4.7. Резервное копирование данных

Информация, получаемая в результате функционирования АРМ, стоит дороже компьютеров, на которых она хранится. Как показывает практика, восстанавливать данную информацию (как, впрочем, и любую) достаточно трудно. Поэтому сохранение этой информации – одна из важных и трудоемких задач.

Потеря информации может происходить по многим причинам, начиная от сбоя программ до выхода из строя оборудования. Поэтому эксплуатировать АРМ без резервных копий хранимой в нем информации нецелесообразно.

Исторически сложилось, что для резервного копирования данных используются накопители на магнитной ленте. Изначально лента считалась более дешевым носителем, чем жесткие диски. Впоследствии возникло мнение, что самыми дешевыми являются оптические носители, но по ряду причин это мнение не нашло практической реализации. Хотя для резервного копирования в основном применяется магнитная лента, обычные жесткие диски также стали популярным средством первичного резервного копирования и зеркального отражения систем. Эта тенденция связана со снижением цен на жесткие диски, что сокращает преимущество накопителей на магнитной ленте в стоимости. Еще одна причина использования жестких дисков — более высокое быстродействие, что приводит к снижению времени обслуживания серверных приложений.

4.7.1. Требования, предъявляемые к резервному копированию данных

Основными проблемами при резервном копировании являются:

- сокращение промежутка времени, который называется окном резервного копирования, в течение которого должна быть завершена операция резервного копирования;

- постоянно увеличивающееся количество программных интерфейсов приложений, которые должны поддерживаться приложениями резервного копирования;

- невозможность резервного копирования файлов, которые открыты и активно используются приложениями.

В рамках детализации первой проблемы следует отметить следующее. Исторически сложилось так, что серверные приложения запускались только в рабочее время. Операции резервного копирования соответственно выполнялись в нерабочее время, т.е. ночью, когда работу приложений можно остановить, не оказывая влияния на пользователей. Как только работа приложения прекращена, сервер можно отключить от сети и провести резервное копирование данных. Однако данная подсистема, а также создаваемые, управляемые и модифицированные ей данные рассматриваются как важные для функционирования малого предприятия и получения дополнительной прибыли. Это означает, что время, в течение которого можно отключить сервер от сети для резервного копирования, сокращается.

Наличие второй проблемы приводит к следующему. На рис. 4.6 схематично представлена проблема поддержки все увеличивающегося количества АРI для резервного копирования и восстановления данных.

Потребители обычно используют несколько приложений, и очень часто применяется несколько версий одного и того же приложения. Каждый поставщик систем резервного копирования должен создавать программный код, исп ользующий АРI, предоставленный для каждого корпоративного приложения. Поскольку многие поставщики приложений отдельно лицензируют агенты резервного копирования для различных приложений, сам процесс отслеживания лицензий на программное обеспечение и их стоимость вызывает хаос и значительные затраты. Более того, следует учесть развертывание инфраструктуры, обучение персонала и четкое выполнение инструкций, необходимых для эффективного резервного копирования.

Третья проблема при выполнении резервного копирования связана с тем, что процесс занимает значительное время. Если реализуется запись на жесткий магнитный диск (ЖМД) со скоростью 10 Гбайт/мин, то резервное копирование диска объемом в 100 Гбайт займет 10 мин. В течение этих 10 мин приложения будут получать доступ к диску и вносить изменения в данные, записанные на нем. Это может нарушить целостность резервной копии. Существует три подхода к обеспечению целостности резервной копии [81]:

1. Запрет приложениям доступа к диску в процессе резервного копирования. Блокирование одновременного доступа пользователей к диску во время резервного копирования было достаточно распространенным на раннем этапе использования персональных компьютеров, когда работа в режиме 24x7 не практиковалась. Резервное копирование выполнялось в периоды пониженной нагрузки, например в ночные часы. Теперь этот подход не всегда возможен, и тому есть ряд причин. Во-первых, в требованиях к работоспособности системы часто указан режим работы 24x7, поэтому более подходящего времени для резервного копирования попросту не существует. Во-вторых, объем данных, которые необходимо разместить в резервной копии, возрастает, как и время активного использования этих данных, поэтому окна резервного копирования не всегда хватает для завершения операции;

2. Запрет пропуска открытых файлов при резервном копировании данных. Проблема заключается в том, что в процессе резервного копирования работают только действительно важные приложения, поэтому при таком подходе крайне необходимые данные могут не попасть в резервную копию;

3. Разделение ввода-вывода, инициированного приложением резервного копирования, и ввода-вывода, инициированного другими приложениями. Поставщики программ резервного копирования частично смоделировали ряд функций операционной системы. В частности, их программы зависят от возможности различать источники ввода-вывода. Однако такой метод вполне может оказаться бесполезным. Программы резервного копирования обычно в той или иной мере используют недокументированные возможности операционной системы, которые могут измениться с выходом новой версии. Кроме того, требуется достаточно большой объем свободного дискового пространства. Еще один вариант заключается в обработке каждого файла в отдельности или всех файлов одновременно.

Для резервного копирования открытых файлов с одновременным сохранением целостности резервной копии данных также используется три подхода.

Первый подход — перенос записи приложений во вторичную область хранения, что позволяет приложению резервного копирования делать резервную копию всех файлов. Такой подход работает выборочно: например, если запись в файл подкачки будет разрешена, то запись в файлы данных приложений должна откладываться или размещаться в предварительно определенном вторичном кэше (он часто называется вторичным хранилищем), что позволяет обеспечить целостное резервное копирование данных. Ввод-вывод данных во вторичную область хранения также должен осуществляться особым образом, в зависимости от того, выполняется ли он приложением для резервного копирования или другой программой. Как только приложение для резервного копирования завершит работу, данные из вторичного хранилища должны быть скопированы поверх обычных файлов.

Второй подход — копирование данных при их записи приложением резервного копирования. Как только приложение резервного копирования открывает файл, другим приложениям будет по-прежнему разрешена в него запись. Для того чтобы старые и новые данные не смешались, перезаписываемые данные копируются во вторичное хранилище. Если обычные приложения запрашивают эти данные, операция чтения обрабатывается базовыми драйверами файловой системы Windows. По запросу приложения резервного копирования данные извлекаются из хранилища. Следует заметить (рис. 4.7), что драйверы фильтрации файловой системы размещены над драйвером файловой системы NT (NTFS), который, в свою очередь, расположен над драйвером фильтрации диска.

Последний находится над драйвером класса диска, ниже которого находятся и другие драйверы. Как только приложение открывает файл, NTFS (в ответ на запрос приложения) отправляет последовательность команд для чтения метаданных (расположение файла на диске) и отправляет запросы на чтение и запись логических блоков, где хранится этот файл.

Расположение драйвера фильтрации верхнего уровня идеально подходит для перехвата выполняемых над файлами операций и перенаправления вызовов, если это необходимо для решения проблемы резервного копирования открытых файлов. Компания Microsoft предлагает набор Windows Installable File System (IFS), в котором представлена информация, необходимая для написания подобного драйвера фильтрации. Разработчики программ резервного копирования могут решить проблему на более низком уровне; например уровень образа обычно требует создания драйвера фильтрации нижнего уровня (он находится над драйвером класса диска), что показано на рис. 4.7.

Операции ввода-вывода (см. рис. 4.7) выполняются на уровне файловой системы, что показано стрелкой, обозначенной цифрой 1. Драйвер NTFS управляет отображением данных файла на дисковые блоки; операции ввода-вывода выполняются на уровне дисковых блоков, что показано стрелкой, обозначенной цифрой 2. Компания Microsoft предоставляет драйвер фильтрации diskperf.sys, который входит в набор разработки Windows Driver Development Kit (DDK). Несколько поставщиков систем резервного копирования использовали набор DDK для создания программ, с помощью которых выполняется моментальный снимок данных.

Третий подход — создание моментального снимка данных и резервное копирование этого снимка в то время, когда приложения будут продолжать использовать оригинальный том. Моментальный снимок может быть создан с помощью различных программных и аппаратных решений, которые Microsoft предлагает в качестве базовой стратегии в Windows Server 2003.