快照原理（全拷贝快照、cow、row）
快照原理（全拷贝快照、cow、row）
快照是记录系统某个时间点的状态，可以帮助用户回到快照记录的时刻，例如恢复故障等等，可见快照功能非常重要。
常见快照的有两类：全拷贝快照、差分快照（cow、row）
RAID JBOD： raid0，raid1，raid2，raid3 …
常用的RAID模式及其基本特点如下；
- RAID0可以简单理解为将多个硬盘合并为一个大硬盘使用。由于数据可以分散同时写入多块硬盘，所以可以获得很高的读写性能。其缺点是阵列中任意一块硬盘损坏则数据全部丢失。RAID0至少需要两块硬盘。
- RAID1可以简单理解为使用多个硬盘做重复镜像。这种阵列可提供很好的数据安全性，只有所有硬盘全部损坏才会导致数据丢失。RAID1至少需要两块硬盘。
- RAID2在普通阵列的基础上，使用专用的磁盘保存数据的ECC校验码，通过海明码校验，可以在数据发生错误的情况下检查并将错误校正，以保证输出的正确。
- RAID3于RAID2类似，但是只提供查错功能，不提供纠错功能。
- RAID4可以理解为RAID3的大数据版。它的难度比RAID3大得多，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。
- RAID5可以理解为RAID3的分布数据版。由于数据的分布存放，因为访问效率更高。
全拷贝快照
全拷贝快照可以参考raid1 理解，创建的时候会生成一个源卷的镜像卷，在读操作的时候没有什么影响，在写操作的时候会有两次写入，分别写入源卷与镜像卷。
拍摄快照时，镜像卷会断开读写操作，这样就会完整记录此时的磁盘状态，这个方法是最完整的，创建快照可瞬间完成，但是磁盘占用很大，源卷有多大，镜像卷就需要多大。
inode 基本作用
用来记录文件系统对象的一些元信息数据。一个文件占用一个inode ， inode数量大小是固定的（ext4与xfs可以设置为256B）。
inode中大致有如下信息：
文件属主与属组
文件读写属性（基本rwx权限等）
文件大小（字节数）
文件时间戳（ctime、atime、mtime）
记录文件内容的指向block（文件内容数据的存储位置指针，）
文件特性表示（flag，如SetUID）
连接数（有多少硬链接指向这个inode）
如何通过inode读取到正确的文件内容
一个文件占用一个inode ，且inode是固定的，小文件过多就可能造成磁盘空间剩余挺多，但是inode耗尽的情况。
ext文件系统可以查询inode总数
查看当前系统inode使用情况
一个大文件，文件内容占用大量存储空间的话，明显一个inode 就不能完全记录这个文件存储位置指针。为此记录区块的区域定义为12个直接、一个间接、一个双间接、一个三间接记录区。这些“间接”就是拿一个区块来作为记录区来使用的“记录区”，这些就是延伸出来的“记录区”
当一个inode 中的12个直接记录区直接指向真实内容block号码。
间接记录区指向block1，block1记录了真实内容的block号码
双间接记录区指向block1，这个block1指向一个block2，block2记录了真实内容的block号码
三间接记录区指向block1，这个block1指向一个block2，block2指向block3，block3记录了真实内容的block号码
inode指向真实block号码简图（可以百度，有更详细的图片）
差分快照
cow
这个方式会创建源卷与快照卷，源卷保存原始数据，创建快照是会保存原始数据所在的源数据块的物理位置元数据，即快照卷会保存原始数据的inode信息。
cow（Copy On Write）写时复制，顾名思义，就是在写入操作的时候进行复制源数据到新的block保存
- 写入操作的时候快照软件会监控原始数据是否发生变化
- 如果需要修改inode1原始数据block1 ， 会先复制block1的数据到inode2的block2
- 快照软件修改快照卷中原始数据的inode1修改为inode2
- 将需要写入的数据写入到block1。
由此可见写操作时会有多次的读写操作，就会出现耗时相比较长的情况。单纯读操作没啥影响。
那么 CoW 的工作原理可以用图来表示，如下：
总结一下，CoW 快照的优缺点：
- 修改数据性能下降
- 读数据性能不变
row
row(Redirect-On-Write)，写时重定向。row与cow很相似，不同在于创建快照之后，首次写操作会重定向到新卷中。创建快照之前的所有原始数据都会保存在源卷，创建之时源卷是只读状态。当文件变更的时候，新变更的数据写入快照卷的block，文件inode也会修改为新的block，相对于cow这样做的好处就是不用执行多次写操作。
这种方式还可以创建快照链，这种快照链类似增量备份，新快照只会记录变化的部分，例如VMware的快照，每次新建快照会生成一个新的快照文件，这个文件是在上一个快照的增量部分，了解mysql的朋友就知道mysql增量备份就是类似的原理。当我们要恢复一个数据的时候，这个数据会先从最原始的快照（源卷）开始合并，知道合并到需要恢复的这个快照数据。
row原理简图
快照的应用场景
全拷贝快照
因为全拷贝消耗很大，目前没有使用过，可能在特殊场景才能用到，（比如需要 在某一精准时刻 备份与源文件数据一致？）
cow
某些数据库软件就是使用的 CoW 机制，还有一些较为重要的文件，redis mysql 等等做数据备份的时候，全量备份时用的比较多
row
虚拟软件（例如刚才说的VMware）的快照，虚拟化平台所使用的快照技术一般是基于 row 来实现的，还有mysql的增量备份
参考资料
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虚拟软件（例如刚才说的VMware）的快照，虚拟化平台所使用的快照技术一般是基于 row 来实现的，还有mysql的增量备份
参考资料