Еволюція технології знімків: революція у способах захисту даних

디지털 епохи швидкого розвитку компанії та організації стикаються з однією з найважливіших викликів — як ефективно захистити зростаючі обсяги даних. Технологія знімків (snapshot) з’явилася як інноваційне рішення для вирішення цієї проблеми, подолавши фундаментальні обмеження традиційних методів резервного копіювання та закріпившись як ключова інфраструктурна технологія сучасних корпоративних ІТ-систем.

Необхідність захисту даних: чому заслуговують уваги знімки

Сучасний розвиток інформаційних технологій зробив обробку великих обсягів даних у банках, телекомунікаціях, електронній комерції, хмарних платформах та інших сферах звичайною практикою. За законом досвіду, запропонованим лауреатом премії Тюрінга Джимом Грей, обсяг даних, що створюється у мережевих середовищах кожні 18 місяців, дорівнює сумі всіх накопичених даних у історії людства. У цьому вибуховому зростанні даних втрата даних компанією означає не просто втрату інформації, а й значні економічні збитки та зниження довіри.

Загрози, такі як хакерські атаки, віруси, апаратні збої, природні катастрофи — все це може загрожувати ключовим даним компанії будь-коли і будь-де. Особливо після масштабних катастроф, таких як теракт 9.11, компанії почали ще більше цінувати захист даних і відновлення після аварій. Однак традиційні методи резервного копіювання мають серйозні недоліки:

Обмеження традиційних методів резервного копіювання та необхідність знімків

Звичайні технології резервного копіювання не здатні повністю відповідати вимогам епохи великих обсягів даних. Процес резервного копіювання навантажує систему і зазвичай виконується у часи низької активності, наприклад, вночі. Це створює проблему так званого “вікна резервного копіювання” — періоду, коли дані не захищені.

Зі зростанням обсягів даних від гігабайтів (GB) до терабайтів (TB) і петабайтів (PB) довжина вікна резервного копіювання зростає. Банки, телекомунікаційні компанії та інші фінансові установи, що працюють цілодобово без перерви, не можуть дозволити собі навіть кілька секунд простою сервісу через резервне копіювання. Ці цілі відновлення (RTO) і цілі точки відновлення (RPO) стають дедалі важчими для досягнення.

Щоб подолати ці проблеми, з’явилася технологія знімків. Вона дозволяє подолати обмеження традиційного резервного копіювання і забезпечити майже реальний захист даних.

Визначення та основні поняття знімків

Знімок — це повна і доступна копія набору даних у конкретний момент часу, також відома як “моментальна копія” або “точка у часі”. За визначенням Індустріальної асоціації з мережевих сховищ (SNIA), знімок — це “повна і доступна копія визначеного набору даних, що створюється у момент початку копіювання”.

Основна різниця між знімками та традиційним резервним копіюванням полягає у швидкості та гнучкості. Традиційне резервне копіювання вимагає значного часу для фізичного копіювання даних, тоді як знімки створюють образ даних миттєво, обробляючи лише метадані. Крім того, знімки можна створювати у будь-який час, що дозволяє робити кілька знімків на день і забезпечувати більш тонкий захист даних.

Основні цілі використання знімків:

• резервне копіювання даних
• джерело для аналізу та обробки даних
• контрольні точки для застосунків
• тестування та розробка

Методи реалізації технології знімків: три основні підходи

За класифікацією SNIA, технології знімків поділяються на три основні типи:

1. Метод розділення дзеркала (Split Mirror)

Цей метод передбачає попереднє створення повної фізичної дзеркальної копії вихідних даних. У момент створення знімка припиняється процес дзеркалювання і миттєво перетворюється дзеркальна копія у знімковий том.

Переваги:

• дуже швидке створення знімка (зазвичай мілісекунди)
• мінімальне вікно резервного копіювання
• забезпечує повну фізичну копію

Недоліки:

• низька гнучкість (знімки не можна створювати у будь-який час)
• потребує додаткового сховища, рівного обсягу даних
• зниження продуктивності системи під час процесу дзеркалювання

2. Метод копіювання при зміні (Copy-On-Write, COW)

Цей метод не копіює фізичні дані при створенні знімка. Замість цього копіюються лише метадані, а оригінальні дані зберігаються у вихідному місці. При зміні даних оригінальні блоки копіюються у спеціальне сховище.

Принцип роботи:

• знімок створюється миттєво
• при зміні даних оригінал копіюється у знімкове сховище
• ведеться таблиця вказівників для відстеження розташування даних

Переваги:

• надзвичайно швидке створення (моментально)
• мінімальне споживання сховища на початку
• змінюється лише змінений обсяг даних
• можливість створювати знімки у будь-який час для всіх обсягів даних
• висока гнучкість

Недоліки:

• не є повною фізичною копією
• при великих обсягах змін може виникнути ризик втрати цілісності знімка
• потрібно достатньо резервного простору для знімкових сховищ

3. Метод перенаправлення при записі (Redirect-On-Write, ROW)

Цей підхід схожий з COW, але при записі нових даних оновлюєся вказівники.

Принцип роботи:

• при зміні даних нові блоки записуються у нове місце
• вказівники оновлюються на нові позиції
• знімкове сховище зберігає початкові дані

Переваги:

• підвищена продуктивність I/O (один запис)
• ефективніше, ніж COW для великих обсягів

Недоліки:

• ускладнює управління кількома знімками
• можливе швидке фрагментування даних

Реалізація знімків на рівні системи зберігання

Знімки можуть реалізовуватися на різних рівнях системи зберігання:

Аппаратний рівень (контролер):

• реалізується безпосередньо у контролері сховища
• незалежний від ОС і файлових систем
• високопродуктивний і надійний
• працює на рівні блоків (LUN)

Програмний рівень (хост):

• реалізується у файлових системах або менеджерах томів
• більш гнучкий у управлінні
• працює з логічними даними
• незалежний від фізичного сховища

На сьогодні переважає реалізація на рівнях фізичного сховища та менеджерів томів.

Передові технології знімків

1. Клонування знімків (з використанням фонової копії)

Комбінує переваги COW і розділення дзеркала:

• швидке створення знімка за допомогою COW
• фонове фізичне копіювання
• у підсумку отримується повна копія, рівна за функціональністю розділенню дзеркал

2. Постійний захист даних (Continuous Data Protection, CDP)

Автоматичне записування всіх змін даних у реальному часі:

• безперервне захоплення всіх змін
• можливість відновлення у будь-який момент
• мінімальний RPO, майже без втрат даних

Переваги:

• слабке зв’язування з додатками
• висока продуктивність і ефективність
• безперервна робота системи

Недоліки:

• високі вимоги до сховища

3. Логічне знімання (логування)

Використання журналів транзакцій файлових систем:

• записуються всі операції запису
• підтримуються сучасні файлові системи (ZFS, JFS, EXT3, NTFS)
• можливе відновлення стану даних у певний момент

Порівняльна таблиця технологій знімків

Розвиток і майбутнє технологій знімків

За останні 20 років технології знімків зазнали значних змін:

• час створення зменшився з кількох секунд до миттєвого
• кількість знімків зросла
• вплив на продуктивність зменшився до мікросекунд
• автоматизація управління постійно покращується
• масштабованість підтримує багатосховищні системи і великі обсяги даних

Провідні компанії, такі як EMC TimeFinder, HDS ShadowImage, NetApp Snapshot, Veritas Snapshot, постійно вдосконалюють технології знімків і випускають нові версії.

Проте ще є простір для покращень. Для досягнення більш високої продуктивності, гнучкості та зручності управління потрібні нові рішення. З урахуванням поширення хмарних сервісів, гібридних інфраструктур і епохи великих даних технології знімків, ймовірно, також будуть розвиватися.

Висновок: необхідна технологія сучасного захисту даних

Технологія знімків — це інноваційне рішення, що подолало обмеження традиційних методів резервного копіювання і стала невід’ємною частиною сучасної ІТ-інфраструктури. Вона вирішила проблему вікна резервного копіювання, значно скоротила час відновлення і стала галузевим стандартом.

Зі зростанням вимог компаній очікується подальший розвиток швидких, гнучких і легких у керуванні рішень знімків. У бізнес-середовищі, орієнтованому на дані, роль технології знімків буде лише зростати.