Введение

Сохраненные данные в компьютерных системах дублируют данные в компьютерных системах для восстановления данных. В информационных технологиях резервная копия, или копирование данных, – это копия компьютерных данных, созданная и сохраненная в другом месте, чтобы ее можно было использовать для восстановления исходных данных после их потери. Глагольная форма, обозначающая этот процесс, – "создать резервную копию", а существительная и прилагательная формы – "резервная копия". Резервные копии могут использоваться для восстановления данных после их потери в результате удаления или повреждения, либо для восстановления данных из более раннего состояния. Резервное копирование предоставляет простой способ восстановления после аварий; однако не все системы резервного копирования способны восстановить компьютерную систему или другую сложную конфигурацию, такую как компьютерный кластер, сервер Active Directory или сервер базы данных. Система резервного копирования содержит как минимум одну копию всех данных, которые считаются важными для сохранения. Требования к объему хранилища данных могут быть значительными. Для организации этого хранилища может использоваться модель информационного хранилища. Существуют различные типы устройств хранения данных, используемых для создания резервных копий данных, уже находящихся во вторичном хранилище, в виде архивных файлов. Также существуют различные способы организации этих устройств для обеспечения географической распределенности, безопасности данных и портативности. Данные отбираются, извлекаются и преобразуются для хранения. Процесс может включать методы работы с активными данными, включая открытые файлы, а также сжатие, шифрование и дедупликацию. Дополнительные методы применяются к резервному копированию в корпоративных клиент-серверных средах. Схемы резервного копирования могут включать тестовые запуски для проверки надежности резервируемых данных. Любая схема резервного копирования имеет свои ограничения и зависит от человеческого фактора.

Хранение

Стратегия резервного копирования требует хранилища информации, – "вторичного пространства для хранения данных", которое агрегирует резервные копии "источников" данных. Хранилище может быть таким же простым, как перечень всех носителей резервных копий (DVD и т. п.) и даты их создания, или может включать в себя компьютеризированный индекс, каталог или реляционную базу данных. Резервные данные нуждаются в хранении, что требует схемы ротации резервных копий. Как правило, они более полезны для развертывания стандартной конфигурации на множестве систем, чем в качестве инструмента для непрерывного резервного копирования разнородных систем.

Постепенно

Инкрементная резервная копия сохраняет данные, измененные с определенного момента времени. Дубликаты неизмененных данных не копируются. Обычно полное резервное копирование всех файлов выполняется один раз или через нечастые промежутки времени, служа опорной точкой для инкрементного хранилища. Впоследствии, через последовательные промежутки времени, создается ряд инкрементных резервных копий. Восстановление начинается с последней полной резервной копии, а затем применяются инкрементные копии. Некоторые системы резервного копирования могут создавать синтетическую полную резервную копию на основе серии инкрементных копий, обеспечивая тем самым эффект частого выполнения полного резервного копирования. При работе с одним архивным файлом это ускоряет восстановление последних версий файлов.

Близкий к CDP

Постоянная защита данных (CDP) – это резервное копирование, которое мгновенно сохраняет копию каждого изменения, вносимого в данные. Это позволяет восстанавливать данные на любой момент времени и является наиболее полным и продвинутым методом защиты данных. Приложения для резервного копирования, близкие к CDP, часто продаваемые под названием "CDP", автоматически создают инкрементные резервные копии через определенные интервалы, например, каждые 15 минут, час или 24 часа. Следовательно, они позволяют восстанавливать данные только на границах этих интервалов, создавая, по сути, неизменяемые копии данных, «замороженные» в определенный момент времени. Близкие к CDP решения (за исключением Apple Time Machine) ведут журнал каждого изменения в хост-системе, часто сохраняя различия на уровне байтов или блоков, а не файлов. Этот метод резервного копирования отличается от простого зеркального копирования диска тем, что позволяет откатить журнал и, таким образом, восстановить старые версии данных. Ведение журнала изменений позволяет обеспечить согласованность данных, защищая самосогласованные файлы, но требует, чтобы приложения были приостановлены и подготовлены к резервному копированию. Близкие к CDP решения более практичны для обычных персональных приложений резервного копирования, в отличие от истинного CDP, который необходимо использовать в сочетании с виртуальной машиной или ее эквивалентом и, следовательно, обычно применяется в корпоративных клиент-серверных системах резервного копирования. Программное обеспечение может создавать копии отдельных файлов, таких как документы, мультимедийные проекты или пользовательские настройки, чтобы предотвратить потерю данных, вызванную неудачными операциями записи из-за отключения электроэнергии, сбоев операционной системы или нехватки места на диске. Распространенной реализацией является добавление расширения ".bak" к имени файла.

Обратная инкрементальная

Метод обратного инкрементального резервного копирования хранит недавний архивный файл "зеркала" исходных данных и ряд различий между "зеркалом" в его текущем состоянии и его предыдущих состояниях. Метод обратного инкрементального резервного копирования начинается с полного резервного копирования без изображения. После выполнения полной резервной копии система периодически синхронизирует полную резервную копию с живой копией, сохраняя при этом данные, необходимые для реконструкции старых версий. Это может быть сделано с помощью жестких ссылок, как это делает Apple Time Machine, или с помощью двоичных диффиксов.

Дифференциальный

Дифференциальное резервное копирование сохраняет только данные, изменившиеся с момента последнего полного резервного копирования. Это означает, что для восстановления данных требуется максимум две резервные копии из хранилища. Однако, чем больше времени прошло с момента последнего полного резервного копирования (и, следовательно, чем больше накоплено изменений в данных), тем больше времени занимает выполнение дифференциального резервного копирования. Для восстановления всей системы необходимо начать с самой последней полной резервной копии и затем применить только последнюю дифференциальную резервную копию. Дифференциальное резервное копирование копирует файлы, созданные или измененные с момента последнего полного резервного копирования, независимо от того, были ли сделаны другие дифференциальные резервные копии после этого, в то время как инкрементальное резервное копирование копирует файлы, созданные или измененные после последнего резервного копирования любого типа (полного или инкрементального). Изменения в файлах могут определяться по более поздней дате/времени последнего изменения атрибута файла и/или изменению размера файла. Существуют и другие варианты инкрементального резервного копирования, такие как многоуровневое инкрементальное копирование и блочное инкрементальное копирование, которые сравнивают части файлов, а не целые файлы.

Сберегательные носители

Независимо от используемой модели репозитория, данные должны быть скопированы на носитель для хранения архивных файлов. Этот носитель также называют типом места назначения резервного копирования.

Магнитная лента

Магнитная лента долгое время была наиболее распространенным носителем для хранения больших объемов данных, резервного копирования, архивирования и обмена данными. Ранее она была более экономичным вариантом, но для небольших объемов данных это больше не так. Лента – это носитель последовательного доступа, поэтому скорость непрерывной записи или чтения данных может быть очень высокой. Хотя стоимость места на ленточном носителе относительно невысока, ленточные накопители обычно в десятки раз дороже жестких дисков и оптических приводов. Многие форматы лент были проприетарными или предназначены для определенных рынков, таких как мэйнфреймы или конкретные марки персональных компьютеров. К 2014 году LTO стала основной ленточной технологией. Другим сохранившимся жизнеспособным "супер" форматом является IBM 3592 (также известная как серия TS11xx). Производство Oracle StorageTek T10000 было прекращено в 2016 году.

Жесткий диск

Использование жестких дисков со временем росло по мере их удешевления. Жесткие диски обычно просты в использовании, широко доступны и обеспечивают быстрый доступ к данным. В середине 2000-х годов несколько производителей начали выпускать портативные диски, использующие технологию рамповой загрузки и акселерометра (иногда называемую "датчиком удара"), и к 2010 году средний показатель по отрасли в тестах на падение для дисков с этой технологией показал, что они оставались целыми и работоспособными после падения с высоты 91 см (36 дюймов) в нерабочем состоянии на промышленный ковролин. Некоторые производители также предлагают "защищенные" портативные жесткие диски, которые включают в себя ударопоглощающий корпус и заявляют о более высоких характеристиках устойчивости к падениям. В течение нескольких лет стабильность резервных копий на жестких дисках меньше, чем у резервных копий на магнитных лентах.

Оптическое хранение

Оптическое хранение использует лазеры для записи и считывания данных. Записываемые CD, DVD и Blu-ray диски широко используются с персональными компьютерами и обычно недороги. Объемы и скорости этих дисков, как правило, были ниже, чем у жестких дисков или магнитных лент. Достижения в области оптических носителей могут сократить этот разрыв в будущем. Потенциальные будущие потери данных, вызванные постепенной деградацией носителей, можно предсказать, измеряя частоту незначительных, поддающихся исправлению ошибок данных, поскольку их последовательное увеличение повышает риск появления неисправимых секторов. Поддержка сканирования на ошибки различается у разных производителей оптических приводов. Многие форматы оптических дисков относятся к типу WORM, что делает их полезными для архивирования, поскольку данные нельзя изменить. Более того, оптические диски не подвержены повреждениям головок чтения/записи, воздействию магнитных полей, попаданию влаги или скачкам напряжения; а неисправность привода обычно просто останавливает вращение диска. Оптические носители являются модульными; контроллер хранения не привязан к самому носителю, как в случае жестких дисков или флэш-памяти (→ контроллер флэш-памяти), что позволяет извлекать его и получать доступ к данным через другой привод. Однако записываемые носители могут быстрее деградировать при длительном воздействии света. Некоторые системы оптического хранения позволяют создавать каталогизированные резервные копии данных без непосредственного контакта с дисками, что обеспечивает более длительную сохранность данных. Французское исследование 2008 года показало, что срок службы обычно продаваемых CD-R составляет 2–10 лет, но один из производителей позже оценил срок службы своих CD-R с золотым напылением в 100 лет. Фирменный архив оптических дисков Sony Optical Disc Archive.

Твердотельный накопитель

На твердотельных накопителях (SSD) для хранения данных используются сборки интегральных схем. Флэш-память, USB-накопители, CompactFlash, SmartMedia, Memory Stick и карты Secure Digital относительно дороги для своего небольшого объема, но удобны для резервного копирования небольших объемов данных. В твердотельных накопителях отсутствуют подвижные части, что делает их менее подверженными физическим повреждениям, и они способны обеспечивать высокую скорость передачи данных – от 500 Мбит/с до 6 Гбит/с. Доступные SSD стали более емкими и дешевыми. Облачное резервное копирование (с использованием сервисов, таких как Google Drive и Microsoft OneDrive) предоставляет дополнительный уровень защиты данных.

Онлайн

Онлайн-хранилище резервных копий обычно является наиболее доступным типом хранения данных и может начать восстановление за миллисекунды. Внутренний жесткий диск или дисковый массив (возможно, подключенный к SAN) — пример онлайн-хранилища. Этот тип хранения удобен и быстр, но уязвим к удалению или перезаписи, будь то случайно, злонамеренно или в результате действия вируса, удаляющего данные.

Близкая линия

Архивное хранение обычно менее доступно и дешевле, чем оперативное хранение, но все еще полезно для хранения резервных копий данных. Для перемещения носителей информации из хранилища в устройство, где данные могут быть прочитаны или записаны, обычно используется механическое устройство. Как правило, оно обладает характеристиками безопасности, аналогичными оперативным хранилищам. Примером является ленточная библиотека со временем восстановления от нескольких секунд до нескольких минут.

Вне сети

Для обеспечения доступа к носителям информации требуется непосредственное действие, например, вставка кассеты в ленточный накопитель или подключение кабеля. Поскольку данные недоступны через компьютер, за исключением коротких периодов записи или чтения, они в значительной степени защищены от типичных сбоев при онлайн-резервном копировании. Время доступа зависит от того, находятся ли носители на месте или за его пределами.

Защита данных вне помещения

Резервные носители могут быть отправлены в удаленное хранилище для защиты от стихийного бедствия или другой проблемы, специфичной для данного местоположения. Хранилище может быть таким же простым, как домашний кабинет системного администратора, или таким же сложным, как защищенный от катастроф, с контролируемой температурой и высокой степенью безопасности бункер, оборудованный для хранения резервных носителей. Реплика данных может находиться за пределами площадки, но также быть и в сети (например, RAID-зеркало на удаленной площадке). Такая реплика имеет относительно небольшую ценность в качестве резервной копии.

Сайт резервного копирования

Центр резервного копирования или центр аварийного восстановления используется для хранения данных, позволяющих восстановить компьютерные системы и сети и правильно их сконфигурировать в случае возникновения катастрофы. Некоторые организации имеют собственные центры восстановления данных, а другие передают эту функцию на аутсорсинг третьим сторонам. Ввиду высоких затрат, резервное копирование редко рассматривается как предпочтительный способ передачи данных на площадку аварийного восстановления. Более распространенным методом является удаленное зеркалирование дисков, обеспечивающее максимально актуальное состояние данных на площадке аварийного восстановления.

Выбор и извлечение данных

Операция резервного копирования начинается с выбора и извлечения согласованных единиц данных. Большинство данных в современных компьютерных системах хранится в отдельных единицах, известных как файлы. Эти файлы организованы в файловые системы. Определение объема данных для резервного копирования в каждый конкретный момент времени связано с компромиссами. Резервное копирование избыточных данных в большом объеме приведет к быстрому заполнению хранилища. Недостаточный объем резервного копирования данных может в конечном итоге привести к потере критически важной информации.

Файлы

Копирование файлов: Копирование файлов — самый простой и распространенный способ создания резервной копии. Средство для выполнения этой базовой функции включено во все программы резервного копирования и все операционные системы. Частичное копирование файлов: Резервная копия может включать только блоки или байты внутри файла, которые изменились за определенный период времени. Это может существенно уменьшить необходимое дисковое пространство, но требует большей сложности для восстановления файлов. Некоторые реализации требуют интеграции с исходной файловой системой. Удаленные файлы: Чтобы предотвратить случайное восстановление файлов, которые были намеренно удалены, необходимо вести запись об их удалении. Версионное копирование файлов: Большинство приложений для резервного копирования, за исключением тех, которые выполняют только полное или системное резервное копирование, также создают резервные копии файлов, которые были изменены с момента последнего резервного копирования. "Таким образом, вы можете восстановить множество различных версий файла, и даже если вы удалите его с жесткого диска, вы все равно сможете найти его в вашем архиве [информационного хранилища]". Поскольку диск читается последовательно и с использованием больших буферов, этот тип резервного копирования может быть быстрее, чем обычное чтение каждого файла, особенно если файловая система содержит много мелких файлов, сильно фрагментирована или почти заполнена. Однако, поскольку этот метод также считывает свободные дисковые блоки, не содержащие полезных данных, он может быть медленнее, чем обычное чтение, особенно если файловая система почти пуста. Некоторые файловые системы, такие как XFS, предоставляют утилиту "dump", которая последовательно считывает диск для обеспечения высокой производительности, пропуская неиспользуемые разделы. Соответствующая утилита восстановления может выборочно восстанавливать отдельные файлы или весь том по выбору оператора. Определение изменений: Некоторые файловые системы имеют архивный бит для каждого файла, указывающий на то, что он был недавно изменен. Некоторые программы резервного копирования проверяют дату файла и сравнивают ее с датой последнего резервного копирования, чтобы определить, был ли файл изменен. Файловая система версионного управления: Файловая система версионного управления отслеживает все изменения файла. Файловая система версионного управления NILFS для Linux является примером.

Метаданные

Не вся информация, хранящаяся на компьютере, хранится в файлах. Для точного восстановления системы с нуля необходимо учитывать и эти нефайловые данные. Описание системы: спецификации системы требуются для приобретения точной замены после аварии. Загрузочный сектор: иногда загрузочный сектор проще воссоздать, чем сохранять. Обычно это не является обычным файлом, и без него система не загрузится. Разметка диска: для правильного воссоздания исходной системы необходима разметка исходного диска, а также таблицы разделов и настройки файловой системы. Метаданные файлов: разрешения, владелец, группа, ACL и любые другие метаданные каждого файла необходимо резервировать для восстановления, чтобы правильно воссоздать исходную среду. Системные метаданные: различные операционные системы используют разные способы хранения конфигурационной информации. Microsoft Windows хранит реестр системной информации, который сложнее восстановить, чем обычный файл.

Манипулирование данными и оптимизация наборов данных

Часто бывает полезно или необходимо обрабатывать данные перед резервным копированием для оптимизации этого процесса. Такие действия могут повысить скорость создания и восстановления резервных копий, улучшить безопасность данных, эффективность использования носителей и/или снизить требования к пропускной способности сети.

Автоматизированная обработка данных

Устаревшие данные могут быть автоматически удалены, но для персональных приложений резервного копирования – в отличие от корпоративных клиент-серверных приложений резервного копирования, где автоматическая "очистка" данных может быть настроена – удаление может быть лишь глобально отложено или отключено.

Сжатие

Для уменьшения объема исходных данных, подлежащих хранению, могут применяться различные методы. Сжатие часто является встроенной функцией аппаратного обеспечения стримеров.

Дедупликация

Избыточность, возникающая при резервном копировании аналогично настроенных рабочих станций, может быть снижена, что позволяет хранить только одну копию. Этот метод может применяться на уровне файлов или необработанных блоков. Это потенциально значительное сокращение объема. Шифрование данных на этих носителях может смягчить эту проблему, однако шифрование – ресурсоемкий процесс, который может замедлить скорость резервного копирования, а безопасность зашифрованных резервных копий зависит от надежности политики управления ключами. При этом сжатие временного окна резервного копирования с помощью "мультиплексного резервного копирования" используется только для ленточных накопителей. Целевое время восстановления (RTO): время, прошедшее с момента аварии до восстановления работоспособности бизнес-процессов. Безопасность данных: помимо обеспечения доступа к данным для их владельцев, необходимо ограничить несанкционированный доступ к ним. Резервное копирование должно выполняться таким образом, чтобы не нарушать обязательства первоначального владельца данных. Этого можно достичь с помощью шифрования данных и надлежащей политики обращения с носителями. Срок хранения резервных копий: нормативные требования и политика могут предписывать хранение резервных копий в течение определенного периода, после которого дальнейшее хранение не требуется. Хранение резервных копий после этого периода может привести к нежелательной ответственности и неэффективному использованию носителей информации. Мониторинг процесса резервного копирования: корпоративные клиент-серверные приложения для резервного копирования должны иметь пользовательский интерфейс, позволяющий администраторам отслеживать процесс резервного копирования и подтверждать соответствие требованиям регулирующих органов, находящихся вне организации; например, страховой компании в США может потребоваться в соответствии с HIPAA продемонстрировать, что данные ее клиентов соответствуют требованиям к срокам хранения записей. Резервное копирование и восстановление данных пользователями: для предотвращения или восстановления после незначительных сбоев, таких как случайное удаление или перезапись "рабочих" версий одного или нескольких файлов, пользователь компьютера, а не администратор, может инициировать резервное копирование и восстановление (не обязательно из самой последней резервной копии) файлов или папок.