Vista 的存儲(chǔ)技術(shù)揭密 VSS

VSS (Volume Shadow copy Service, 卷映射拷貝服務(wù))，最初是在Windows Server 2003 SP1中引入的存儲(chǔ)技術(shù)。它通過在卷管理模塊上加入快照功能，在此基礎(chǔ)上就可以創(chuàng)建基于時(shí)間點(diǎn)(Point-In-Time)的映像(Image)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速備份和恢復(fù)，用戶也無(wú)需害怕因無(wú)意刪除數(shù)據(jù)而造成的困擾，這就是VSS的關(guān)鍵所在。由于VSS所表現(xiàn)的優(yōu)良特性，因此在Microsfot最新的Vista操作系統(tǒng)中，也加入了該功能。

一、 VSS概述

VSS能夠讓存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)備(比如磁盤、陣列)創(chuàng)建高保真的時(shí)間點(diǎn)映像，就是映射拷貝(Shadow Copy)。它可以在多卷、或者單個(gè)卷上創(chuàng)建映射拷貝，同時(shí)不會(huì)影響到系統(tǒng)性能。VSS通過協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件、備份程序，以及存儲(chǔ)硬件，從而達(dá)到創(chuàng)建高保真映射拷貝的能力。它可以應(yīng)用到以下領(lǐng)域：

A、 快速數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)；

B、 針對(duì)制定文件的恢復(fù)；

C、 磁帶備份、測(cè)試，以及數(shù)據(jù)挖掘方面；

由于Microsoft在OS中集成了VSS技術(shù)，它將各個(gè)處理功能模塊化，并針對(duì)存儲(chǔ)軟硬件廠商提供相應(yīng)的開發(fā)接口；開發(fā)商只需要關(guān)注自己的模塊，根據(jù)需求設(shè)計(jì)相關(guān)的應(yīng)用，從而減少了整體設(shè)計(jì)的難度。就筆者了解，不少軟硬件存儲(chǔ)公司就采用VSS技術(shù)來設(shè)計(jì)NAS，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)保護(hù)服務(wù)器。

二、 VSS技術(shù)原理

VSS整體框架包含了VSS核心模塊、請(qǐng)求者(Requestor)、寫入者(Writer)，以及提供者(Provider)。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如下圖所示：



圖－1 VSS原理圖

其中，各個(gè)模塊的具體功能如下：

A) 請(qǐng)求者(Requestor)，其主要任務(wù)是初始化映射拷貝的創(chuàng)建；由于需要不一樣，解決的問題各不相同不同，因此可能設(shè)計(jì)不同請(qǐng)求者應(yīng)用。例如，備份應(yīng)用處理VSS的備份功能，管理應(yīng)用處理映射拷貝的創(chuàng)建及使用(像WS2003和Vista本身提供的VSS管理軟件就是此類)，同時(shí)可以設(shè)計(jì)其他功能應(yīng)用，來處理專門的業(yè)務(wù)。對(duì)于請(qǐng)求者的應(yīng)用，包括Windows NT備份模塊、備份軟件提供商設(shè)計(jì)的備份應(yīng)用，以及存儲(chǔ)軟硬件提供商設(shè)計(jì)的管理應(yīng)用。

B) 寫入者(Writer)，其主要任務(wù)是保證數(shù)據(jù)的一致性；因?yàn)椋绻趧?chuàng)建映射拷貝的過程中，應(yīng)用軟件繼續(xù)往磁盤寫入數(shù)據(jù)，那么將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)非一致性問題，從而影響該時(shí)間點(diǎn)映像的完整性。通過在應(yīng)用寫入者模塊進(jìn)行控制處理，來保證數(shù)據(jù)的一致性，同時(shí)也可以達(dá)到創(chuàng)建映射拷貝的高效性。通常，寫入者可能是Windows OS里面的各種服務(wù)模塊，像COM+、DHCP服務(wù)、Active Directory服務(wù)等，除此之外，數(shù)據(jù)庫(kù)也是常見的寫入者應(yīng)用。

C) 提供者(Provider)，其主要任務(wù)是創(chuàng)建映射拷貝；提供者是創(chuàng)建時(shí)間點(diǎn)影響的接口，它可以是基于存儲(chǔ)陣列(硬件模式)，或者操作系統(tǒng)(軟件模式)。VSS有不同的提供者，其層次關(guān)系為：最底層是硬件提供者，中間是軟件提供者，最上面是系統(tǒng)軟件提供者。其中前面兩個(gè)提供者，是為第三方硬件或者軟件廠商提供的。

D) 卷映射拷貝服務(wù)(VSS)核心模塊，其主要任務(wù)是協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的協(xié)作運(yùn)行，并提供創(chuàng)建卷映射拷貝的方法；VSS提供了兩種創(chuàng)建映射拷貝的方法：一種是完全拷貝(Clone/Full Copy/Split Mirror)，它會(huì)創(chuàng)建當(dāng)前原始數(shù)據(jù)(Original Data)的全部拷貝；而另外一種就是寫時(shí)才拷貝(Copy on Write/Differential Copy)，它只創(chuàng)建將要被更新的原始數(shù)據(jù)的拷貝。因此寫拷貝創(chuàng)建映射拷貝速度快，但是恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)需要使用原始數(shù)據(jù)。

三、 VSS處理流程

VSS處理映射拷貝，需要協(xié)調(diào)各個(gè)模塊來完成，從而保證創(chuàng)建出高保真的拷
貝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，其具體步驟如下圖所示：



圖－2 VSS處理流程圖

A) 第一步，請(qǐng)求者讓VSS枚舉所在卷上的寫入者應(yīng)用，并收集元數(shù)據(jù)(Metadata)。

B) 第二步，寫入者可能通過XML文件來描述其組件(Components)，并定義其恢復(fù)(Restore)方法；其中，考慮到數(shù)據(jù)一致性，寫入者需要一些相關(guān)處理，比如對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用來說，關(guān)閉所有打開的事務(wù)、回滾事務(wù)日志、以及將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入等操作，直到所有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，通知VSS可以創(chuàng)建映射拷貝了。

C) 第三步，VSS對(duì)于請(qǐng)求的卷，查詢是否支持映射拷貝，并由那個(gè)提供者提供；因?yàn)樵谡?qǐng)求者管理應(yīng)用中，會(huì)設(shè)置卷的映射拷貝屬性以及策略等，所以需要進(jìn)行查詢和判斷。

D) 第四步，請(qǐng)求者通知VSS，要求在該卷上創(chuàng)建映射拷貝。

E) 第五步，VSS鎖住寫入者應(yīng)用，暫時(shí)不讓寫入新數(shù)據(jù)(在某些應(yīng)用情況下，讀操作請(qǐng)求是可以允許的)。

F) 第六步，VSS讓提供者在磁盤上創(chuàng)建當(dāng)前狀態(tài)的映射拷貝(創(chuàng)建映射拷貝的速度，和創(chuàng)建的方法以及提供者的實(shí)現(xiàn)相關(guān))。

G) 第七步，創(chuàng)建映射拷貝完畢，VSS解鎖寫入者應(yīng)用；然后寫入者就可以處理隊(duì)列中的寫請(qǐng)求，接著VSS會(huì)查詢是否這些寫請(qǐng)求在創(chuàng)建映射拷貝期間被保證在隊(duì)列中，如果是，則說明數(shù)據(jù)是一致的，否則說明可能數(shù)據(jù)一致性有問題，并做相應(yīng)處理。


四、 VSS使用實(shí)例

4、1服務(wù)器端設(shè)置

目前，在WS 2003 SP1或者某些測(cè)試版Vista上，直接有VSS模塊。以下是筆者在一臺(tái)名為VSS-SERVER的服務(wù)器(裝WS2003)上，配置G盤的VSS。先在“我的電腦”->“G盤”->“屬性”，選擇“Shadow Copies” Tab頁(yè)，將彈出下圖所示的對(duì)話框：



圖－3 VSS服務(wù)器端設(shè)置

然后選擇卷(G盤)，按“Enable按鈕”,完畢后顯示顯示效果為圖中“1，使能VSS” 注釋部分。此時(shí)可以按“Disable按鈕”禁止某個(gè)卷的VSS功能，也可以按“Settings”設(shè)置VSS的策略(Schedule)。

接著按下面的“Create Now按鈕”，就可以生成各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的映射拷貝，本實(shí)例創(chuàng)建了三個(gè)映射拷貝，顯示結(jié)果如圖中“2，創(chuàng)建映射拷貝”注釋部分。當(dāng)然，也可以選擇“Delete Now按鈕”刪除所選擇的映射拷貝。
創(chuàng)建映射拷貝完畢，在“我的電腦”->“G盤”－>“共享”，將整個(gè)G盤進(jìn)行共享，并保證客戶端能夠訪問服務(wù)器。

4、2客戶端配置

為了讓客戶端能夠訪問服務(wù)器端的VSS功能，也就是Shadow Copies of Shared Folders功能，需要下載ShadowCopyClient.msi安裝包。通過該安裝包提供的服務(wù)，客戶端就可以通過共享，來訪問VSS服務(wù)器上的映射拷貝，并實(shí)現(xiàn)一部分管理操作。

安裝完畢后，在客戶端訪問\VSS-SERVER服務(wù)器，就可以看到設(shè)置了VSS的共享G盤，然后選擇“G盤”->“屬性”，選擇“Previous Versions”TAB頁(yè)，就可以查看和管理映射拷貝了，其顯示效果如下圖所示：



圖－4 VSS客戶端配置

圖中的紅框部分，就是在服務(wù)器端創(chuàng)建的三個(gè)映射拷貝。Microsoft提供的Shadow Copies of Shared Folders應(yīng)用，目前包含下面三個(gè)功能。選擇“View按鈕”，可以查看選定映射拷貝的詳細(xì)信息；選擇“Copy按鈕”，則會(huì)拷貝選中的映射拷貝；而選擇“Restore按鈕”，將會(huì)用圖中紅框中選中映射拷貝，在VSS服務(wù)器上恢復(fù)到當(dāng)前狀態(tài)。

五、 VSS分析和結(jié)論

5、1 VSS分析

1) 優(yōu)點(diǎn)

A) 加快了備份和恢復(fù)的速度。現(xiàn)在的高性能要求，其備份窗口越來越小，更多的是期待7*24全天候服務(wù)。因此比起傳統(tǒng)的磁帶備份，以及D2D備份，VSS的快照技術(shù)在備份和恢復(fù)的速度上都有明顯的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)減少了管理配置的復(fù)雜性，從而為企業(yè)客戶降低了TCO。

B) 提供了個(gè)別文件的備份和恢復(fù)。用戶再也不用害怕因?yàn)镾HIFT + DEL這樣的無(wú)意刪除而導(dǎo)致的痛苦，無(wú)需因?yàn)槲募母露捎?ldquo;另存為”操作，只需簡(jiǎn)單地要找到該文件的各個(gè)前期版本，并進(jìn)行恢復(fù)就OK。

C) 易于實(shí)施到各種應(yīng)用中。比如，對(duì)于不可避免的備份操作，完全可以只將映射拷貝的數(shù)據(jù)備份到磁帶介質(zhì)中，從而減少備份的數(shù)據(jù)量；而對(duì)于開發(fā)設(shè)計(jì)人員來說，同一產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段會(huì)有不同的版本，因此完全可以采用制作不同版本的映射拷貝來完成。

D) 容易快速開發(fā)特定存儲(chǔ)產(chǎn)品。由于在OS中集成的VSS，同時(shí)功能模塊化；對(duì)于開發(fā)商來說，就可以根據(jù)行業(yè)需求，專注于該模塊的開發(fā)，只要該模塊通過了測(cè)試和認(rèn)證，很快就可以和其他模塊整合起來，將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

2) 缺點(diǎn)

A) 設(shè)置VSS容量和配置VSS策略，考慮到具體的環(huán)境和應(yīng)用，需要一定的經(jīng)驗(yàn)才能達(dá)到較好的效果。

B) 目前Microsoft提供的缺省的管理應(yīng)用，在創(chuàng)建映射拷貝時(shí)，只有時(shí)間點(diǎn)信息，卻不能對(duì)映射拷貝加入足夠的注釋信息，不易于區(qū)分各個(gè)映射拷貝之間的差別。

C) VSS其本質(zhì)是基于“卷”的快照技術(shù)，如果將其應(yīng)用到數(shù)據(jù)保護(hù)領(lǐng)域，和CDP (Continuous Data Protection,連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù))所描述的那種基于文件的保護(hù)相比，其粒度大，因?yàn)?ldquo;卷”是基于“塊”，而“文件”可以基于“字節(jié)”。

5、2 結(jié)論

筆者有幸在Microsoft最新發(fā)布的試用版Vista上測(cè)試了VSS功能，其工作一切正常，并且和WSS 2003沒有差別。據(jù)了解，由于Microsoft提供了一整套的解決方案，因此很多軟硬件存儲(chǔ)廠商都在加入到Microsfot設(shè)計(jì)的VSS中，并且部分廠商OEM帶VSS的操作系統(tǒng)來設(shè)計(jì)特定應(yīng)用的NAS服務(wù)器，并有不錯(cuò)的市場(chǎng)效果。盡管如此，和開源的Linux和Solaris 10 (它們也都支持和VSS類似的“卷”快照技術(shù))相比，那就是“仁者見仁，智者見智”了。