Оценка решений резервного копирования. ПО для резервного копирования
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Появившиеся в начале 80-ых персональные ЭВМ (ПЭВМ или ПК) прочно вошли во все сферы человеческой деятельности. Вместе с ними у эксплуатирующих ПЭВМ организаций и ведомств возникли и многочисленные проблемы. Одна из них — защита информации. Согласно статистическим данным более 80% компаний и агентств несут финансовые убытки из-за нарушения безопасности данных.
Проблема защиты информации представляет собой совокупность тесно связанных проблем в областях права, организации управления, разработки технических средств, программирования и математики. Одна из центральных задач проектирования систем защиты состоит в рациональном распределении имеющихся.
Никому не надо объяснять, что информация имеет свою цену. Как же ее защитить? Самым простым и надежным способом является резервное копирование.
Резервное копирование (англ. backup) — 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.
Резервное копирование необходимо для возможности быстрого и недорогого восстановления информации (документов, программ, настроек и т. д.) в случае утери рабочей копии информации по какой-либо причине.
РЕЗЕРВНОЕ КОПИРОВАНИЕ И ИХ ВИДЫ
Резервное копирование цифровых данных предприятия в рамках системы обеспечения максимального уровня защищенности данных от несанкционированного доступа
Непрерывное резервное копирование
важнейших корпоративных данных
Основные характеристики:
Непрерывная защита важных файлов в реальном времени
Возможность быстрого копирования и восстановления в режиме "disk-to-disk" (с диска на диск)
Возможность свести к минимуму окно резервного копирования/восстановления
Создание моментальных (point-in-time) копий, позволяющих выполнять откат к любой версии файла
Установка настроек для файлов с высоким и низким приоритетом
Возможность выбирать различные целевые устройства для резервного копирования/репликации
Защита файловых серверов и временно подключаемых вычислительных систем
Оптимизация целевых точек восстановления (RPO) и целевого времени восстановления (RTO)
Хранение файлов в течение заранее определяемых периодов времени
Возможность контролировать расходы и повышать продуктивность пользователей
Простота внедрения и
В настоящее время компании уделяют все больше внимания защите своих данных. Потеря важной бизнес-информации может привести к падению продуктивности, простоям приложений, задержкам выполнения проектов, необходимости обращаться в службу поддержки пользователей и убыткам для компании. Многие компании фактически обязаны развертывать решения для защиты данных в соответствии с требованиями законодательства.
По мере роста объемов данных,
хранящихся на файловых серверах, все
более серьезной проблемой
Хотя большинство компаний уже внедрили решения для защиты корпоративных данных, информация, хранящаяся на рабочих станциях и ноутбуках, защищается недостаточно надежно - даже с учетом того, что, по оценкам которых экспертов, она составляет 60-70% всех корпоративных данных. В особенности это касается юридических фирм и компаний, оказывающих медицинские и консультационные услуги, для которых потеря (может оказать серьезное негативное влияние на продуктивность и поставить под вопрос само существование компании.
В процессе резервного копирования данных хранить программы и информацию необходимо в формате компрессионно сжатых ISO, причем сжатие и копирование проводить на компьютере не подключенном к Интернет и к локальной сети. Данный метод удобнее и надежнее для ваших целей, к тому же значительно снижает потребность в серверных мощностях.
Полное резервирование (Full backup)
Полное резервное копирование
позволяет сохранить все
Использование резервных копий файлов может ускорить восстановление, ограничив его восстановлением только поврежденных файлов, а не всей базы данных. Например, если база данных состоит из нескольких файлов, размещенных на различных дисках, и на одном из них происходит сбой, то восстановить данные нужно будет только на этом диске.
Резервные копии файлов базы данных можно создавать и восстанавливать по отдельности. В инструкциях BACKUP или RESTORE вместо каждого файла по отдельности можно указать всю файловую группу. Следует иметь в виду, что если какой-либо файл файловой группы находится в автономном режиме (например во время его восстановления), то вся файловая группа переводится в автономный режим, и создать ее резервную копию будет невозможно.
Резервные копии файлов обладают следующими преимуществами по сравнению с полными резервными копиями базы данных.
- Восстановление после сбоев отдельных носителей выполняется быстрее. Поврежденный файл или файлы могут быть легко восстановлены.
- Резервные копии файлов обладают улучшенной гибкостью при выполнении по расписанию и облегчают работу с носителями по сравнению с полными резервными копиями баз данных; последние становятся неудобными для очень больших баз данных. Большая гибкость при работе с резервными копиями файлов и файловых групп может оказаться полезной также для больших баз данных, содержащих данные с различными параметрами обновления.
Главным недостатком резервных копий файлов по сравнению с резервным копированием всей базы данных являются дополнительные сложности в администрировании. Сбой носителя может привести к невозможности восстановления всей базы данных, если для поврежденного файла не будет существовать резервной копии. Поэтому необходимо обслуживать полный набор резервных копий файлов, поэтому как для полной модели восстановления, так и для модели с неполным протоколированием одна или несколько резервных копий журнала минимально охватывают интервал между первым и последним полным резервным копированием.
Обслуживание полного набора таких резервных копий и их отслеживание может оказаться трудоемкой задачей, потери времени на которую способны перевесить издержки расхода дискового пространства на полные резервные копии баз данных.
При модели полного восстановления за счет увеличения сложности управления использование разностных резервных копий файлов может снизить количество резервных копий журнала, необходимых для восстановления.
Чтобы получить максимальный выигрыш от использования резервных копий файлов, необходимо учитывать расположение данных на диске и характер их использования. Рекомендуется следующий подход:
- Чаще создавать резервные копии тех данных, которые часто обновляются.
- Реже создавать резервные копии редко обновляемых данных.
- Создать резервную копию данных, которые используются только для чтения, лишь один раз.
- В модели полного восстановления необходимо выполнять резервное копирование журналов транзакций отдельно от остальной части стратегии резервирования данных. Полный набор резервных копий файлов вместе с резервными копиями журналов, которых достаточно для охвата всех резервных копий файлов с момента первого копирования, эквивалентен полной резервной копии базы данных.
- Восстановить базу данных лишь из файла и резервных копий журналов может оказаться сложно. Поэтому лучше выполнить полное резервное копирование базы данных, а затем начать резервное копирование журнала, чем сразу создавать резервную копию файлов. На следующем рисунке показана стратегия, согласно которой создается полная резервная копия базы данных (за время t1) вскоре после создания базы данных (за время t0). Эта первая резервная копия базы данных позволяет начать резервное копирование журнала транзакций. Резервное копирование журнала транзакций запланировано через определенные промежутки времени. Резервные копии файлов создаются через некоторый интервал времени, оптимально соответствующий требованиям предприятия. На данном рисунке показана каждая из четырех файловых групп, резервное копирование которых происходит одновременно. Порядок, в котором оно производится (группы A, C, B, A), отражает требования предприятия к базе данных.
Рисунок 1.1 – Стратегия, объединяющая резервное копирование баз данных, файлов и журналов
При использовании модели полного восстановления необходимо выполнить накат всех журналов транзакций во время восстановления резервной копии файла для записи и чтения, чтобы обеспечить согласованность состояния файла с остальной частью базы данных. Чтобы избежать необходимости наката большого количества резервных копий журналов транзакций, следует чаще создавать разностные резервные копии файлов
Дифференциальное резервное копирование (Differential backup)
Дифференциальное резервное
Основные преимущества дифференциального копирования:
- Экономия дискового пространства. По сравнению с использованием полного бэкапа, дифференциальное резервное копирование позволяет сэкономить до 90% места на резервном носителе, так как сохраняет только последние изменения.
- Возможность восстановить промежуточное состояние информации за тот или иной отрезок времени, охваченный сохраненными резервными копиями.
- Быстрое восстановление. В отличие от инкрементного бэкапа, которому для восстановления необходимо пройти по всей цепочке копий от последнего инкрементного бэкапа до последнего полного, дифференциальное резервное копирование требует для выполнения восстановления данных только последнюю дифференциальную копию и последнюю полную. За счет этого восстановление происходит намного быстрее.
Инкрементное (добавочное) резервирование (Incremental backup)
При добавочном ("инкрементальном") резервировании происходит копирование только тех файлов, которые были изменены с тех пор, как в последний раз выполнялось полное или добавочное резервное копирование. Последующее добавочное резервирование добавляет только файлы, которые были изменены с момента предыдущего добавочного резервирования. В среднем, добавочное резервирование занимает меньше времени, так как копируется меньшее количество файлов. Однако, процесс восстановления данных занимает больше времени, так как должны быть восстановлены данные последнего полного резервирования, плюс данные всех последующих добавочных резервирований. При этом, в отличие от дифференциального резервирования, изменившиеся или новые файлы не замещают старые, а добавляются на носитель независимо.
nnbackup.exe dump 0 -i c:\data -o d:\backup\data\ [options]
Инкрементное резервное копирование - очень эффективный и вместе с тем надежный способ резервного копирования. Его основные преимущества - скорость и высокая степень настраиваемости: в зависимости от размера исходных данных вы можете выбирать схему резервного копирования, которая уменьшит затраты времени на восстановление данных (особенно при больших объемах информации).
Режим инкрементного резервного копирования напоминает действие популярной юниксовой утилиты dump и позволяет сначала выполнить резервное копирование всего исходного каталога и потом "добавлять" к нему те файлы, которые изменились со времени последнего резервного копирования.
Сессию резервного копирования в таком режиме принято называть "дампом". Каждой сессии резервного копирования (дампу) присваивается свой номер (целое число от 0 до 9) - уровень резервирования, который и определяет, какие файлы будут скопированы.
Правила таковы:
- дамп уровня 0 содержит в себе все файлы из источника данных
- дамп любого другого уровня (например, N) содержит только файлы, которые появились или изменились с момента создания последнего дампа, чей уровень меньше N. Если новых или измененных файлов нет, то дамп не создается.
- каждый дамп упаковываются в один большой файл и сжимается по алгоритму zip.
Использованная в nnBackup компрессионная
библиотека (zlib) накладывает ограничение
на размер создаваемого zip-архива - 2 гигабайта.
Чтобы иметь возможность создавать дампы
большего размера, используйте вызов внешнего
архиватора с помощью опции -extzip.
Также вы можете использовать опцию командной строки -nozip, чтобы полностью отменить упаковку дампов в zip-архив и сохранять данные в каталоги с соответствующими именами.
Например, чтобы создать дамп уровня 0 с полной копией источника, мы (26 ноября 2002 года) запускаем nnBackup так:
nnbackup.exe dump 0 -i c:\data -o d:\backup\data\
В результате работы вышеуказанной
команды создан zip-файл d:\backup\data\0_
nnbackup.exe dump 1 -i c:\data -o d:\backup\data\
и получим zip-файл d:\backup\data\1_
Соответственно, дамп уровня 2 (d:\backup\data\2_2002-11-28.
Необязательно использовать последовательную нумерацию дампов. На следующий день после создания дампа уровня 2 запросто можно создать дамп уровня 5 и он будет содержать файлы, которые появились или обновились с момента создания дампа уровня 2.
Грамотно манипулируя уровнями дампов можно полноценно управлять содержимым дамп-архивов, что даст экономию времени при восстановлении данных. Вместо того, чтобы создавать последовательно пронумерованные дампы и при восстановлении данных обрекать себя на разархивирование всех существующих дампов по очереди, бывает целесообразно "чередовать", уровни дампов. Например, в среде Unix очень распространена следующая схема дамп-резервирования:
0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 9
Вот ее "расшифровка":
0 3 2 5 4 7 6 9 8 9
| | | | | | | | | |
0 means a full backup.
| | | | | | | | |
3 means copy all files new or modified since level 0 and 3.
| | | | | | | |
2 means copy all files new or modified since level 0 and 2.
| | | | | | |
5 means copy all files new or modified since level 0, 3 and 5.
| | | | | |
4 means copy all files new or modified since level 0, 3 and 4.
| | | | |
7 means copy all files new or modified since level 0, 3, 4 and 7.
| | | |
6 means copy all files new or modified since level 0, 3, 4 and 6.
| | |
9 means copy all files new or modified since level 0, 3, 4, 6 and 9.
| |
8 means copy all files new or modified since level 0, 3, 4, 6 and 8.
|
9 means copy all files new or modified since level 0, 3, 4, 6, 8 and 9.
А вот таблица, которая поясняет, какие именно дампы придется разархивировать в случае необходимости восстановления данных в разные дни (для наглядности, предположим, что дампы архивируются на магнитную ленту). Разумеется, чем реже создается дампы нулевого уровня, тем больше лент понадобится для восстановления данных:
Tape |
Level |
Backup (days) |
Restore tapes |
1 |
0 |
N.A. |
1 |
2 |
3 |
1 |
1, 2 |
3 |
2 |
2 |
1, 3 |
4 |
5 |
1 |
1, 2, 4 |
5 |
4 |
2 |
1, 2, 5 |
6 |
7 |
1 |
1, 2, 5, 6 |
7 |
6 |
2 |
1, 2, 5, 7 |
8 |
9 |
1 |
1, 2, 5, 7, 8 |
9 |
8 |
2 |
1, 2, 5, 7, 9 |
10 |
9 |
1 |
1, 2, 5, 7, 9, 10 |
Не стоит забывать, что в режиме dump (как и в остальных режимах) можно тонко настраивать какие именно файлы будут обработаны. Для этого можно использовать, например, включающие и исключающие маски имен файлов (-m, -x) или фильтры по дате создания/последней модификации файла (-D, -DC, -DW), размеру файлов (-LT, -GT), атрибутам файлов (-a, -ax).
Несколько опций командной строки nnBackup предназначены специально для режима инкрементного резервного копирования: подробнее.
C помощью опции -nocopy можно протестировать, какой эффект возымеет составленная командная строка: nnBackup сымитирует создание дампа, но физически файлы скопированы не будут:
nnbackup.exe dump 0 -i c:\data -o d:\backup\data -v -nocopy
Примеры:
nnbackup.exe dump 0 -i c:\data -o d:\backup\data -v
Расшифровка: cоздаем дамп нулевого уровня со всеми файлами из каталога с:\data и помещаем его в каталог d:\backup\data. Имя дампа будет выглядеть примерно так: 0_2002-12-05.zip. При копировании выводим имена и полные пути копируемых файлов.
nnbackup.exe dump 2 -i c:\data -o d:\backup\data -s -v
Расшифровка: cоздаем дамп второго уровня с файлами из каталога с:\data и помещаем его в каталог d:\backup\data. Имя дампа будет выглядеть примерно так: 2_2002-12-05.zip. При копировании учитываем все подкаталоги c:\data и выводим имена и полные пути копируемых файлов.
nnbackup.exe dump 3 -i c:\data -o d:\backup\data -s -v -dn "data-backup_%DumpLevel @%_%MM%-%DD%"
Расшифровка: cоздаем дамп третьего уровня с файлами
из каталога с:\data и помещаем его в каталог d:\backup\data. Задаем имя дампа: data-backup_3_12-05.zip
nnbackup.exe dump 0 -i c:\data -o d:\backup\data -v -nozip
Расшифровка: cоздаем дамп нулевого уровня со всеми
файлами из каталога с:\data и помещаем его в каталог d:\backup\data. Не упаковываем дамп в zip-архив. Имя каталога,
в котором окажется дамп будет выглядеть
примерно так: d:\backup\data\0_2002-12-
Резервирование клонированием
Клонирование позволяет
- Резервирование в виде образа. Образ — точная копия всего раздела или носителя (устройства), хранящаяся в одном файле.
- Резервное копирование в режиме реального времени. Резервное копирование в режиме реального времени позволяет создавать копии файлов, директорий и томов, не прерывая работу, без перезагрузки компьютера.
СХЕМЫ РОТАЦИИ. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА РЕЗЕРВНОГО КОПИРОВАНИЯ
Схемы ротации
Схема ротации носителей – важный фактор для осуществления резервного копирования информации.
Наиболее часто используют следующие схемы:
- Одноразовое копирование (custom) является самой простой схемой, поскольку оно вообще не предусматривает ротации носителей. Все операции проводятся вручную. Перед копированием администратор задает время начала резервирования, перечисляет файловые системы или каталоги, которые нужно копировать. Эту информацию можно сохранить в базе, чтобы ее можно было использовать снова. При одноразовом копировании чаще всего применяется полное копирование.
Простая ротация подразумевает, что некий набор носителей используется циклически. Например, цикл ротации может составлять неделю, когда отдельный носитель выделяется для определенного рабочего дня недели. Полная копия делается в пятницу, а в другие дни — инкрементальные (или дифференциальные) копии.
Таким образом, для недельного цикла достаточно иметь пять носителей (если копирование происходит только в рабочие дни, и емкость одного носителя достаточна для копии). После завершения цикла все повторяется сначала, и запись производится на те же самые носители, хотя иногда полные (пятничные) копии сохраняют в качестве архива. Недостаток данной схемы в том, что она не очень хорошо подходит для ведения архива, даже если полные копии сохраняются, поскольку количество носителей в архиве быстро увеличивается.
Кроме того, запись (во всяком случае,
инкрементальная/
- Схема «Дед, отец, сын» (Grandfather, Father, Son) имеет иерархическую структуру и предполагает использование комплекта из трех наборов носителей. Раз в неделю делается полная копия дисков компьютера, ежедневно же проводится инкрементальное (или дифференциальное) копирование. Дополнительно раз в месяц производится еще одно полное копирование.
Набор для ежедневного
В случае ежедневного набора свой носитель (их может быть несколько, если объем информации превышает объем одного носителя) закреплен за каждым рабочим днем (кроме пятницы), а в случае еженедельного набора — за каждой неделей по порядку (то есть данный набор должен содержать не менее четырех носителей).
Для этой базовой схемы ротации необходимо 12 комплектов носителей (четыре ежедневных, Понедельник-Четверг; пять еженедельных, Пятница недели 1-5; и три ежемесячных, месяц 1-3). Носители используются в день, неделю или месяц, соответствующие их этикетке. Ежемесячные носители обычно заново не используются и откладываются в архив. Таким образом, по сравнению с простой ротацией в архиве содержатся только ежемесячные копии плюс последние еженедельные и ежедневные копии.
Недостаток данной схемы состоит в том, что в архиве находятся только имевшиеся на конец месяца данные. Как и при схеме простой ротации, ежедневные копии подвергаются значительному износу, в то время как нагрузка на еженедельные копии сравнительно невелика.
- Схема «Ханойская башня» (Tower Of Hanoi) получила свое название от древней китайской игры, в которой используется рекурсивный метод. В этой игре, вы перемещаете стопку дисков с одного колышка на другой, и маленький диск может быть помещен только на диск большего размера. Как и эта игра, многочисленные комплекты носителей сменяются в последовательности добавочного и полного резервирования. Здесь, для увеличения безопасности используется больше комплектов носителей, чем в GFS.
Схема построена на применении нескольких наборов носителей, их количество не регламентируется, хотя обычно ограничивается пятью-шестью. Каждый набор предназначен для недельного копирования, как в схеме простой ротации, но без изъятия полных копий. Т.е., отдельный набор включает носитель с полной недельной копией и носители с ежедневными инкрементальными (дифференциальными) копиями.
Таким образом, каждый следующий по порядку набор используется в два раза реже, чем предыдущий – набор N1 перезаписывается каждые две недели, набор N2 — каждые четыре недели, и т. д. Специфической проблемой схемы «Ханойская башня» является ее излишняя сложность.
- Схема «10 наборов» , как и следует из названия, рассчитана на использование 10 наборов носителей. Период из 40 недель делится на десять циклов. В течение цикла за каждым набором закреплен один день недели.
По прошествии четырехнедельного цикла осуществляется сдвиг номера набора. Иными словами, если в первом цикле за понедельник отвечал набор N1, а за вторник — N2, то во втором цикле за понедельник отвечает набор N2, а за вторник — N3. Такая схема позволяет равномерно распределить нагрузку и, как следствие, износ между всеми носителями.
Аппаратные средства резервного копирования
Существует несколько
- Лента стримера — запись резервных данных на магнитную ленту стримера;
- «Облачный» бэкап» — запись резервных данных по «облачной» технологии через онлайн-службы специальных провайдеров;
- DVD или CD — запись резервных данных на компактные диски;
- HDD — запись резервных данных на жёсткий диск компьютера;
- LAN — запись резервных данных на любую машину внутри локальной сети;
- FTP — запись резервных данных на FTP-серверы;
- USB — запись резервных данных на любое USB-совместимое устройство (такое, как флэш-карта или внешний жёсткий диск);
- ZIP, JAZ, MO — резервное копирование на дискеты ZIP, JAZ, MO.
Стример (от англ. streamer), также ленточный накопитель — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.
Основное назначение: запись и воспроизведение
информации, архивация и резерв
Технология хранения данных на магнитной ленте в ходе развития вычислительной техники претерпела значительные изменения, и в разные периоды характеризовалась различными потребительскими свойствами. Использование современных стримеров имеет следующие отличительные черты.
К сожалению, несмотря на существенное превосходство над жесткими дисками в области надежности, ленточные системы имеют ряд недостатков в эксплуатации. Несмотря на существенный технологический прогресс в этой области, скорость чтения/записи, а также скорость позиционирования (поиска нужной информации) по-прежнему остается крайне неудовлетворительной. При значительных объемах сохраняемой информации подобная ситуация порождает ряд проблем, таких, как значительное время копирования информации, а, следовательно, и высокая загруженность пропускных каналов локальных сетей и, что самое главное, значительное время восстановления информации.
Наиболее важный показатель системы резервного копирования данных - это максимально допустимое время простоя системы из-за сбоя работы первичных носителей информации (в общем случае это время равно времени восстановления резервной копии системы). Это время определяется стоимостью одного часа простоя данной информационной системы. Реальное же время простоя определяется, в первую очередь, объемом восстанавливаемой информации, а также характеристиками устройства резервного копирования/восстановления данных. В зависимости от масштаба предприятия возможно применение одного из следующих решений:
- Единичный ленточный привод
Для небольших (до 20 компьютеров) офисов наиболее подходящим будет применение одного ленточного привода. Такие устройства характеризуются относительно небольшими скоростными и емкостными характеристиками (вместительность одного картриджа от 40 до 160 Гб, в зависимости от длины ленты и степени сжатия информации при копировании) и невысокой стоимостью. Скорость чтения/записи таких устройств находится в пределах 6-12 Мб/с. Недостатком таких устройств является необходимость вручную заменять картриджи по мере их заполнения.
- Ленточные библиотеки
Для средних предприятий (до 100 компьютеров в сети) существуют автоматические ленточные библиотеки, способные вмещать до 10 картриджей одновременно. Такая библиотека самостоятельно выбирает необходимый картридж и вставляет его в ленточный привод для дальнейшей работы. Чтение/запись информации производится только с одного картриджа одновременно со скоростью от 21 до 43 Гб/час. Общая емкость загруженной библиотеки составляет до 1.6 Тб данных.