esta operação é quase instantânea, independentemente do tamanho do volume e da capacidade consumida. O volume recém-criado está quase imediatamente disponível para acesso, enquanto o volume real e os blocos de dados de instantâneo estão sendo copiados. Dependendo do tamanho e da capacidade do volume, esse processo pode levar um tempo considerável durante o qual o volume pai e o instantâneo não podem ser excluídos. No entanto, o volume já pode ser acessado após a criação inicial, enquanto o processo de cópia está em andamento em segundo plano. Esse recurso permite a criação rápida de volumes para recuperação de dados ou clonagem de volumes para teste e desenvolvimento. Por natureza do processo de cópia de dados, o consumo do pool de capacidade de armazenamento dobra quando a restauração é concluída e o novo volume mostra a capacidade ativa total do instantâneo original. O instantâneo usado para criar o novo volume também está presente no novo volume. Após a conclusão desse processo, o volume é independente e desassociado do volume original, e os volumes de origem e o instantâneo podem ser gerenciados ou removidos independentemente do novo volume.

O diagrama a seguir mostra um novo volume criado restaurando (clonando) um instantâneo:

A mesma operação pode ser executada em snapshots replicados para um volume de recuperação de desastres (DR). Qualquer snapshot pode ser restaurado para um novo volume, mesmo quando a replicação entre regiões permanece ativa ou em andamento. Esse recurso permite a criação sem interrupções de ambientes de teste e desenvolvimento em uma região de DR, colocando os dados em uso, enquanto os volumes replicados seriam usados apenas para fins de DR. Este caso de uso permite que o teste e o desenvolvimento sejam isolados da produção, eliminando o impacto potencial nos ambientes de produção.

O diagrama a seguir mostra a restauração de volume (clonagem) usando o instantâneo do volume de destino DR enquanto a replicação entre regiões está ocorrendo:

Quando você restaura um instantâneo para um novo volume, a página Visão geral do volume exibe o nome do instantâneo usado para criar o novo volume no campo Originado de . Consulte Restaurar um instantâneo para um novo volume sobre operações de restauração de volume.

Restaurando (revertendo) um instantâneo online in-loco

Em alguns casos, como o novo volume consome capacidade de armazenamento, a criação de um novo volume a partir de um snapshot pode não ser necessária ou apropriada. Para se recuperar rapidamente de corrupção de dados (por exemplo, corrupção de banco de dados ou ataques de ransomware), pode ser mais apropriado restaurar um instantâneo dentro do próprio volume. Essa operação pode ser feita usando a funcionalidade de reversão de instantâneo dos Arquivos NetApp do Azure. Essa funcionalidade permite que você reverta rapidamente um volume para o estado em que estava quando um instantâneo específico foi tirado. Na maioria dos casos, reverter um volume é muito mais rápido do que restaurar arquivos individuais de um instantâneo para o sistema de arquivos ativo, especialmente em volumes grandes e multi-TiB.

A reversão de um instantâneo de volume é quase instantânea e leva apenas alguns segundos para ser concluída, mesmo para os volumes maiores. Os metadados do volume ativo (tabela inode) são substituídos pelos metadados do snapshot a partir do momento da criação do snapshot, revertendo assim o volume para esse point-in-time específico. Nenhum bloco de dados precisa ser copiado para que a reversão entre em vigor. Como tal, é mais eficiente em termos de espaço e mais rápido do que restaurar um snapshot para um novo volume.

O diagrama a seguir mostra um volume revertendo para um instantâneo anterior:

Importante

Dados ativos do sistema de arquivos que foram gravados e instantâneos que foram tirados após a perda do instantâneo selecionado. A operação de reversão de instantâneo substitui todos os dados no volume de destino pelos dados no instantâneo selecionado. Você deve prestar atenção ao conteúdo do instantâneo e à data de criação ao selecionar um instantâneo. Não é possível desfazer a operação de reversão de snapshot.

Consulte Reverter um volume usando a reversão de instantâneo sobre como usar esse recurso.

Restaurando arquivos ou diretórios de instantâneos online usando um cliente

Se a visibilidade do caminho do instantâneo não estiver definida como hidden, você poderá acessar diretamente os instantâneos para se recuperar de exclusão acidental, corrupção ou modificação de seus dados. A segurança de arquivos e diretórios é mantida no snapshot, e os snapshots são somente leitura por design. Como tal, a restauração é segura e simples. Se a visibilidade do caminho do instantâneo estiver definida como hidden, você poderá abrir um tíquete de suporte para que um administrador de backup ou administrador do sistema restaure seus arquivos a partir de um instantâneo.

O diagrama a seguir mostra o acesso de arquivo ou diretório a um instantâneo usando um cliente:

No diagrama, o Snapshot 1 consome apenas os blocos delta entre o volume ativo e o momento da criação do snapshot. Mas quando você acessa o snapshot por meio do caminho do snapshot de volume, os dados aparecem como se fossem a capacidade total do volume no momento da criação do snapshot. Ao acessar as pastas de instantâneo, você pode restaurar dados copiando arquivos e diretórios de um instantâneo de sua escolha.

Da mesma forma, snapshots em volumes de replicação entre regiões de destino podem ser acessados somente leitura para recuperação de dados na região de DR.

O diagrama a seguir mostra o acesso a instantâneos em cenários de replicação entre regiões:

Consulte Restaurar um arquivo a partir de um instantâneo usando um cliente sobre como restaurar arquivos ou diretórios individuais a partir de instantâneos.

Restaurando arquivos ou diretórios de snapshots on-line usando a restauração de instantâneo de arquivo único

Se não quiser restaurar o snapshot inteiro para um novo volume ou copiar arquivos grandes pela rede, você pode usar o recurso de restauração de instantâneo de arquivo único para recuperar arquivos individuais diretamente em um volume a partir de um snapshot, sem exigir uma cópia de dados de cliente externo.

Esse recurso não exige que você restaure todo o snapshot para um novo volume, reverta um volume ou copie arquivos grandes pela rede. Você pode usar esse recurso para restaurar arquivos individuais diretamente no serviço a partir de um instantâneo de volume sem exigir cópia de dados usando um cliente externo. Essa abordagem pode reduzir drasticamente o RTO e o uso de recursos de rede ao restaurar arquivos grandes.

O diagrama a seguir descreve como a restauração de instantâneo de arquivo único funciona:

Quando um único arquivo é restaurado in-loco (file2) ou para um novo arquivo no volume (file2’), somente os ponteiros para blocos existentes capturados anteriormente em um instantâneo são revertidos. Esta operação elimina a cópia de quaisquer blocos de dados e é quase instantânea, independentemente do tamanho do arquivo (o número de blocos no arquivo).

Restaurando backups de volume a partir de snapshots em cofre

Você pode pesquisar backups no nível de volume ou no nível da conta NetApp. Os nomes usados para snapshots são preservados quando o backup dos snapshots é feito e incluem o prefixo "daily", "weekly" ou "monthly". Eles também incluem o carimbo de data/hora da data e hora de criação do instantâneo. O primeiro instantâneo tirado quando o recurso de backup está habilitado é chamado de instantâneo de linha de base. O instantâneo da linha de base inclui todos os dados sobre o volume protegido e os instantâneos. Os instantâneos abobadados consecutivos são atualizações incrementais de bloco, enquanto os instantâneos são sempre uma representação completa do volume no momento em que o instantâneo em compartimento foi tirado e podem ser restaurados diretamente sem a necessidade de empilhar a linha de base com atualizações incrementais.

O diagrama a seguir ilustra a operação de restauração de um instantâneo compartimentado selecionado para um novo volume:

Restaurando arquivos ou diretórios individuais a partir de instantâneos em cofre

Para restaurar arquivos ou diretórios individuais, o instantâneo compartimentado completo é restaurado para um novo volume e, em seguida, o volume pode ser montado para procurar os arquivos ou diretórios a serem restaurados. A restauração é feita copiando os arquivos ou diretórios necessários do volume recém-restaurado para o local de destino. Quando a restauração for concluída, o volume restaurado poderá ser excluído.

Se um volume for excluído, seus snapshots em cofre (backups) ainda serão mantidos, ao contrário dos snapshots online, que fazem parte do volume e são excluídos com a exclusão do volume. Você pode restaurar volumes completos e, em seguida, diretórios individuais de backups em cofre, mesmo que o volume pai tenha sido excluído ou perdido devido a erro do aplicativo ou do usuário. Você pode fazer isso selecionando o instantâneo compartimentado apropriado na lista de backup e restaurando-o para um novo volume. Consulte Restaurar um backup para um novo volume para obter detalhes.

Como os instantâneos são excluídos

Esta seção explica como instantâneos online e instantâneos em cofre são excluídos.

Excluindo instantâneos online

Os snapshots consomem capacidade de armazenamento. Como tal, normalmente não são mantidos indefinidamente. Para proteção, retenção e capacidade de recuperação de dados, vários snapshots (criados em vários momentos) geralmente são mantidos on-line por um determinado período, dependendo dos requisitos de RPO, RTO e SLA de retenção. Os snapshots podem ser excluídos do serviço de armazenamento por um administrador a qualquer momento. Qualquer instantâneo pode ser excluído, independentemente da ordem em que foi criado. A exclusão de snapshots mais antigos libera espaço.

Importante

A operação de exclusão de instantâneo não pode ser desfeita. Você deve reter cópias offline (instantâneos em cofre) do volume para fins de proteção e retenção de dados.

Quando um instantâneo é excluído, todos os ponteiros desse instantâneo para os blocos de dados existentes são removidos. Somente quando um bloco de dados não tem mais ponteiros apontando para ele (pelo volume ativo ou outros instantâneos no volume), o bloco de dados é retornado ao espaço livre de volume para uso futuro. Portanto, a remoção de instantâneos geralmente libera mais capacidade em um volume do que a exclusão de dados do volume ativo, porque os blocos de dados geralmente são capturados em instantâneos criados anteriormente.

O diagrama a seguir mostra o efeito no consumo de armazenamento da exclusão do Snapshot 3 de um volume:

Certifique-se de monitorar o consumo de volume e snapshot e entender como o aplicativo, o volume ativo e o consumo de snapshot interagem.

Consulte Excluir instantâneos sobre como gerenciar a exclusão de instantâneos. Consulte Gerenciar políticas de snapshot sobre como automatizar esse processo.

Excluindo instantâneos em cofre

Quando você exclui um volume de Arquivos NetApp do Azure, os backups são mantidos no cofre de backup. Se você não quiser manter os backups, primeiro exclua os backups mais antigos, seguidos pelo backup mais recente.

O histórico de instantâneos em cofre é gerenciado automaticamente pela política de instantâneo aplicada, em que o instantâneo mais antigo é excluído quando um novo é adicionado pelo agendador de instantâneos em cofre (backup). Você também pode remover manualmente instantâneos em cofre.