IT专业人员越来越依靠快照来保护他们的虚拟环境的数据。快照在几秒钟内提供一个冻结的、备用的数据实例。这个实例可以被备份、复制甚至用作启动另外一台虚拟机（VM）的基准线。

然而，在依靠快照进行数据保护的时候有两个挑战。首先，一个快照是一个实例，并非一个完整的副本。第二，快照可以在VM、虚拟机管理程序、备份软件或者存储阵列上部署。决定哪些触发位置和快照管理让人头痛。在本文中，您将了解如何克服快照固有的弱点以及如何为数据中心选择正确的快照方式。

什么是快照？

快照利用存储设备上的数据组织方式来创建原始数据集的时间点（point-in-time）实例。大多数文件系统和存储系统的数据都有两层组织方式。第一层是元数据。元数据层是指向第二层——磁盘上的数据的实际位置——的一个小目录。

快照仅复制第一层的元数据，而非复制第二层的所有物理数据。该副本几乎是瞬间完成，而且占用很少的额外存储容量。然后，组成快照的块被设定为只读。再然后，快照管理器维护着元数据的两个副本：一个生产应用程序将继续更新的活动副本，以及一个被备份、复制等其他应用程序使用的静态副本。元数据副本的数量随着活动快照的数量的增加而增加。

快照技术的一个重要区别在于它们如何处理生产应用程序以及用户对数据块的修改。快照通常将使用两种方法之一来管理这些变化，同时保持快照的完整性。第一个选项是把旧数据拷贝到一个新的位置，更新快照元数据以允许对旧块的访问。第二个选项是把修改后的块写到一个新的位置并且更新活动元数据副本。当然，每款产品都有自己的细微差别，但是一般而言，它们都属于这两种类型之一。

无论哪种情况，快照数据集都完全依赖于可访问的主副本，随着快照的数量以及保留时间的增加，出现空间占用。

快照+复制

因为快照依赖源数据集，如果由于存储基础设施或者站点故障，源数据集丢失，那么快照副本也丢失。由此带来的是，漏洞把快照的用例限制于从数据损坏或者意外的文件删除进行恢复。

然而，由于快照跟踪块级别的变化，这项技术也可以用来有效地复制数据。基于快照的复制只拷贝自原始快照以来已经发生变化的块。在进行初始的数据复制之后，这些小的块的传输非常适合更新位于另一个数据中心的以WAN连接的系统。在这个场景中，快照驻留在备用系统，因此它们不再依赖于数据的主系统。

在使快照可用于更广泛的数据保护用例方面，这种独立性让复制变得必不可少。另外一个选择是把快照数据复制到异地系统之外的主数据中心的备用系统中。然后，如果主存储系统出现故障，备用的本地系统有全部的被保护数据用于快速还原。根据所选择的快照管理器的类型，该备用系统可以更便宜，有可能降低成本。

那么，什么是快照管理器？

快照管理器是触发快照并且管理元数据的多个副本的软件，使它们在活动数据集发生变化的时候保持最新。快照管理器通常是应用程序、文件系统、虚拟机管理程序、软件定义存储平台或者物理存储阵列的一部分。每个部署都有独特的优势，许多数据中心选择使用产品组合，以满足其数据保护和恢复目标。

应用程序快照

有些应用程序能够创建并且管理它们产生的数据的快照和复制作业。同时，第三方的快照和复制工具通常是为特定的应用程序而构建。尽管能力受限，这些产品具有应用程序感知的优点。它们可以从容地把应用程序置于停顿状态而监控特定的进程，以确认数据库仍然启动并且运行。如果其中一个进程停止响应，快照可以触发自动恢复。应用程序感知的快照方式的另外一个优点是：这些产品可以把复制的数据指向几乎任何备用的存储设备，可能降低整体存储成本。缺点在于这些产品仅限于它们支持的这些应用程序，这意味着数据中心可能要为每款应用程序请求单独的快照进程。

文件系统快照

快照的功能越来越多地内置到文件系统当中。这种快照方式与应用程序快照类似，但是它对整个文件系统进行操作，而不仅是对一款应用程序。

这很重要，因为文件系统API可以被用于触发应用程序的停顿的快照。这些快照跨应用程序工作，但是仅限于操作系统和虚拟机。这意味着环境中的每个操作系统都将需要自己的快照技术。同时，大多数文件系统快照不能进行集中管理。每台服务器的快照安排必须单独进行管理和监控。对于大型数据中心而言，这会导致对几百个单独的快照作业进行跟踪。

虚拟机管理程序快照

在虚拟环境中，快照可以在虚拟机管理程序层被触发，简化快照管理。控制被整合到虚拟机管理程序，而不是在虚拟机和应用程序执行和监控快照。例如，VMware快照可以在vCenter进行管理。与应用程序和文件系统快照一样，快照和复制目标可以是任何一家制造商的备用存储系统，因为这些快照在虚拟机管理程序级别进行部署。

随着快照的数量和保留时间的增加，上述所有三种技术（应用程序、文件系统和虚拟机管理程序快照方式）通常将出现性能问题。此时，基于存储快照的方式登场了。

存储基础设施快照

最常使用的快照方式是通过存储基础设施，通常由存储硬件执行。使用基于硬件的快照有几个优点。首先，快照按卷或者系统进行触发；需要管理的快照作业比较少。第二，在大多数情况下，几百个快照可以被保留而不显著影响性能，这归功于专用的存储处理器处理各种元数据表。

缺点在于：基于硬件的快照仅限于其复制目标。很多情况下，两个存储系统必须源于相同的硬件厂商，但是这些厂商越来越多的支持其产品集里面的低成本系统作为备份目标。另外一个缺点在于：如果数据中心有多个存储系统，那么每个存储系统都将有自己的、需要单独监控的快照管理器。


假如支持快照和复制，软件定义存储（SDS）通过提供跨多个系统的通用的引擎解决这两个问题。因此，管理被整合到单一界面。

备份应用程序快照

备份应用程序提供两种用例，因为它适用于快照。在第一种用例中，软件执行并且管理快照。在第二种用例中，软件可以触发另外一台设备上的快照然后提供对快照的管理。在第一种用例中，备份应用程序基本上取代了上述所列的所有其它方式的快照功能。在第二种用例中，软件管理、安排和组织快照数据。

第二种用例是最有趣的。它允许使用各种硬件厂商的最好的快照技术，它增加了在快照中有效地搜索数据的能力。第二种用例的挑战在于存储系统支持是受限的，但是随着支持的增加，它可能是一种不可抗拒的用例。

为虚拟环境选择正确的快照

许多数据中心将需要使用多个快照方式。例如，应用程序感知就是很有价值的。在一些情况下，使用特定于应用程序的快照方式为任务关键型应用程序的快照进行单独的管理也是值得的。

此外，大多数大型数据中心仅仅由于性能方面的担心将无法使用文件系统或者基于虚拟机管理程序的快照。大公司通常使用本机存储系统或者备份软件快照功能。然而，文件系统和虚拟机管理程序的快照功能仍然是必要的，因为存储和备份快照可以使用它们作为框架来准确地捕获快照数据。

文章选自存储经理人2015年12月刊：Action！视频存储，欢迎下载阅读！