Принцип работы моментальных снимков Azure NetApp Files

Статья
10/24/2023

В этой статье объясняется, как работают моментальные снимки Azure NetApp Files. Технология моментальных снимков Azure NetApp Files обеспечивает стабильность, масштабируемость и более быстрое восстановление без снижения производительности. Он предоставляет основу для решений по защите данных, включая однофайловые восстановления, восстановление томов и клоны, межрегионное реплика и долгосрочное хранение.

Инструкции по использованию моментальных снимков томов см. в статье Управление моментальными снимками с помощью Azure NetApp Files. Рекомендации по управлению моментальными снимками в системе репликации между регионами см. в статье Требования и рекомендации, связанные с репликацией между регионами.

Что такое моментальные снимки тома

Моментальный снимок Azure NetApp Files — это образ файловой системы (тома) в определенный момент времени. Идеально подходит для использования в качестве оперативного резервного копирования. Снимок можно использовать для создания нового тома (клона), восстановления файла или отменить изменения тома. Для обеспечения согласованности приложений в конкретных данных приложения, хранящихся в томах Azure NetApp Files, могут потребоваться дополнительные действия.

Создание моментальных снимков с низкой нагрузкой осуществляется с помощью уникальных функций базовой технологии виртуализации томов, которая является частью Azure NetApp Files. Как и база данных, этот уровень использует указатели на реальные блоки данных на диске. Но, в отличие от базы данных, она не перезаписывает существующие блоки; он записывает обновленные данные в новые блоки и изменяет указатели, таким образом сохраняя новые и старые данные. Моментальный снимок Azure NetApp Files просто использует указатели на блоки, чтобы создавать «замороженное» представление тома, доступное только для чтения, которое позволяет приложениям обращаться к более старым версиям файлов и иерархиям каталогов без специального программирования. Фактические блоки данных не копируются. Таким образом, эффективность моментальных снимков обусловлена временем их создания — это происходит практически мгновенно, независимо от размера тома. Моментальные снимки также эффективны в пространстве хранения; Сохраняются только разностные блоки между моментальными снимками и активным томом.

Эта идея проиллюстрирована на приведенных ниже схемах.

Файлы состоят из метаданных и блоков данных, записанных в том. На этом рисунке есть три файла, каждый из которых состоит из трех блоков: file 1, file 2 и file 3.
Выполняется моментальный снимок Snapshot1 , копирующий метаданные и только указатели на блоки, представляющие файлы:
Файлы в томе продолжают изменяться, а новые файлы добавляются. Измененные блоки данных записываются в виде новых блоков данных на томе. Блоки, которые ранее были захвачены, Snapshot1 остаются неизменными:
Для записи изменений и добавлений создается новый моментальный снимок Snapshot2 :

При создании моментального снимка копируются указатели на блоки данных, а изменения записываются в новые расположения данных. Указатели моментальных снимков продолжают указывать на исходные блоки данных, занятые файлом при создании моментального снимка, предоставляя как динамические, так и исторические представления данных. Если вы создали новый моментальный снимок, текущие указатели (т. е. созданные после последних добавлений и изменений) копируются в новый моментальный снимок Snapshot2. При этом создается доступ к трем поколениям данных (динамические данные Snapshot2и Snapshot1, в порядке возраста), не требуя пространства томов, для которых потребуется три полных копии.

Моментальный снимок принимает только копию метаданных тома (таблица inode). Создание занимает всего несколько секунд, независимо от размера тома, используемой емкости или уровня активности в томе. Таким образом, создание моментального снимка тома 100 ТиБ занимает то же время (рядом с нулем) при создании моментального снимка тома 100 ГиБ. После создания моментального снимка изменения в файлах данных отражаются в активной версии файлов, как обычно.

Между тем блоки данных, на которые указываются из моментальных снимков, остаются стабильными и неизменяемыми. Из-за характера "Перенаправление на запись" томов Azure NetApp Files моментальные снимки не влечет за собой затраты на производительность и сами по себе не потребляют никакого пространства. С течением времени можно хранить до 255 моментальных снимков на том. Все они доступны только для чтения и являются онлайн-версиями данных, благодаря чему используется малая емкость, которая пропорциональна числу измененных блоков между каждым моментальным снимком. Измененные блоки хранятся в активном томе. Блоки, на которые указывают указатели в моментальных снимках, надежно сохраняются (только для чтения) в томе, чтобы их можно было переназначить только в том случае, если все указатели (в активном томе и моментальных снимках) были очищены. Таким образом, использование томов увеличивается со временем, используя новые блоки данных или (измененные) блоки данных, хранящиеся в моментальных снимках.

На следующей схеме показаны моментальные снимки тома и пространство, использованное с течением времени:

Поскольку моментальный снимок тома записывает только изменения блоков с момента последнего моментального снимка, он обеспечивает следующие основные преимущества:

Моментальные снимки эффективно используют хранилище.
Моментальные снимки используют минимальное место в хранилище, так как они не копируют блоки данных всего тома. Два моментальных снимка, созданных в последовательности, отличаются только блоками, добавленными или измененными в интервале времени между ними. Это добавочное поведение блока сводит к минимуму связанное потребление емкости хранилища. Многие альтернативные реализации моментальных снимков используют тома хранилища, равные активной файловой системе, что повышает требования к емкости хранилища. В зависимости от частоты изменений на уровне ежедневного блока приложения моментальные снимки Azure NetApp Files используют большую или меньшую емкость, но только для измененных данных. Средний дневной объем использования моментального снимка составляет лишь 1–5% от объема используемой емкости тома для многих томов приложений или до 20–30% для таких томов, как тома базы данных SAP HANA. Не забудьте отслеживать использование тома и моментального снимка на предмет потребления емкости моментальным снимком относительно количества созданных и обслуживаемых моментальных снимков.
Моментальные снимки быстро создаются, реплицируются, восстанавливаются и клонируются.
Создание, реплика te, восстановление или клонирование моментального снимка занимает всего несколько секунд, независимо от размера тома и уровня активности на томе. Моментальный снимок тома можно создавать по требованию. Можно также использовать политики моментальных снимков для указания того, когда Azure NetApp Files будет автоматически создавать моментальные снимки и сколько моментальных снимков будет храниться для тома. Согласованности приложений можно достичь путем оркестрации моментальных снимков на уровне приложения, например с помощью инструмента AzAcSnap для SAP HANA.
Моментальные снимки не влияют на производительность тома.
Из-за особенностей технологии «перенаправление при записи», лежащей в основе этого метода, хранение или сохранение моментальных снимков Azure NetApp Files не влияет на производительность даже при интенсивной работе с данными. Удаление моментального снимка в большинстве случаев также не влияет или мало влияет на производительность.
Моментальные снимки обеспечивают масштабируемость , так как их можно создавать часто, и многие из них могут храниться.
Тома Azure NetApp Files поддерживают до 255 моментальных снимков на том. Возможность хранения большого количества низкоуровневых моментальных снимков часто создаваемых моментальных снимков повышает вероятность успешного восстановления требуемой версии данных.
Моментальные снимки можно хранить в хранилище Azure.
Для обеспечения соответствия требованиям и долгосрочным требованиям к хранению данных используйте функцию резервного копирования Azure NetApp Files для хранения моментальных снимков, чтобы эффективно использовать хранилище Azure с поддержкой ZRS за пределами защищенного тома.
Моментальные снимки обеспечивают видимость пользователя и возможность восстановления файлов.

Высокая производительность, масштабируемость и стабильность технологии моментальных снимков Azure NetApp Files означает, что она идеально подходит для онлайн-архивирования в целях восстановления, управляемого пользователем. Моментальные снимки можно сделать доступными для пользователя в целях восстановления файлов, каталогов или томов. Дополнительные решения позволяют копировать резервные копии в автономное хранилище или реплика te между регионами для хранения или аварийного восстановления.

Способы создания моментальных снимков

Создавать и поддерживать моментальные снимки можно несколькими способами:

вручную (по запросу), используя:
- портал Azure, REST API, Azure CLI или инструменты PowerShell;
- скрипты (см. примеры);
автоматически, используя:
- политики моментальных снимков с помощью портала Azure, REST API, Azure CLI или инструментов PowerShell;
- инструменты создания моментальных снимков, согласующиеся с приложениями, например AzAcSnap.

Репликация томов и моментальных снимков между регионами для аварийного восстановления

Azure NetApp Files поддерживает реплика между регионами для аварийного восстановления (АВАРИЙНОго восстановления). Для репликации между регионами Azure NetApp Files используется технология SnapMirror. По сети отправляются только измененные блоки, преобразованные в эффективный формат со сжатием. После инициирования репликации томов между регионами все содержимое тома (то есть фактические сохраненные блоки данных) переносится только один раз. Эта операция называется перемещением по базовому плану. После первоначального переноса переносятся только измененные блоки (захваченные в моментальных снимках). Результатом является асинхронная реплика 1:1 исходного тома, включая все моментальные снимки. Это поведение соответствует полному и инкрементному неограниченному механизму репликации. Эта технология позволяет сократить объем данных, требующих репликации между регионами, снижая тем самым затраты на передачу данных. Кроме того, сокращается время репликации. Вы можете достичь меньшей цели точки восстановления (RPO), так как можно создавать и передавать больше моментальных снимков с минимальным объемом передачи данных. Кроме того, это устраняет необходимость использования механизмов репликации на основе узла, избавляя от расходов на лицензии на виртуальную машину и программное обеспечение.

На следующей схеме показан трафик моментальных снимков в сценариях репликации между регионами.

Как создавать моментальные снимки для долгосрочного хранения и экономии затрат

Как описано, моментальные снимки используются для создания быстрых, эффективных резервных копий томов Azure NetApp Files, эффективно и быстро, и они обеспечивают средства для восстановления файлов данных или завершения томов очень эффективно. Эти онлайн-моментальные снимки служат первой линией защиты и охватывают большинство операций восстановления данных.

Чтобы сохранить моментальные снимки в течение длительного периода времени или сохранить больше моментальных снимков, чем максимальное количество моментальных снимков в Сети, можно хранить моментальные снимки из томов Azure NetApp Files в хранилище Azure с поддержкой ZRS. Это упрощается функцией резервного копирования Azure NetApp Files. Функция сохраняет моментальные снимки в течение длительного времени (до года или даже дольше). Резервные копии хранятся в хранилище Azure, что имеет преимущество по сравнению с затратами на пул емкости Azure NetApp Files и использует другую платформу хранения для устранения зависимостей и соблюдения требований к хранению.

Чтобы включить хранилище моментальных снимков в томе Azure NetApp Files, настройте политику резервного копирования в подписке Azure NetApp Files (расположенную в разделе защиты данных) и укажите количество ежедневных, еженедельных и ежемесячных резервных копий, которые требуется сохранить. Это все, что необходимо сделать, чтобы расширить защиту данных с помощью экономичного долгосрочного хранилища.

На следующей схеме показано, как данные моментального снимка передаются из тома Azure NetApp Files в хранилище резервных копий Azure NetApp Files, размещенном в хранилище Azure.

Функция резервного копирования Azure NetApp Files предназначена для хранения более длительного журнала резервных копий, как показано в этом упрощенном примере. Обратите внимание, что репозиторий резервных копий справа содержит больше и более старых моментальных снимков, чем защищенный том и моментальные снимки слева.

В большинстве случаев использования требуется хранить моментальные снимки в сети в томе Azure NetApp Files относительно короткое время (обычно несколько месяцев) для обслуживания наиболее распространенных восстановления потерянных данных из-за ошибки приложения или пользователя. Функция резервного копирования Azure NetApp Files используется для расширения периода защиты данных до года или более длительного времени путем отправки моментальных снимков в экономичное хранилище Azure. Как указано синим цветом на схеме, первый перенос — это базовый план, который копирует все используемые блоки данных в исходном томе и моментальных снимках Azure NetApp Files. Последовательные резервные копии используют механизм моментального снимка для обновления репозитория резервных копий только с добавочными обновлениями.

Способы восстановления данных из моментальных снимков

Технология создания моментальных снимков Azure NetApp Files значительно повышает частоту и надежность резервного копирования. Она оказывает минимальное влияние на производительность и позволяет безопасно создавать моментальные снимки на активном томе. Моментальные снимки Azure NetApp Files обеспечивают почти мгновенное, безопасное и необязательное восстановление, управляемое пользователем. В этом разделе описываются различные способы доступа к данным и их восстановления из моментальных снимков Azure NetApp Files.

Восстановление (клонирование) сетевого моментального снимка в новый том

Моментальные снимки Azure NetApp Files можно восстановить для отдельных независимых томов (клонов). Эта операция выполняется почти мгновенно, независимо от размера тома и потребляемой емкости. Вновь созданный том почти сразу доступен для доступа, а фактические блоки данных тома и моментальных снимков копируются. В зависимости от размера и емкости тома этот процесс может занять значительное время, в течение которого родительский том и моментальный снимок не могут быть удалены. Однако после первоначального создания том уже доступен, а процесс копирования выполняется в фоновом режиме. Эта возможность позволяет быстро создавать тома для восстановления данных или клонирования томов для тестирования и разработки. По характеру процесса копирования данных потребление емкости хранилища увеличивается при завершении восстановления, а новый том показывает полную активную емкость исходного моментального снимка. Моментальный снимок, используемый для создания нового тома, также присутствует на новом томе. После завершения этого процесса том не зависит от исходного тома, а исходные тома и моментальные снимки можно управлять или удалять независимо от нового тома.

На следующей схеме показан новый том, созданный путем восстановления (клонирования) моментального снимка.

Эта же операция может выполняться при реплика моментальных снимках в том аварийного восстановления ( аварийного восстановления). Любой моментальный снимок можно восстановить на новый том, даже если репликация между регионами остается активной или еще выполняется. Эта возможность позволяет создавать среды тестирования и разработки в регионе аварийного восстановления, помещая данные для использования, в то время как реплика тома в противном случае будут использоваться только для целей аварийного восстановления. Этот вариант использования позволяет изолировать тест и разработку от рабочей среды, устраняя потенциальное влияние на рабочие среды.

На следующей схеме показано восстановление (клонирование) тома с помощью моментального снимка целевого тома аварийного восстановления при выполнении репликации между регионами.

При восстановлении моментального снимка на новый том на странице обзора тома отображается имя моментального снимка, используемого для создания нового тома в поле "Исходная версия ". Сведения об операциях восстановления тома см. в разделе Восстановление моментального снимка в новый том.

Восстановление (отменить изменения) сетевого моментального снимка на месте

В некоторых случаях, так как новый том потребляет емкость хранилища, создание нового тома из моментального снимка может не потребоваться или соответствующим образом. Чтобы быстро восстановиться после повреждения данных (например, атак на повреждения базы данных или программ-шантажистов), лучше восстановить моментальный снимок в самом томе. Эту операцию можно выполнить с помощью моментального снимка Azure NetApp Files отменить изменения функциональными возможностями. Эта функция позволяет быстро вернуть том в состояние, в котором он находился при создании определенного моментального снимка. В большинстве случаев отмена изменений для тома выполняется гораздо быстрее, чем восстановление отдельных файлов из моментального снимка в активную файловую систему, особенно в больших томах, занимающих много ТиБ.

Восстановление моментального снимка тома выполняется практически мгновенно — всего несколько секунд, даже для самых больших томов. Метаданные активного тома (таблица inode) заменяются метаданными моментального снимка с момента создания моментального снимка, что приводит к откату тома к этому определенному моменту времени. Не нужно копировать блоки данных, чтобы отмена изменений вступила в силу. Таким образом, это эффективнее и быстрее, чем восстановление моментального снимка на новый том.

На следующей схеме показана отмена изменений тома путем перехода к более раннему снимку.

Внимание

Активные данные файловой системы, записанные и моментальные снимки, сделанные после потери выбранного моментального снимка. Операция моментального снимка отменить изменения заменяет все данные в целевом томе данными в выбранном моментальном снимке. При выборе моментального снимка обращайте внимание на содержимое и дату создания моментального снимка. Операцию возврата состояния из моментального снимка отменить нельзя.

Сведения об использовании этой функции см. в разделе Отмена изменений тома с помощью моментального снимка.

Восстановление файлов или каталогов из сетевых моментальных снимков с помощью клиента

Если видимость пути моментального снимка не заданаhidden, вы можете напрямую получить доступ к моментальным снимкам для восстановления после случайного удаления, повреждения или изменения данных. В моментальном снимке файлы и каталоги сохраняются в безопасности, при том что моментальные снимки по своей сути доступны только для чтения. Таким образом, восстановление является безопасным и простым. Если для видимости пути моментального снимка задано hiddenзначение, можно открыть запрос в службу поддержки, чтобы администратор резервного копирования или системный администратор восстанавливали файлы из моментального снимка.

На следующей схеме показан доступ к моментальному снимку файла или каталога с помощью клиента:

На схеме моментальный снимок 1 потребляет только блоки, которые различаются между активным томом и моментом создания моментального снимка. Но при доступе к моментальному снимку через путь моментального снимка тома данные отображаются так, как будто это полная емкость тома во время создания моментального снимка. Доступ к папкам моментальных снимков позволяет восстановить данные, скопировав файлы и каталоги из выбранного моментального снимка.

Аналогично, моментальные снимки в целевых томах репликации между регионами доступны только для чтения в целях восстановления данных в регионе аварийного восстановления.

На следующей схеме показан доступ к моментальным снимкам в сценариях репликации между регионами.

Сведения о восстановлении отдельных файлов или каталогов из моментальных снимков см. в разделе Восстановление файла из моментального снимка с помощью клиента.

Восстановление файлов или каталогов из сетевых моментальных снимков с помощью восстановления моментальных снимков с одним файлом

Если вы не хотите восстановить весь моментальный снимок на новый том или скопировать большие файлы в сети, можно использовать функцию восстановления моментальных снимков с одним файлом для восстановления отдельных файлов непосредственно в томе из моментального снимка, не требуя копирования данных внешнего клиента.

Эта функция не требует восстановления всего моментального снимка до нового тома, отменить изменения тома или копирования больших файлов в сети. Эту функцию можно использовать для восстановления отдельных файлов непосредственно в службе из моментального снимка тома, не требуя копирования данных с помощью внешнего клиента. Этот подход может значительно сократить использование RTO и сетевого ресурса при восстановлении больших файлов.

На следующей схеме описывается, как работает восстановление моментальных снимков с одним файлом:

Когда один файл восстанавливается на месте (file2) или в новый файл в томе (file2’), отменить изменения отменить изменения отменить изменения только указатели на существующие блоки, ранее захваченные в моментальном снимке. Эта операция устраняет копирование всех блоков данных и почти мгновенно, независимо от размера файла (количество блоков в файле).

Восстановление резервных копий томов из хранилищ моментальных снимков

Вы можете искать резервные копии на уровне тома или на уровне учетной записи NetApp. Имена, используемые для моментальных снимков, сохраняются при резервном копировании моментальных снимков и включают префикс "daily", "еженедельно" или "ежемесячно". Они также включают метку времени создания моментального снимка и даты. Первый моментальный снимок, сделанный при включении функции резервного копирования, называется базовым моментальным снимком. Базовый моментальный снимок содержит все данные о защищенном томе и моментальных снимках. Последовательные хранилища моментальные снимки являются добавочными обновлениями, а моментальные снимки всегда являются полным представлением тома во время создания хранилища моментального снимка и могут быть непосредственно восстановлены без необходимости стека базовых показателей с добавочными обновлениями.

На следующей схеме показана операция восстановления выбранного хранилища моментального снимка на новый том:

Восстановление отдельных файлов или каталогов из хранилищ моментальных снимков

Чтобы восстановить отдельные файлы или каталоги, полный хранилище моментального снимка восстанавливается в новом томе, а затем том можно подключить для поиска файлов или каталогов, которые необходимо восстановить. Восстановление выполняется путем копирования необходимых файлов или каталогов из вновь восстановленного тома в целевое расположение. После завершения восстановления восстановленный том может быть удален.

Если том удаляется, хранилище моментальных снимков (резервных копий) по-прежнему сохраняется, в отличие от сетевых моментальных снимков, которые являются частью тома и удаляются при удалении тома. Вы можете восстановить полные тома, а затем отдельные каталоги из хранилищ резервных копий, даже если родительский том был удален или потерян из-за ошибки приложения или пользователя. Это можно сделать, выбрав соответствующий хранилище моментальный снимок из списка резервных копий и восстановите его в новом томе. Дополнительные сведения см. в статье "Восстановление резервной копии в новом томе ".

Удаление моментальных снимков

В этом разделе объясняется, как удаляются моментальные снимки в Сети и хранилища моментальных снимков.

Удаление сетевых моментальных снимков

Моментальные снимки используют емкость хранилища. Таким образом, они обычно не хранятся в течение неограниченного времени. Для защиты, хранения и восстановления данных несколько моментальных снимков (созданных в разные моменты времени) обычно хранятся в сети в течение определенного времени в зависимости от требований к точке восстановления RPO, RTO и сроков хранения, которые определены в соглашении об уровне обслуживания. Моментальные снимки можно удалить из службы хранилища администратором в любое время. Любой моментальный снимок можно удалить независимо от порядка создания. Удаление старых моментальных снимков освобождает место.

Внимание

Операцию удаления моментального снимка отменить невозможно. Вы должны хранить автономные копии (сохраненные моментальные снимки) тома для защиты и хранения данных.

При удалении моментального снимка удаляются все указатели из этого моментального снимка на существующие блоки данных. Только если блок данных больше не указывает на него (активным томом или другими моментальными снимками в томе), блок данных возвращается в свободное от тома пространство для дальнейшего использования. Таким образом, удаление моментальных снимков обычно освобождает больше емкости тома, чем удаление данных из активного тома, так как блоки данных часто захватываются в ранее созданных моментальных снимках.

На следующей схеме показано воздействие удаления моментального снимка 3 из тома на использование хранилища.

Не забудьте отслеживать использование томов и снимков, чтобы понимать, как взаимодействуют использования со стороны приложения, активного тома и моментальных снимков.

Сведения об управлении удалением моментальных снимков см. в разделе Удаление моментальных снимков. Сведения о том, как автоматизировать этот процесс, см. в разделе Управление политиками моментальных снимков.

Удаление хранилищ моментальных снимков

При удалении тома Azure NetApp Files резервные копии сохраняются в хранилище резервных копий. Если вы не хотите хранить резервные копии, сначала удалите старые резервные копии, за которыми следует самая последняя резервная копия.

Журнал моментальных снимков хранилища управляется автоматически примененной политикой моментальных снимков, где самый старый моментальный снимок удаляется при добавлении нового планировщика хранилища моментальных снимков (резервного копирования). Вы также можете вручную удалить хранилища моментальных снимков.