快照原理

1、快照和備份的區別

快照和備份是有區別的，在講他們之前我們首先要知道邏輯錯誤和物理錯誤。

邏輯錯誤：人為通過一些命令或者操作，導致資料丟失或者檔案損壞的。如果這時候有備份，沒有快照，我們此時的解決辦法是通過備份進行還原操作。但是如果我們僅僅只是丟失了一個不重要的檔案，這時候通過備份來恢復的話，有點大動干戈，甚至可能還會對業務造成影響。 備份相對於快照來說是一個重量級的操作；如果這時候有快照的話，我們就可以通過快照直接還原，速度快且影響小。 

物理錯誤：硬碟損壞、磁碟壞道、主機板損壞等物理介質損壞。物理錯誤造成的資料丟失等通過快照是沒辦法恢復的。

所以備份可以解決邏輯錯誤和物理錯誤所產生的問題，快照只能解決邏輯錯誤產生得問題。備份業務比較大，所消耗的時間週期比較長，相對來說是重量級的，快照相對來說是輕量級的，這就是備份和快照的區別。

2、COW和ROW技術

提到快照，我們需要知道快照裡邊有兩種技術：cow 和 row

cow：copy on write.。寫時複製。cow技術主要應用在儲存LUN、裸裝置等儲存裝置。

row:  redirect on write。寫時重定向。row技術主要應用在我們的fusioncompute、vmware中。

3、COW技術

cow：寫時複製。寫的時候，去提前複製。

在說這個之前。我們需要先了解一些別的知識。我們知道我們的記憶體底層是資料塊，一個數據塊的預設大小是4K，一個數據塊有兩部分組成，header和body。heder部分儲存的是元資料，元資料就是描述資料的資料，例如資料的位置，id等，舉個例子，我們的個人資訊表就是我們的元資料，我們本身這個人就是資料。所以header中儲存的是元資料，body中儲存的是真實資料，header和body是一一指向關係。如下圖所示：

知道了資料塊之後我們在說檔案，檔案在系統中也分為兩部分，一部分叫inode,一部分叫block。inode: index node。索引node資訊，這裡邊存的也是元資料，block裡邊存的則是真實資料。他們之間也是指向關係。如下圖所示：

知道這個之後，我們再來說cow快照。如下圖所示，假設這就是我們的磁碟，左邊上邊是我們的inode，裡邊有12345，下邊是block，裡邊也有12345，因為inode和block是指向關係，所以12345之間是指向的，如圖左邊所示。如果這個時候我們來拍快照，我們拍的是什麼的？如圖右邊所示，這時候我們拍的只是inode,相當於複製了inode，假設這個快照叫snapshot 01，裡邊同樣的也有12345，它和block之間也會有一一指向關係。我們通常拍快照的過程很快，快照很快就拍好了，就是因為拍快照的過程我們只是複製了當前時間點的inode元資料（索引資料），並沒有複製真正的資料。

拍完照之後，資料發生改變，資料改變包括刪除、更改、新增三種情況：

刪除：我們把inode中的資料刪掉了，會發生什麼情況呢？如下圖所示，假設我們刪除inode中的5，快照會怎麼辦呢？當我們刪除inode中的資料5時，快照什麼都不做，因為snapshot1中的inode和block還是一一對應關係，什麼都沒有改變，所以快照什麼都不用做。

更改： 如果我們把inode中的5改成6呢？如下圖所示，它會把原來bolck中的5先複製出來，然後在block中的對應位置寫入6，覆蓋之前的5（這個過程就是寫時複製），最後更改snapshot1中的索引指標指向5。那麼把5複製出來是複製到什麼地方呢？當我們在拍快照的時候，它會預設生成一個cow區域，每拍一個快照，就會生成一個cow區域，5就是複製到了cow區域中，可以說cow區域就是用來存放快照中的索引所對應的改變的資料的。另外整個snapshot1快照其實也是存在於cow區域中的。最後結果就是如下圖所示。那麼如果我們繼續修改呢？比如把6在改成7，這個時候快照會有變化嗎？答案是不會的，cow只關注snapshot中的索引資料，snapshot中有什麼，cow才會做什麼，所以因為沒有6，即使6在怎麼修改，快照也不會有任何變化。

新增：如果我們新增了資料應該怎麼辦呢？假設我們新增了資料7,8，inode中寫入7,8,如下圖所示。因為inode和block是一一對應關係，所以這時候block中會產生兩個空塊，然後snapshot1會把這兩個空快拷貝到cow區域，然後在往這兩個空快中寫入7,8。空快的作用是，到時候還原快照時，因為是沒有78資料的，所以空塊可以直接把block中的78覆蓋掉。

 這裡要注意的是，當我們沒有快照時，我們平常所說的刪除檔案是把索引和底層block中的資料都刪了，但是當有快照存在時，我們所說的刪除資料只是刪除了索引資料，真正底層block中的資料是不會被刪除的。

4、COW實驗

下面我們進行一個實驗來演示COW快照技術

（1）我們建立一個3G的LV，把它掛載在data目錄下，這個LV使用了240M的空間。然後我們用 lvcreat -L 32M -s -n snap data /dev/vg0/data為這個data目錄建立一個32M大小的快照。我們可以看到，雖然data目錄有3個G，且有240M的資料，我們僅用32M小的空間來建立快照也能建立成功。這就是我們前邊說的快照只是對索引元資料做了快照，並沒有對底層的block資料做快照。

 （2）然後我們用lvdisplay /dev/vg0/snap_data命令來檢視這個快照lv的情況。我們可以看到COW區域是32M，即我們建立快照時給它的大小，而快照的大小隻佔COW的0.04%。我們前邊說到，每建立一個快照，就會生成一個COW區，而快照本身也是存在於COW區裡邊，就是這個意思。所以說快照也是cow區的一部分，快照只佔很小的一部分。

 （3）我們把這個快照lv也掛載到一個目錄下邊，之後我們再用df -Th命令檢視。我們可以看到快照lv掛載的目錄snap和我們做快照的data目錄大小和使用率都是一模一樣的，進去看裡邊的檔案內容也一模一樣。

（4）還原快照。假設我們把data目錄裡邊的檔案刪除了一部分，我們需要通過snap快照來還原。該怎麼做呢。這裡我們需要使用dump命令，需要提前安裝dump相關的包。我們輸入命令：dump -0 -f /tmp/snapdata.dump  /snap/ 先將快照建立成一個dump檔案。

然後我們輸入restore -rf /tmp/snapdata.dump命令來還原快照。

 5、cow技術總結

cow快照技術寫效能不怎麼好，因為他要寫兩次，比如更改資料的時候，先複製一次，在寫入一次，這就寫了兩次，所以cow快照寫效能不好。而且快照越多，效能越差，因為快照越多，COW區域就越多，自然而然效能就會變差。

那麼ROW技術是怎樣的呢？我們下一篇在給大家講解ROW技術。

#########################################################################################################題外話

FC平臺虛擬機器中Tools的作用：

沒有tools的話，虛擬機器連網絡卡都沒有。我們也沒辦法在介面上看到虛擬機器的CPU、記憶體資訊等情況。也沒辦法做一致性快照，我們可以看到tools的重要性。

tools可以給我們提供驅動、監控等。