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存储快照实现原理
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存储快照有两种实现方式:COW(写时复制 Copy-On-Write)、ROW(写重定向 Redirect-On-Write),两种实现方法有区别,造成读写性能、应用场景有比较大的区别。
COW:
原理见下图(从网上找的,没自己画)。
1)原卷数据是A~G。此卷Metedata像指针一样指向这些数据。
2)当做快照时,重新复制一份Metedata,并且也指向这些A~G数据。
3)当有数据要写入到源卷时(下图写入D'),写入到D的原位置之前,需要把D拷贝出放到一个新位置。然后修改快照的Metedata的其中一个指针指向拷贝出的位置[D](图中是Snapshot data的存储位置)。同时,把D’写入到D原来的位置。
[转帖]存储快照实现原理_第1张图片
此方式可以看出,源卷的Metedata的是没有变化的。对原卷是连续的数据,多次快照,多次写之后还是 连续的数据,因此读性能或者对单个位置的多次写性能都不会有很大的影响。
但是, 快照的数据是非连续的,如数据ABCEFG还是在源卷的位置,是连续数据。而数据D在存储的其他位置,非连续。 如果多次快照,不同位置的多次读写后,快照的数据可能就比较混乱。造成对快照的读写延时较大。
应用场景:
这种实现方式在第一次写入某个存储位置时需要完成一个读操作(读原位置的数据),两个写操作(写原位置与写快照空间),如果写入频繁,那么这种方式将非常 消耗IO时间。因此可推断,如果预计某个卷上的I/O多数以读操作为主,写操作较少的场景,这种方式的快照实现技术是一个较理想的选择,因为快照的完成需要较少 的时间。除此之外,如果一个应用易出现写入热点,即只针对某个有限范围内的数据进行写操作,那么COW的快照实现方式也是较较理想的选择。因为其数据更改都局限在一个范围内,对同一份数据的多次写操作只会出现一次写时复制操作。
但是这种方式的 缺点也是非常明显的。如果写操作过于分散且频繁,那么 COW造成的开销则是不可忽略的,有时甚至是无法接受的。因此在应用时,则需要综合评估应用系统的使用场景,以判断这种方式的快照是否适用。
 
ROW:
原理见下图:
Vd是源卷的Metedata,分别指向4块数据。做快照时,snap的metadata也指向此4块数据。当有数据写入时,把数据写入另外一个位置,然后修改vd的其中一个metedata到新位置。snap的metedata数据不变化。
[转帖]存储快照实现原理_第2张图片

此方式源卷经过长时间写后,所有数据块的位置可能都会重定向到其他位置,导致源卷的数据不连续。在集中式存储情况下,会导致对源卷的读写性能降低。
 
两种方式的优缺点,及应用场景:

COW最大的问题是对写性能有影响。第一次修改原卷,需要复制数据,因此需要多一次读写的数据块迁移过程。这个就比较要命,应用需要等待时间比较长。但原卷数据的布局没有任何改变,因此对读性能没有任何影响。

ROW在传统存储情况下最大的问题是对读性能影响比较大。ROW写的时候性能基本没有损耗,只是修改指针,实现效率很高。但多次读写后,原卷的数据就分散到各个地方,对于连续读写的性能不如COW。这种方式比较适合Write-Intensive(写密集)类型的存储系统

但是,在分布式存储的情况下,ROW的连续读写的性能会比COW差吗? 就不一定了。正常情况下,读写性能的瓶颈一般是在磁盘上。分布式存储情况下,业务层看到连续存储,实际上是分布在不同的服务器的不同硬盘中,数据越是分散,系统性能越高。而ROW把原数据打散之后,对性能反而有好处。

因此,整体情况下ROW基本上是对读写性能影响较小,因此是业界发展方向。

 

下图是几个厂家的快照实现方式:

    [转帖]存储快照实现原理_第3张图片

目前分布式存储比较流行,华为有个FusionStorage数据,说是无限次快照,而且0性能下降,vSAN快照10%~30%的性能下降。从上面的分析来看,就知道两个场景的实现方法了。 

 

快照另外一个非常重要的特性是快照一致性组(Consistency Group),这个功能就是支持多个LUN或者叫卷volume同时做快照,保证数据的一致性。

如果采用阵列的快照来做数据库的备份,必须所有的LUN都是一个时间点的才行,这样数据库恢复的时候才能起来,否则数据库必须回滚到某一个一致的时间点,意味数据的丢失。比较完美的做法就是在主 机安装一个快照的agent,最好是多路径软件具备这个功能,在高端存储要做快照的时候,对主机的快照agent说,别动, 要照相了。主机agent接受到摄影师的命令后,把ORACEL主机缓存的内容flush一下到陈列来,然后hold住,阵列也尽快把cache的内容 flush到硬盘里,ORACLE用到的所有硬盘一块喊”茄子“,摄像师一按快门,一幅完美的快照就产生了。

一致性组除了保证照相的时候一致性外,还有恢复的时候要一致性恢复。这块的实现的重要性就不如照相的时候重要,可以人工选择同一时间的LUN快照恢复就可以了。最重要的是照相的时候必须要一致,而且这个人工干不了。

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