Принцип работы моментальных снимков Azure NetApp Files

2025-05-03

В этой статье объясняется, как работают снимки Azure NetApp Files. Технология моментальных снимков Azure NetApp Files обеспечивает стабильность, масштабируемость и быструю восстановление без влияния на производительность. Моментальные снимки обеспечивают основу для решений по защите данных, включая восстановление отдельных файлов, восстановление объемов, клонирование, репликацию между регионами, репликацию между зонами, а также долгосрочное хранение.

Чтобы создать моментальные снимки тома, см. статью Управление моментальными снимками с помощью Azure NetApp Files. Рекомендации по управлению моментальными снимками в репликации между регионами см. в статье "Требования и рекомендации по использованию репликации между регионами". Сведения о репликации между зонами см. в разделе "Требования" и рекомендации по использованию репликации между зонами.

Что такое моментальные снимки томов

Моментальный снимок Azure NetApp Files — это образ файловой системы (тома) в определённый момент времени. Идеально подходит для использования в качестве варианта онлайн-восстановления. Моментальный снимок можно использовать для создания нового тома (клонирования), восстановления файла или восстановления тома. В определенных данных приложения, хранящихся в томах Azure NetApp Files, для обеспечения согласованности приложений могут потребоваться дополнительные действия.

Создание моментальных снимков с низкой нагрузкой осуществляется с помощью уникальных функций базовой технологии виртуализации томов, которая является частью Azure NetApp Files. Как и база данных, этот уровень использует указатели на фактические блоки данных на диске. Но, в отличие от базы данных, она не перезаписывает существующие блоки; он записывает обновленные данные в новые блоки и изменяет указатели, таким образом сохраняя новые и старые данные. Моментальный снимок Azure NetApp Files просто управляет указателями блоков, создавая "замороженное", доступное только для чтения представление тома, которое позволяет приложениям получать доступ к старым версиям файлов и иерархий каталогов без специального программирования. Фактические блоки данных не копируются. Таким образом, моментальные снимки эффективны в отношении времени, необходимого для их создания; они создаются почти мгновенно, независимо от размера тома. Моментальные снимки также экономны в использовании пространства хранилища; хранятся только разностные блоки между моментальными снимками и активным томом.

На следующих схемах показаны основные понятия:

Файлы состоят из метаданных и блоков данных, записанных в том. На этом рисунке есть три файла, каждый из которых состоит из трех блоков: file 1, file 2 и file 3.
Выполняется моментальный снимок Snapshot1 , копирующий метаданные и только указатели на блоки, представляющие файлы:
Файлы в томе продолжают изменяться, а новые файлы добавляются. Измененные блоки данных записываются в виде новых блоков данных на томе. Блоки, которые ранее были захвачены, Snapshot1 остаются неизменными:
Для записи изменений и добавлений создается новый моментальный снимок Snapshot2 :

При создании моментального снимка копируются указатели на блоки данных, а изменения записываются в новые расположения данных. Указатели моментальных снимков продолжают указывать на исходные блоки данных, занятые файлом при создании моментального снимка, предоставляя как динамические, так и исторические представления данных. Если вы создали новый моментальный снимок, текущие указатели (т. е. созданные после последних добавлений и изменений) копируются в новый моментальный снимок Snapshot2. При этом создается доступ к трем поколениям данных (динамические данные Snapshot2и Snapshot1, в порядке возраста), не требуя пространства томов, для которых потребуется три полных копии.

Моментальный снимок принимает только копию метаданных тома (таблица inode). Требуется всего несколько секунд, чтобы создать, независимо от размера тома, используемой емкости или уровня активности на томе. Таким образом, создание моментального снимка тома объемом 100 ТиБ занимает почти нулевое количество времени, как и создание моментального снимка тома объемом 100 ГиБ. После создания моментального снимка изменения файлов данных отражаются в активной версии файлов, как обычно.

Между тем блоки данных, на которые указываются из моментальных снимков, остаются стабильными и неизменяемыми. Из-за характера томов Azure NetApp Files с "Перенаправлением на запись" моментальные снимки не влечет никакой нагрузки на производительность и сами по себе не потребляют никакого пространства. Со временем можно хранить до 255 моментальных снимков на томе, каждый из которых доступен как версия данных только для чтения и в онлайн-режиме, потребляя минимальную емкость, равную количеству измененных блоков между каждым моментальным снимком. Измененные блоки хранятся в активном томе. Блоки, указанные в моментальных снимках, хранятся в томе в режиме 'только для чтения' для безопасного хранения и могут быть перепрофилированы только когда все указатели в активном томе и моментальных снимках будут очищены. Таким образом, использование объема увеличивается со временем за счет либо новых блоков данных, либо измененных блоков данных, хранящихся в моментальных снимках.

На следующей схеме показаны моментальные снимки тома и используемое пространство с течением времени:

Поскольку снимок тома записывает только изменения блока с момента последнего снимка, он гарантирует следующие ключевые преимущества:

Моментальные снимки — это эффективное хранилище.
Снимки потребляют минимальный объем памяти, поскольку они не копируют блоки данных всего тома. Два моментальных снимка, созданных в последовательности, отличаются только блоками, добавленными или измененными в интервале времени между ними. Это блочно-инкрементное поведение сводит к минимуму связанное потребление объема хранилища. Многие альтернативные реализации моментальных снимков используют тома хранилища, равные активной файловой системе, повышая требования к емкости хранилища. В зависимости от скорости изменений данных на уровне блока моментальные снимки Azure NetApp Files потребляют большую или меньшую емкость, но только для измененных данных. Среднее ежедневное потребление моментальных снимков варьируется от 1 до 5% используемой емкости тома для многих томов приложений или может достигать 20–30% для таких томов, как тома базы данных SAP HANA. Не забудьте отслеживать объем ваших томов и использование моментальных снимков по отношению к потреблению емкости моментальных снимков относительно количества созданных и поддерживаемых моментальных снимков.
Моментальные снимки быстро создаются, реплицируются, восстанавливаются или клонируются.
Для создания, репликации, восстановления или клонирования моментального снимка требуется всего несколько секунд независимо от размера тома и уровня активности на томе. Вы можете создать моментальный снимок тома по запросу. Вы также можете использовать политики моментальных снимков , чтобы указать, когда Azure NetApp Files должен автоматически создавать моментальный снимок и сколько моментальных снимков хранится для тома. Согласованность приложений может быть достигнута путём оркестрации моментальных снимков на уровне приложения, например, с использованием средства AzAcSnap для SAP HANA.
Моментальные снимки не влияют на производительность тома.
Из-за характера "Перенаправление на запись" базовой технологии хранение или сохранение моментальных снимков Azure NetApp Files не влияет на производительность, даже при интенсивной активности данных. Удаление моментального снимка также не влияет на производительность в большинстве случаев.
Моментальные снимки обеспечивают масштабируемость , так как их можно создавать часто, и многие из них могут храниться.
Тома Azure NetApp Files поддерживают до 255 моментальных снимков на каждый том. Возможность хранения большого количества малозначительных, часто создаваемых снимков повышает вероятность успешного восстановления требуемой версии данных.
Моментальные снимки можно хранить в хранилище Azure.
Для соблюдения требований и долговременного сохранения данных используйте функцию резервного копирования Azure NetApp Files для архивации моментальных снимков в экономичное хранилище Azure с поддержкой ZRS, вне защищаемого тома.
Моментальные снимки обеспечивают видимость пользователя и возможность восстановления файлов.

Высокая производительность, масштабируемость и стабильность технологии моментальных снимков Azure NetApp Files делают её идеальным решением для онлайн-резервного копирования с возможностью восстановления пользователем. Моментальные снимки могут быть сделаны доступными пользователю для восстановления файлов, каталогов или томов. Дополнительные решения позволяют копировать резервные копии в автономное хранилище или реплицировать между регионами для хранения или аварийного восстановления.

Способы создания моментальных снимков

Для создания и управления моментальными снимками можно использовать несколько методов.

Вручную (по запросу) с помощью:
- Портал Azure, REST API, Azure CLI или средства PowerShell
- Скрипты (см. примеры)
Автоматизировано с помощью:
- Политики моментальных снимков через портал Azure, REST API, Azure CLI или средства PowerShell
- Средства создания моментальных снимков, поддерживающие согласованность приложений, такие как AzAcSnap или сторонние решения.

Репликация томов и моментальных снимков для аварийного восстановления и непрерывности бизнес-процессов

Azure NetApp Files поддерживает репликацию между регионами для целей аварийного восстановления и репликации между зонами для обеспечения непрерывности бизнес-процессов. Репликация Azure NetApp Files между регионами и репликация между зонами используют технологию SnapMirror. По сети отправляются только измененные блоки, преобразованные в эффективный формат со сжатием. После инициирования репликации между томами все содержимое тома (т. е. фактические сохраненные блоки данных) передаются только один раз. Эта операция называется базовой передачей. После первоначальной передачи передаются только измененные блоки (как записанные в моментальных снимках). Результатом является асинхронная копия исходного тома, включая все моментальные снимки. Это поведение следует механизму полной и непрерывной инкрементальной репликации. Эта технология сводит к минимуму объем данных, необходимых для репликации, поэтому экономия затрат на передачу данных. Это также сокращает время репликации. Вы можете достичь меньшей цели точки восстановления (RPO), так как можно создавать и передавать больше моментальных снимков с минимальным объемом передачи данных. Кроме того, он отнимает необходимость в механизмах репликации на основе узлов, избегая затрат на виртуальную машину и лицензию программного обеспечения.

На следующей схеме показан трафик моментальных снимков в сценариях репликации:

Как архивировать моментальные снимки для долгосрочного хранения и снижения затрат

Как описано, моментальные снимки используются для создания быстрых и эффективных резервных копий томов Azure NetApp Files и обеспечивают средства для восстановления файлов данных или целых томов очень эффективно. Эти онлайн-моментальные снимки служат первой линией обороны и обеспечивают большинство операций по восстановлению данных.

Чтобы сохранить моментальные снимки в течение длительного периода времени или сохранить больше моментальных снимков, чем максимальное количество моментальных снимков в Сети, можно хранить моментальные снимки из томов Azure NetApp Files в хранилище Azure с поддержкой ZRS. Это упрощается функцией резервного копирования Azure NetApp Files . Функция сохраняет моментальные снимки в течение длительного времени (до года или даже дольше). Резервные копии хранятся в хранилище Azure, что имеет преимущество по сравнению с затратами на пул емкости Azure NetApp Files и использует другую платформу хранения для устранения зависимостей и соблюдения требований к хранению и соответствию требованиям.

Чтобы включить хранилище моментальных снимков в томе Azure NetApp Files, настройте политику резервного копирования в подписке на Azure NetApp Files (в разделе 'Защита данных') и укажите количество дневных, недельных и месячных резервных копий, которые требуется сохранить. Это все, что необходимо сделать, чтобы расширить защиту данных с помощью экономичного долгосрочного хранилища.

На следующей схеме показано, как данные моментального снимка передаются из тома Azure NetApp Files в хранилище резервных копий Azure NetApp Files, размещенном в хранилище Azure.

Функция резервного копирования Azure NetApp Files предназначена для хранения более длительного журнала резервных копий, как показано в этом упрощенном примере. Обратите внимание, что репозиторий резервных копий справа содержит больше снимков и более старые снимки, чем защищенный том и снимки слева.

В большинстве случаев использования требуется хранить моментальные снимки на томе Azure NetApp Files в течение относительно короткого времени (обычно несколько месяцев) для обеспечения наиболее распространенных случаев восстановления потерянных данных из-за ошибки приложения или пользователя. Функция резервного копирования Azure NetApp Files используется для расширения периода защиты данных до года или более длительного времени путем отправки моментальных снимков в экономичное хранилище Azure. Как указано синим цветом на схеме, самый первый перенос — это базовая линия, которая копирует все использованные блоки данных в исходном томе Azure NetApp Files и моментальных снимках. Последовательные резервные копии используют механизм создания моментальных снимков для обновления репозитория резервных копий только с блочными инкрементными обновлениями.

Способы восстановления данных из моментальных снимков

Технология моментальных снимков Azure NetApp Files значительно повышает частоту и надежность резервных копий. Он вызывает минимальные затраты на производительность и может быть безопасно создан на активном томе. Моментальные снимки Azure NetApp Files обеспечивают практически мгновенное, безопасное восстановление, которое при желании может управляться пользователем. В этом разделе описаны различные способы доступа к данным или восстановлению из моментальных снимков Azure NetApp Files.

Восстановление (клонирование) сетевого моментального снимка в новый том

Вы можете восстановить моментальные снимки Azure NetApp Files в отдельные, независимые тома (клоны). Эта операция почти мгновенно, независимо от размера тома и используемой емкости. Новый созданный том становится доступным почти сразу, в то время как фактические блоки данных тома и снимков копируются. В зависимости от размера и емкости тома этот процесс может занять значительное время, в течение которого основной том и снэпшот не могут быть удалены. Однако доступ к тому можно получить сразу после его первоначального создания, даже если процесс копирования все еще выполняется в фоновом режиме. Эта функция позволяет быстро и эффективно создавать тома для восстановления данных или клонировать тома для тестирования и разработки. По характеру процесса копирования данных потребление емкости хранилища удваивается при завершении восстановления, а новый том показывает полную активную емкость исходного моментального снимка. Снимок, используемый для создания нового тома, также присутствует в новом томе. После завершения этого процесса том становится независимым и не связанным с исходным, а исходные тома и моментальные снимки можно удалять или управлять ими независимо от нового тома.

На следующей схеме показан новый том, созданный путем восстановления (клонирования) моментального снимка:

Ту же операцию можно выполнить на реплицированных моментальных снимках в том аварийного восстановления (DR). Любой моментальный снимок можно восстановить в новом томе, даже если репликация между регионами остается активной или не выполняется. Эта возможность позволяет создавать тестовые и разработческие среды в регионе аварийного восстановления, эффективно использовать данные, тогда как реплицированные тома в противном случае были бы использованы только для аварийного восстановления. Этот вариант использования позволяет изолировать тест и разработку от рабочей среды, устраняя потенциальное влияние на рабочие среды.

На следующей схеме показано восстановление тома (клонирование) с помощью моментального снимка целевого тома аварийного восстановления во время репликации между регионами:

При восстановлении моментального снимка на новый том на странице обзора тома отображается имя моментального снимка, используемого для создания нового тома в поле "Исходная версия ". См. статью "Восстановление моментального снимка" в новом томе о операциях восстановления тома.

Восстановление (откат) онлайн-моментального снимка на месте

В некоторых случаях, так как новый том потребляет емкость хранилища, создание нового тома из моментального снимка может не потребоваться или соответствующим образом. Чтобы быстро восстановиться после повреждения данных (например, атак на повреждения базы данных или программ-шантажистов), лучше восстановить моментальный снимок в самом томе. Эту операцию можно выполнить, используя функциональность восстановления снимка в Azure NetApp Files. Эта функция позволяет быстро вернуть том в состояние, в которое он был при создании определенного моментального снимка. В большинстве случаев восстановление тома гораздо быстрее, чем восстановление отдельных файлов из моментального снимка в активную файловую систему, особенно в больших много тиБ томов.

Восстановление снимка состояния тома происходит почти мгновенно и занимает всего несколько секунд, даже для самых больших томов. Метаданные активного тома (таблица inode) заменяются метаданными моментального снимка, что откатывает том к конкретной точке во времени, в которой был создан этот снимок. Для того чтобы откат был реализован, блоки данных не нужно копировать. Таким образом, это более рационально в использовании пространства и быстрее, чем восстановление мгновенной копии на новый том.

На следующей схеме показан том, возвращающийся к более раннему снимку системы.

Это важно

Активные данные файловой системы и моментальные снимки, сделанные после выбранного моментального снимка, будут потеряны. Операция восстановления моментального снимка заменяет все данные в целевом томе данными в выбранном моментальном снимке. При выборе моментального снимка следует обратить внимание на содержимое моментального снимка и дату создания. Невозможно отменить операцию восстановления моментального снимка.

Сведения об использовании этой функции см. в статье "Возврат тома с помощью моментального снимка ".

Восстановление файлов или каталогов из сетевых моментальных снимков с помощью клиента

Параметр видимости пути моментального снимка управляет видимостью пути моментального снимка тома. Скрытие пути моментального снимка добавляет дополнительный уровень защиты к моментальным снимкам, скрывая пути моментальных снимков от случайного обнаружения. Во время создания тома NFS или SMB можно указать, следует ли скрыть путь моментального снимка. При необходимости вы можете настроить видимость пути снимка.

На следующей схеме показан доступ клиента к снимку состояния файла или каталога.

На схеме снимок 1 задействует только дельта-блоки между активным томом и моментом его создания. Но при доступе к моментальному снимку через путь моментального снимка тома данные отображаются так, как будто это полная емкость тома во время создания моментального снимка. Доступ к папкам моментальных снимков позволяет восстановить данные, скопировав файлы и каталоги из выбранного моментального снимка.

Аналогичным образом моментальные снимки в целевых томах межрегиональной репликации доступны только для чтения для восстановления данных в области аварийного восстановления.

На следующей схеме показан доступ к моментальному снимку в сценариях репликации между регионами:

См. Восстановление файла из моментального снимка с помощью клиента для восстановления отдельных файлов или каталогов из моментальных снимков.

Восстановление файлов или каталогов из сетевых моментальных снимков с помощью восстановления моментальных снимков с одним файлом

Если вы не хотите восстановить весь моментальный снимок на новый том или скопировать большие файлы в сети, можно использовать функцию восстановления моментальных снимков с одним файлом для восстановления отдельных файлов непосредственно в томе из моментального снимка, не требуя копирования данных внешнего клиента.

Эта функция не требует восстановления всего моментального снимка до нового тома, восстановления тома или копирования больших файлов в сети. Эту функцию можно использовать для восстановления отдельных файлов непосредственно в сервисе из моментального снимка тома без необходимости копирования данных с помощью внешнего клиента. Этот подход может значительно сократить целевое время восстановления (RTO) и использование сетевых ресурсов при восстановлении больших файлов.

На следующей схеме описывается, как работает восстановление моментальных снимков с одним файлом:

При восстановлении одного файла на месте (file2) или в новый файл в томе (file2') удаляются только указатели на существующие блоки , ранее захваченные в моментальном снимке. Эта операция устраняет копирование всех блоков данных и почти мгновенно, независимо от размера файла (количество блоков в файле).

Отдельные файлы можно восстановить из любого моментального снимка, изменив указатели блоков, чтобы они указывали на существующий файл (file2) или на новый файл (file2'). Это достигается путем создания новых метаданных файла и указателей на блоки в моментальном снимке.

Восстановление резервных копий томов из захваченных моментальных снимков

Вы можете искать резервные копии на уровне тома или на уровне учетной записи NetApp. Имена, используемые для моментальных снимков, сохраняются при их резервном копировании и включают префикс "ежедневно", "еженедельно" или "ежемесячно". Они также включают отметку о времени и дате создания моментального снимка. Первый моментальный снимок, сделанный при включении функции резервного копирования, называется базовым моментальным снимком. Базовый моментальный снимок содержит все данные о защищенном томе и моментальных снимках. Последовательные заархивированные снимки являются блочными добавочными обновлениями, в то время как сами моментальные снимки всегда дают полное представление о томе на момент создания заархивированного снимка и могут быть восстановлены напрямую без необходимости объединения базовой копии с добавочными обновлениями.

На следующей схеме показана операция восстановления выбранного заархивированного моментального снимка в новый том.

Восстановление отдельных файлов или каталогов из хранилищ моментальных снимков

Чтобы восстановить отдельные файлы или каталоги, полный моментальный снимок из хранилища восстанавливается на новый том, а затем том можно смонтировать для поиска файлов или каталогов, которые необходимо восстановить. Восстановление выполняется путем копирования необходимых файлов или каталогов из вновь восстановленного тома в целевое расположение. После завершения восстановления восстановленный том может быть удален.

Если том удаляется, хранилище моментальных снимков (резервных копий) по-прежнему сохраняется, в отличие от сетевых моментальных снимков, которые являются частью тома и удаляются при удалении тома. Вы можете восстановить полные тома, а затем отдельные каталоги из хранилищ резервных копий, даже если родительский том был удален или потерян из-за ошибки приложения или пользователя. Это можно сделать, выбрав соответствующий моментальный снимок из хранилища в списке резервных копий и восстановив его в новом томе. Дополнительные сведения см. в статье "Восстановление резервной копии в новом томе ".

Как удаляются моментальные снимки

В этом разделе объясняется, как удаляются моментальные снимки в Сети и хранилища моментальных снимков.

Удаление сетевых моментальных снимков

Моментальные снимки потребляют емкость хранилища. Таким образом, они обычно не хранятся на неопределенный срок. Для защиты данных, хранения и возможности восстановления ряд моментальных снимков (созданных в различных точках времени) обычно хранятся в сети в течение определенного времени в зависимости от требований RPO, RTO и соглашений об уровне обслуживания (SLA). Моментальные снимки можно удалить из службы хранилища администратором в любое время. Любой моментальный снимок можно удалить независимо от порядка создания. Удаление старых моментальных снимков освобождает место.

Это важно

Операция удаления моментальных снимков не может быть отменена. Следует хранить копии, хранящиеся вне сети (заархивированные моментальные снимки) тома для защиты и сохранения данных.

При удалении моментального снимка удаляются все указатели из этого моментального снимка на существующие блоки данных. Только если блок данных больше не указывает на него (активным томом или другими моментальными снимками в томе), блок данных возвращается в свободное от тома пространство для дальнейшего использования. Поэтому удаление моментальных снимков обычно освобождает больше емкости в томе, чем удаление данных из активного тома, так как блоки данных часто фиксируются в ранее созданных моментальных снимках.

На следующей схеме показано влияние на потребление хранилища при удалении моментального снимка 3 из тома.

Не забудьте отслеживать потребление томов и моментальных снимков и понимать, как приложение, активный том и использование моментальных снимков взаимодействуют.

Сведения об управлении удалением моментальных снимков см. в статье "Удаление моментальных снимков ". См. статью "Управление политиками моментальных снимков " о том, как автоматизировать этот процесс.

Удаление архивированных моментальных снимков

При удалении тома Azure NetApp Files резервные копии сохраняются в хранилище резервных копий. Если вы не хотите хранить резервные копии, сначала удалите старые резервные копии, за которыми следует самая последняя резервная копия.

Автоматическое управление историей архивированных моментальных снимков осуществляется с помощью примененной политики моментальных снимков: когда добавляется новый моментальный снимок планировщиком архивированных снимков (резервного копирования), самый старый моментальный снимок удаляется. Вы также можете вручную удалить архивированные моментальные снимки.