快照

本章节从快照分类、快照原理、快照管理、快照实践场景以及快照使用注意事项介绍快照

功能概述

快照即某一时间点某一磁盘的数据状态文件。做重要操作前，对云主机根云盘、数据云盘或弹性裸金属实例做特定时间点的临时状态保留，方便出现故障后迅速回滚。

最佳实践

  • 在生产环境中，建议单块磁盘的快照数量尽量控制在5以内，快照过多会影响云主机/云盘的I/O性能、数据安全以及主存储容量。
  • 如需长期备份，建议使用灾备服务。

注意事项

  • 在生产环境中，不建议进行高频的定时快照备份。长时间高频定时快照会从I/O、容量、业务稳定性等多方面影响生产环境：
    • 长时间高频定时快照，会导致快照过多，影响云主机业务。例如：对于Ceph存储场景，主要影响云主机写性能；对于本地存储或集中式存储场景，主要影响云主机读性能。
    • 长时间高频定时快照，会导致全量快照相对较多，影响主存储的整体I/O输出。
    • 长时间高频定时快照，会导致快照过多，占用额外的主存储容量。
  • 在生产环境中，为确保数据完整性，不建议对高I/O的云主机创建快照。当云主机内部进行高I/O操作时，对云主机创建快照，内存中存在部分数据没有落入硬盘，这部分数据将无法保存到快照中。
  • 在生产环境中，为确保快照组恢复成功，不建议将普通快照组与包含云主机内存的快照组混用。
  • 快照对系统容量的占用说明：
    • 本地存储或集中式存储场景下，创建增量快照仅占用略微存储空间，创建全量快照会占用一倍存储空间，而删除快照由于快照的合并，会需要Double磁盘空间，对于大规格云盘，不建议使用快照功能。
    • Ceph主存储场景下，创建快照本身不占用额外的存储空间，但创建快照后，对原有磁盘进行写操作可能触发快照的写时复制（Copy-On-Write），从而导致每个快照消耗与原有磁盘相同的存储空间大小。
  • 创建快照对当前业务的影响说明：
    • 一般情况下无影响，但在创建全量快照时，存储网络会有额外的网络I/O产生，特别是本地存储或集中式存储场景，磁盘I/O带宽占用比较明显，但磁盘IOPS基本不受影响。
  • 删除快照对当前业务的影响说明：
    • 一般情况下，删除快照会同时删除其子分支上的快照，并把数据合并（merge）到磁盘中，该过程会有额外的磁盘I/O带宽产生，业务I/O可能略微变慢。

扩展阅读

快照与备份的区别：

  • 快照虽然也会拷贝数据，但是只是另外存储有变化的数据块，而备份会将所有数据都拷贝。
  • 从具体的技术细节上讲，快照是指向保存在存储设备中的数据的引用标记或指针，快照卷中大部分的指针依然会指向原始卷的数据块，对原始卷有依赖，而备份和原始卷是相互独立的，如果有某个数据块损坏，很有可能快照是无法恢复的，因为有可能损坏的数据块就是没有变化过的，而备份则没有关系，可以将数据恢复正常。
  • 简单来说，快照是某个时间点的映像，而备份是对数据的一次拷贝，是多了一个副本。
  • 另外，快照如果创建的多了，会非常影响业务虚拟机的性能，快照的各种链接会使得数据的读写变的非常复杂。
    • 比如Ceph就限制256个快照，因为快照多了以后性能会雪崩式下降。
    • 而且快照创建的多了，也会占用大量的存储空间，因为快照也是需要分配空间的，这样会使得虚拟机磁盘的真实空间大于分配的空间，超出了对存储容量的规划，不利于存储的管理。
  • 快照的作用是对一些操作的临时回滚，是一个临时手段，比如开发测试环境，以及生产环境做一些可能会影响操作系统、业务系统的操作前，对云主机根云盘、数据云盘、或云主机内存做特定时间点的临时状态保留，在异常时快速回滚到正常状态。对数据做完善保护的方法，应该是用灾备服务。

ZStack Cloud云平台快照原理：

  • KVM 虚拟化中使用的镜像格式通常为 RAW (RAW Image Format)和 QCOW2 (QEMU Copy-on-Write, version 2 (2.5))两种格式。
  • RAW即裸盘，它的优点是支持裸设备的原生特性，且性能较qcow2要高，但是它的缺点也很明显就是不支持快照，故对于非Ceph存储（本地存储/NFS/Shared Mount Point/Shared Block），ZStack Cloud云平台采用qcow2外部快照机制。

  • 对于Ceph存储，采用Ceph存储自带的快照功能，即COW。

  • 通常一块磁盘对应一条快照链，支持对一块磁盘创建一棵快照树，快照树的每一个分支都是一条快照链。

  • 对于非Ceph存储，系统默认每条快照链最多有128个节点，用户可在全局设置中，通过修改云盘快照增量的最大数目自行设置快照链的最大长度。
  • 对于Ceph存储，单盘最大快照数量为32，包括手动创建及自动创建的快照。快照链长度达到上限后：若继续创建自动快照，系统会自动删除最早的自动快照。若继续创建手动快照，用户需手动删除不需要的快照。

快照分类：

  • 从技术原理上分为增量快照与全量快照，增量快照又分为COW（Copy On Write）与ROW（Redirect On Write）。
    • COW：写时复制，也叫做元数据拷贝
      • 在创建快照时，并不会发生物理数据的拷贝动作，仅仅是拷贝了原始数据在源数据块的物理位置的元数据，因此创建速度非常快。
      • 而在创建之后，一旦源数据块中的数据发生变化，则会将源数据块中的数据拷贝到新数据块中，然后将新数据写入到源数据块中覆盖原始数据，所有源数据块组成了源数据卷，而新数据块组成了快照卷。
      • 因为每次改写新数据，都需要进行两次写操作，故会降低源数据卷的写性能，更适合于读密集型系统。
    • ROW：写时重定向
      • 与COW不同的是创建快照之后，首次写入操作会重定向到新卷中。
      • 创建快照之前的所有原始数据仍然保存于源卷，且为了保证快照数据的完整性，在创建快照时源数据卷会变为只读状态，新增的数据将写入快照卷的block中。row方式支持创建快照链，新的快照只会记录从上一节点变化的内容。
      • 因为多次读写操作后，某时刻的源数据卷会变得非常离散，会降低连续读写性能，更适合于写密集型的分布式存储系统。
  • 从存储方式上：分为内部快照与外部快照（qcow2）
    • 内部快照：内部快照只支持qcow2格式的虚拟机镜像，把快照及后续变动都保存在原来的qcow2文件内。
    • 外部快照：外部快照在创建时，快照被保存在单独一个文件中，创建快照时间点之后的数据被记录到一个新的qcow2文件中，原镜像文件成为新的qcow2文件的backing file（只读），在创建多个快照后，这些文件将形成一个链——backing chain。外部快照同时支持raw和qcow2格式的虚拟机镜像。

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