Технологии резервного копирования

Содержание

Введение

Резервное копирование - это процесс создания когерентной (непротиворечивой) копии данных. Резервное копирование становится все более актуальным на фоне значительного увеличения объема данных в компьютерной индустрии. Подсистема резервного копирования - очень важная часть любой информационной системы. При правильной ее организации она способна решить сразу же две задачи. Во-первых, надежно защитить весь спектр важных данных от утери. Во-вторых, организовать быструю миграцию с одного ПК на другой в случае необходимости, то есть, фактически обеспечить бесперебойную работу офисных сотрудников. Только в этом случае можно говорить об эффективной работе резервного копирования.

Для выполнения процедуры резервного копирования обычно создаются специальные программно-аппаратные подсистемы, называемые подсистемами резервного копирования. Они как раз и предназначены как для проведения регулярного автоматического копирования системных и пользовательских данных, так и для оперативного восстановления данных.

Цель работы: Изучить основные методы и средства резервного копирования и хранения данных.

Задачи курсовой работы:

1) Изучить специальную литературу, касающуюся методов и технологий резервного копирования.

2)Рассмотреть технологии  резервирования дисковых накопителей.

3)Составить описание практического применения программного средства Deja Dup.

Глава 1. Технологии резервного копирования

1. Виды резервного копирования

Резервное копирование - процесс создания копии данных на носителе (жёстком диске, дискете и т. д.), предназначенном для восстановления данных в оригинальном или новом месте их расположения в случае их повреждения или разрушения.

В зависимости от важности хранимой на компьютере информации и от частоты её использования, выполняют несколько видов резервного копирования данных:

1. Полное резервное копирование (Fullbackup).
2. Дифференциальное резервное копирование (Differentialbackup).
3. Инкрементное резервное копирование (Incrementalbackup).

Полное резервное копирование

Является главным и основополагающим методом создания резервных копий, при котором выбранный массив данных копируется целиком. Это наиболее полный и надежный вид резервного копирования, хотя и самый затратный. В случае необходимости сохранить несколько копий данных общий хранимый объем будет увеличиваться пропорционально их количеству. Для предотвращения большого объёма использованных ресурсов используют алгоритмы сжатия, а также сочетание этого метода с другими видами резервного копирования: инкрементным или дифференциальным. И, конечно, полное резервное копирование незаменимо в случае, когда нужно подготовить резервную копию для быстрого восстановления системы с нуля.

Достоинства метода:

1. Легкий поиск файлов. Поскольку выполняется резервное копирование всех данных, содержащихся на устройстве, для поиска нужного файла не требуется просматривать несколько носителей.
2. Текущая резервная копия всей системы всегда расположена на одном носителе или наборе носителей. Если потребуется восстановить всю систему, то всю необходимую информацию можно найти в последней полной резервной копии.

Недостатки метода:

1. Избыточная защита данных. Поскольку большинство файлов системы изменяются достаточно редко, то каждая последующая полная резервная копия представляет собой копию данных, сохраненных в ходе первого полного резервного копирования. Для полного резервного копирования требуется большой объём носителя.
2. Полное резервное копирование занимает больше времени. Для создания полных резервных копий может потребоваться длительное время, в особенности, если для хранения выбраны устройства в сети.

Инкрементное  резервное копирование

В отличие от полного резервного копирования в этом случае копируются не все данные (файлы, сектора и т.д.), а только те, что были изменены с момента последнего копирования. Для выяснения времени копирования могут применяться различные методы, например, в системах под управлением операционных систем семейства Windows используется соответствующий атрибут файла (архивный бит), который устанавливается, когда файл был изменен, и сбрасывается программой резервного копирования. В других системах может использоваться дата изменения файла. Понятно, что схема с применением данного вида резервного копирования будет неполноценной, если время от времени не проводить полное резервное копирование. При полном восстановлении системы нужно провести восстановление из последней копии, созданной Fullbackup, а потом поочередно восстановить данные из инкрементных копий в порядке их создания. Данный вид используется для того, чтобы в случае создания архивных копий сократить расходуемые объемы на устройствах хранения информации (например, сократить число используемых ленточных носителей). Также это позволит минимизировать время выполнения заданий резервного копирования, что может быть крайне важно в условиях, когда машина работает постоянно, или прокачивать большие объемы информации. У инкрементного копирования есть один нюанс: поэтапное восстановление возвращает и нужные удаленные файлы за период восстановления. Например: допустим, по выходным дням выполняется полное копирование, а по будням инкрементное. Пользователь в понедельник создал файл, во вторник его изменил, в среду переименовал, в четверг удалил. Так вот при последовательном поэтапном восстановлении данных за недельный период мы получим два файла: со старым именем за вторник до переименования, и с новым именем, созданным в среду. Это произошло потому, что в разных инкрементных копиях хранились разные версии одного и того же файла, и в итоге будут восстановлены все варианты. Поэтому при последовательном восстановлении данных из архива «как есть» имеет смысл резервировать больше дискового пространства, чтобы смогли поместиться в том числе и удаленные файлы.

Достоинства метода:

1. Эффективное использование носителей. Поскольку сохраняются только файлы, измененные с момента последнего полного или инкрементального резервного копирования, резервные копии занимают меньше места.
2. Меньшее время резервного копирования и восстановления. Инкрементальное резервное копирование занимает меньше времени, чем полное и дифференциальное резервное копирование.

Недостаток метода: данные резервного копирования сохраняются на нескольких носителях. Поскольку резервные копии расположены на нескольких носителях, восстановление устройства после аварии может занять больше времени. Кроме того, для эффективного восстановления работоспособности системы носители должны обрабатываться в правильном порядке.

Дифференциальное резервное копирование

Отличается от инкрементного тем, что копируются данные с последнего момента выполнения Fullbackup. Данные при этом помещаются в архив «нарастающим итогом». В системах семейства Windows этот эффект достигается тем, что архивный бит при дифференциальном копировании не сбрасывается, поэтому измененные данные попадают в архивную копию, пока полное копирование не обнулит архивные биты.В силу того, что каждая новая копия, созданная таким образом, содержит данные из предыдущей, это более удобно для полного восстановления данных на момент аварии. Для этого нужны только две копии: полная и последняя из дифференциальных, поэтому вернуть к жизни данные можно гораздо быстрее, чем поэтапно накатывать все инкременты. К тому же этот вид копирования избавлен от выше перечисленных особенностей инкрементного, когда при полном восстановлении старые файлы, возрождаются из пепла. Возникает меньше путаницы. Но дифференциальное копирование значительно проигрывает инкрементному в экономии требуемого пространства. Так как в каждой новой копии хранятся данные из предыдущих, суммарный объем зарезервированных данных может быть сопоставим с полным копированием. И, конечно, при планировании расписания (и расчетах, поместится ли процесс бэкапа во временное «окно») нужно учитывать время на создание последней, самой большой, дифференциальной копии.

Достоинства метода:

1. Легкий поиск файлов. Для восстановления системы, защищенной с помощью стратегии дифференциального резервного копирования требуются две резервные копии - последняя полная резервная копия и последняя дифференциальная резервная копия. Время восстановления значительно меньше по сравнению со стратегиями резервного копирования, для которых требуются последняя полная резервная копия и все инкрементальные резервные копии, созданные с момента последнего полного резервного копирования.
2. Меньшее время резервного копирования и восстановления. Дифференциальное резервное копирование занимает меньше времени, чем полное резервное копирование. Восстановление после аварии выполняется быстрее, поскольку для полного восстановления устройства необходимы только последняя полная резервная копия и дифференциальная резервная копия.

Недостаток метода:

Избыточная защита данных. Сохраняются все файлы, измененные с момента последнего инкрементального резервного копирования. Таким образом, создаются избыточные резервные копии.

2. Технологии хранения резервных копий и данных

В процессе выполнения резервного копирования данных появляется проблема выбора технологии хранения резервных копий и данных. В настоящее время особой популярностью пользуются следующие виды носителей:

1. накопители на магнитных лентах;
2. сетевые технологии;
3. дисковые накопители.

Накопители на магнитных лентах

Не только в крупных корпорациях, но и на предприятиях малого бизнеса хорошо понимают необходимость резервного копирования и восстановления информации. В системах масштаба предприятия и сетях крупных департаментов, в небольших компаниях и у индивидуальных пользователей одинаковым успехом пользуются потоковые накопители, или стримеры. В основе их конструкции лежит лентопротяжный механизм, работающий в инерционном режиме. Имеют низкую стоимость хранения информации. Основная проблема при использовании накопителей на магнитной ленте сегодня заключается в том, что множество таких устройств использует несовместимые друг с другом форматы записи данных на магнитной ленте. Это часто затрудняет не только выбор конкретного накопителя, но и обмен данными при его эксплуатации. Предпринято немало усилий для решения этой проблемы, но в целом можно констатировать, что кардинальных перемен пока не произошло (хотя некий прогресс в этом направлении есть) Наиболее широко сегодня применяются такие технологии, как Travan, DLT (DigitalLinearType), DAT-DDS (DigitalAudioTape-DigitalDataStorage), LTO (LinearTapeOpen), Mammoth и AIT (AdvancedIntelligentTape). Для обоснованного выбора системы резервного копирования надо ясно представлять себе достоинства и недостатки разных устройств, которые во многом определяются емкостью системы, ее быстродействием, надежностью и ценой. Основные стимулы к повышению производительности ленточных устройств среднего и старшего класса - это широкое использование Интернета и распространение корпоративных интрасетей, увеличение числа серверов (нужных, чтобы обеспечить рост этих сетей), а также ужесточение требований к хранению информации и ее восстановлению в случае аварий. Спрос на системы резервного копирования и хранения данных особенно подстегивается все более активным использованием таких приложений, как мультимедиа, видео по запросу, звуковое информационное наполнение, обработка изображений и т.п. Применяются два метода записи на магнитную ленту: наклонный и линейный серпантинный. В системах наклонной записи несколько считывающих/записывающих головок размещают на вращающемся барабане, установленном под углом к вертикальной оси (аналогичная схема применяется в бытовой видеоаппаратуре). Движение ленты при записи/чтении возможно только в одном направлении. В системах линейной серпантинной записи считывающая/записывающая головка при движении ленты неподвижна. Данные на ленте записываются в виде множества параллельных дорожек (серпантина). Головка размещается на специальной подставке; по достижении конца ленты она сдвигается на другую дорожку. Движение ленты при записи/чтении идет в обоих направлениях. На самом деле таких головок обычно устанавливается несколько, чтобы они обслуживали сразу несколько дорожек (они образуют несколько каналов записи/чтения).

Плюсы хранения данных на ленточном носителе:

1. низкая стоимость;
2. низкое энергопотребление накопителя;
3. большие объемы данных;
4. простой способ увеличения объема хранимых данных без значительных инвестиций.

Минусы хранения данных на ленточном носителе:

1. низкая скорость доступа к данным;
2. сложный процесс обработки параллельных запросов к данным.

Сетевые технологии

Сетевое хранение данных построено на трех фундаментальных компонентах: коммутации, хранении и файлах. Все продукты хранения можно представить в виде комбинации функций данных компонентов. Поначалу это может вызвать замешательство: поскольку продукты хранения разрабатывались по совершенно разным направлениям, функции часто перекрывают друг друга.

В сети работает множество приложений типа «клиент-сервер» и различных видов распределенных приложений, но в то же время хранение является уникальным и специализированным типом приложения, которое может функционировать в нескольких сетевых средах. Поскольку процессы хранения тесно интегрированы с сетями, будет уместно напомнить, что сетевые хранилища представляют собой системные приложения. Сервисами, которые предоставляются сетевыми приложениями хранения, могут пользоваться сложные корпоративные программы и пользовательские приложения. Как и в случае со многими технологиями, некоторые типы систем лучше отвечают требованиям сложных приложений высокого уровня.

Термин «коммутация» применяется ко всему программному и аппаратному обеспечению и к службам, которые обеспечивают транспортировку хранения и управление ею в сетевом хранилище. Сюда входят такие различные элементы, как разводка кабелей, сетевые контроллеры ввода-вывода, коммутаторы, концентраторы, аппаратура выборки адресов, контроль связи данных, транспортные протоколы, безопасность и резервы ресурсов. В сетевых хранилищах все еще широко используются технологии шин данных SCSI и ATA, и, скорее всего, они будут использоваться еще долго. Фактически продукты SCSI и ATA сегодня применяются гораздо чаще в технологии NAS. Существуют два важных различия между сетями хранения SAN и обычными локальными сетями LAN. Сети хранения SAN автоматически синхронизируют данные между отдельными системами и хранилищами. В сетевых хранилищах необходимы компоненты высокой степени точности для обеспечения надежной и предсказуемой среды. Несмотря на ограничения по расстоянию, параллельная SCSI - чрезвычайно надежная и предсказуемая технология. Если новые технологии коммутации, такие как FibreChannel, Ethernet и InfiniBand, сменят SCSI, они должны будут продемонстрировать аналогичный или лучший уровень надежности и предсказуемости. Имеется и такая точка зрения, которая рассматривает коммутацию как канал хранилища. Сам термин «канал», берущий свое начало в среде больших вычислительных машин, предполагает высокую надежность и работоспособность.