it運維中剖析Windows系統中的VSS存儲技術
2020-04-16 13:35 作者：艾銻無限 瀏覽量：
剖析Windows系統中的VSS存儲技術
VSS (Volume Shadow copy Service, 卷映射拷貝服務)，最初是在Windows Server 2003 SP1中引入的存儲技術。它通過在卷管理模塊上加入快照功能，在此基礎上就可以創建基于時間點(Point-In-Time)的映像(Image)，從而實現數據的快速備份和恢復，用戶也無需害怕因無意刪除數據而造成的困擾，這就是VSS的關鍵所在。由于VSS所表現的優良特性，因此在Microsfot最新的Vista操作系統中，也加入了該功能。
一、 VSS概述
VSS能夠讓存儲基礎設備(比如磁盤、陣列)創建高保真的時間點映像，就是映射拷貝(Shadow Copy)。它可以在多卷、或者單個卷上創建映射拷貝，同時不會影響到系統性能。VSS通過協調業務應用軟件、備份程序，以及存儲硬件，從而達到創建高保真映射拷貝的能力。它可以應用到以下領域：
A、 快速數據備份和恢復；
B、 針對制定文件的恢復；
C、 磁帶備份、測試，以及數據挖掘方面；
由于Microsoft在OS中集成了VSS技術，它將各個處理功能模塊化，并針對存儲軟硬件廠商提供相應的開發接口；開發商只需要關注自己的模塊，根據需求設計相關的應用，從而減少了整體設計的難度。就筆者了解，不少軟硬件存儲公司就采用VSS技術來設計NAS，并以此為基礎構建數據保護服務器。
二、 VSS技術原理
VSS整體框架包含了VSS核心模塊、請求者(Requestor)、寫入者(Writer)，以及提供者(Provider)。各個模塊之間的關系如下圖所示：
A) 請求者(Requestor)，其主要任務是初始化映射拷貝的創建；由于需要不一樣，解決的問題各不相同不同，因此可能設計不同請求者應用。例如，備份應用處理VSS的備份功能，管理應用處理映射拷貝的創建及使用(像WS2003和Vista本身提供的VSS管理軟件就是此類)，同時可以設計其他功能應用，來處理專門的業務。對于請求者的應用，包括Windows NT備份模塊、備份軟件提供商設計的備份應用，以及存儲軟硬件提供商設計的管理應用。
B) 寫入者(Writer)，其主要任務是保證數據的一致性；因為，如果在創建映射拷貝的過程中，應用軟件繼續往磁盤寫入數據，那么將會出現數據非一致性問題，從而影響該時間點映像的完整性。通過在應用寫入者模塊進行控制處理，來保證數據的一致性，同時也可以達到創建映射拷貝的高效性。通常，寫入者可能是Windows OS里面的各種服務模塊，像COM+、DHCP服務、Active Directory服務等，除此之外，數據庫也是常見的寫入者應用。
C) 提供者(Provider)，其主要任務是創建映射拷貝；提供者是創建時間點影響的接口，它可以是基于存儲陣列(硬件模式)，或者操作系統(軟件模式)。VSS有不同的提供者，其層次關系為：最底層是硬件提供者，中間是軟件提供者，最上面是系統軟件提供者。其中前面兩個提供者，是為第三方硬件或者軟件廠商提供的。
D) 卷映射拷貝服務(VSS)核心模塊，其主要任務是協調各個模塊的協作運行，并提供創建卷映射拷貝的方法；VSS提供了兩種創建映射拷貝的方法：一種是完全拷貝(Clone/Full Copy/Split Mirror)，它會創建當前原始數據(Original Data)的全部拷貝；而另外一種就是寫時才拷貝(Copy on Write/Differential Copy)，它只創建將要被更新的原始數據的拷貝。因此寫拷貝創建映射拷貝速度快，但是恢復數據時需要使用原始數據。
三、 VSS處理流程
VSS處理映射拷貝，需要協調各個模塊來完成，從而保證創建出高保真的拷貝，進而實現數據的一致性，其具體步驟如下圖所示：
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(Restore)方法；其中，考慮到數據一致性，寫入者需要一些相關處理，比如對于數據庫應用來說，關閉所有打開的事務、回滾事務日志、以及將緩沖區中的數據寫入等操作，直到所有數據準備好之后，通知VSS可以創建映射拷貝了。
C) 第三步，VSS對于請求的卷，查詢是否支持映射拷貝，并由那個提供者提供；因為在請求者管理應用中，會設置卷的映射拷貝屬性以及策略等，所以需要進行查詢和判斷。
D) 第四步，請求者通知VSS，要求在該卷上創建映射拷貝。
E) 第五步，VSS鎖住寫入者應用，暫時不讓寫入新數據(在某些應用情況下，讀操作請求是可以允許的)。
F) 第六步，VSS讓提供者在磁盤上創建當前狀態的映射拷貝(創建映射拷貝的速度，和創建的方法以及提供者的實現相關)。
G) 第七步，創建映射拷貝完畢，VSS解鎖寫入者應用；然后寫入者就可以處理隊列中的寫請求，接著VSS會查詢是否這些寫請求在創建映射拷貝期間被保證在隊列中，如果是，則說明數據是一致的，否則說明可能數據一致性有問題，并做相應處理。
四、 VSS使用實例
4、1服務器端設置
目前，在WS 2003 SP1或者某些測試版Vista上，直接有VSS模塊。以下是筆者在一臺名為VSS-SERVER的服務器(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，將彈出下圖所示的對話框：
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。此時可以按“Disable按鈕”禁止某個卷的VSS功能，也可以按“Settings”設置VSS的策略(Schedule)。
接著按下面的“Create Now按鈕”，就可以生成各個時間點的映射拷貝，本實例創建了三個映射拷貝，顯示結果如圖中“2，創建映射拷貝”注釋部分。當然，也可以選擇“Delete Now按鈕”刪除所選擇的映射拷貝。
創建映射拷貝完畢，在“我的電腦”->“G盤”－>“共享”，將整個G盤進行共享，并保證客戶端能夠訪問服務器。
4、2客戶端配置
為了讓客戶端能夠訪問服務器端的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，客戶端就可以通過共享，來訪問VSS服務器上的映射拷貝，并實現一部分管理操作。
安裝完畢后，在客戶端訪問\VSS-SERVER服務器，就可以看到設置了VSS的共享G盤，然后選擇“G盤”->“屬性”，選擇“Previous Versions”TAB頁，就可以查看和管理映射拷貝了，其顯示效果如下圖所示：
圖中的紅框部分，就是在服務器端創建的三個映射拷貝。Microsoft提供的Shadow Copies of Shared Folders應用，目前包含下面三個功能。選擇“View按鈕”，可以查看選定映射拷貝的詳細信息；選擇“Copy按鈕”，則會拷貝選中的映射拷貝；而選擇“Restore按鈕”，將會用圖中紅框中選中映射拷貝，在VSS服務器上恢復到當前狀態。
五、 VSS分析和結論
5、1 VSS分析
1) 優點
A) 加快了備份和恢復的速度。現在的高性能要求，其備份窗口越來越小，更多的是期待7*24全天候服務。因此比起傳統的磁帶備份，以及D2D備份，VSS的快照技術在備份和恢復的速度上都有明顯的優勢；同時減少了管理配置的復雜性，從而為企業客戶降低了TCO。
B) 提供了個別文件的備份和恢復。用戶再也不用害怕因為SHIFT + DEL這樣的無意刪除而導致的痛苦，無需因為文件的更新而采用“另存為”操作，只需簡單地要找到該文件的各個前期版本，并進行恢復就OK。
C) 易于實施到各種應用中。比如，對于不可避免的備份操作，完全可以只將映射拷貝的數據備份到磁帶介質中，從而減少備份的數據量；而對于開發設計人員來說，同一產品在設計階段會有不同的版本，因此完全可以采用制作不同版本的映射拷貝來完成。
D) 容易快速開發特定存儲產品。由于在OS中集成的VSS，同時功能模塊化；對于開發商來說，就可以根據行業需求，專注于該模塊的開發，只要該模塊通過了測試和認證，很快就可以和其他模塊整合起來，將產品推向市場。
2) 缺點
A) 設置VSS容量和配置VSS策略，考慮到具體的環境和應用，需要一定的經驗才能達到較好的效果。
B) 目前Microsoft提供的缺省的管理應用，在創建映射拷貝時，只有時間點信息，卻不能對映射拷貝加入足夠的注釋信息，不易于區分各個映射拷貝之間的差別。
C) VSS其本質是基于“卷”的快照技術，如果將其應用到數據保護領域，和CDP (Continuous Data Protection,連續數據保護)所描述的那種基于文件的保護相比，其粒度大，因為“卷”是基于“塊”，而“文件”可以基于“字節”。
5、2 結論
有幸在Microsoft最新發布的試用版Vista上測試了VSS功能，其工作一切正常，并且和WSS 2003沒有差別。據了解，由于Microsoft提供了一整套的解決方案，因此很多軟硬件存儲廠商都在加入到Microsfot設計的VSS中，并且部分廠商OEM帶VSS的操作系統來設計特定應用的NAS服務器，并有不錯的市場效果。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)相比，那就是“仁者見仁，智者見智”了。
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