Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

Дайлип Наик

Уровень над файловой системой. Второй способ создания моментального снимка тома в операционных системах семейства Windows Server заключается в создании драйвера фильтрации файловой системы, который размещен над драйвером файловой системы, например NTFS или FAT. Драйвер фильтрации файловой системы дублирует каждый пакет IRP (пакет запроса ввода-вывода), который передается драйверу файловой системы. Этот процесс довольно сложен и не может использовать преимущества технологии моментальных снимков, которая предоставляется аппаратным обеспечением. В качестве примера программ, внедряющих фильтры над NTFS, можно указать Open File Manager компании St. Bernard, Vinca (теперь LEGATO) Open File Manager и Open File Agent компании Cheyenne. Обратите внимание, что

не каждая программа поддерживает технологию моментальных снимков.

Рис. 5.7. Моментальные снимки по методу копирования при записи

Уровень непосредственно файловой системы. Переместившись ниже по стеку драйверов, можно реализовать третий способ создания моментальных снимков на уровне файловой системы, такой, как WAFL (Write Anywhere File Layout) и Linux SnapFS. Очевидно, что в данном случае речь не идет о Windows NT. Создание файловой системы – достаточно сложный процесс, а создание технологии моментальных снимков на уровне файловой системы еще больше его усложняет. В результате файловые системы, реализованные в Windows NT, не поддерживают моментальных снимков.

Уровень ниже файловой системы. Четвертый способ – использование драйвера фильтрации ниже файловой системы для реализации технологии копирования при записи. Основная идея состоит в том, чтобы логические блоки, в которые приложение вносит изменения, сначала записывались во вторичное хранилище и только потом – на жесткие диски. Этот принцип демонстрируется на рис. 5.7. Описываемая технология также называется дифференциальным моментальным снимком, поскольку сохраняются только измененные файлы (полное зеркальное отражение тома не проводится).

5.6 Служба теневого копирования томов в Windows ХР и Windows Server 2003

В Windows ХР и Windows Server 2003 компания Microsoft реализовала службу теневого копирования. Таким образом, предоставляется инфраструктура, позволяющая создавать целостные копии дисковых томов в заранее определенный момент времени. По юридическим причинам Microsoft решила назвать эту технологию теневым копированием томов (volume shadow copy), что на самом деле не отличается от более популярного термина – моментальные снимки. Служба теневого копирования томов реализована в драйвере, который называется volsnap. sys и находится ниже уровня файловой системы.

Компания Microsoft предоставляет инструментарий разработки программного обеспечения для теневого копирования томов, реализуемый на базе договора о неразглашении. Набор SDK в основном предназначен для представителей трех обширных аудиторий.

Независимые поставщики программного обеспечения, предназначенного для теневого копирования томов, включая Microsoft Exchange, SQL Server, Oracle, SAP, Sybase и др.

Независимые поставщики программного обеспечения, разрабатывающие приложения резервного копирования и управления подсистемами хранения. Такие поставщики могут создавать программное обеспечение для отправки запросов службе теневого копирования томов.

Независимые поставщики программного и аппаратного обеспечения, предназначенного для резервного копирования, восстановления после ошибок и обеспечения целостности данных. В качестве примера можно привести компании VERITAS, EMC и их конкурентов в этой отрасли. Такие поставщики разрабатывают программное обеспечение для предоставления моментальных снимков.

Если приложение не имеет кода, поддерживающего службу моментальных снимков, данные приложения все равно будут скопированы с сохранением целостности, как в том Случае, если файловая система не может штатным образом завершить свою работу. Если приложение содержит код для поддержки службы моментальных снимков, от приложения ожидается поддержка службы и в операциях восстановления данных. Приложение выдает некоторые данные (например,

какие файлы необходимо копировать, а также методологию резервного копирования и восстановления) при запросе резервного копирования. От приложения также ожидается обработка этих данных, когда потребуется операция восстановления.

Рис. 5.8. Архитектура теневого копирования томов

Резервное копирование и восстановление данных, реализованное в операционных системах Windows, не всегда работает со стопроцентной надежностью. Новая служба моментальных снимков позволяет достичь максимальной надежности, поддерживая более сложные сценарии, которые до этого момента были недоступны в Windows.

Архитектура теневого копирования томов в Windows ХР и Windows Server 2003 включает в себя четыре типа модулей (рис. 5.8).

Модули записи.

Модули запроса.

Служба теневого копирования томов.

Поставщики.

Эти модули подробно рассматриваются в разделах 5.6.1–5.6.4.

В контексте различных модулей, формирующих службу моментальных снимков, второй поставщик моментальных снимков снабжен компонентом для режима ядра, который отсутствует у первого поставщика. Служба поставщика моментальных снимков на рис. 5.8 выделена серым цветом, что подчеркивает предоставление компанией Microsoft функции, которую остальные поставщики программного обеспечения не пожелали предоставлять в виде службы. Кроме того, Microsoft предлагает и другие компоненты, но их функциональность ограничена определенным приложением или набором опреде-

ленных функций; таким образом, от поставщиков ожидается создание компонентов средствами SDK.

Модули записи и поставщики должны внедрить отдельного внепроцесс- ного поставщика СОМ, как описано в SDK [9] , для теневого копирования томов. Поставщики обычно реализуются в виде «конечного автомата». Автомат переходит из одного состояния в другое при получении события, сгенерированного службой теневого копирования. Поставщик получит событие (сгенерированное службой теневого копирования), однако тип события зависит от текущего статуса поставщика и от наличия ошибок в работе. Другими словами, поставщик ожидает получения предпочтительного события, которое позволит ему перейти в следующее нормальное состояние. В случае ошибки поставщик получит событие, которое отличается от ожидаемого. Тем не менее такое событие также может быть обработано поставщиком.

9

Для тех читателей, кто незнаком с термином СОМ, стоит упомянуть, что это чрезвычайно важная архитектура Windows, позволяющая создавать программы в виде взаимодействующих друг с другом объектов. Объекты СОМ можно написать с помощью различных языков программирования, в том числе С, С++ и Visual Basic. Два объекта СОМ могут быть расположены на одной локальной системе или одновременно выполняться на двух удаленных системах. Два объекта могут выполняться в контексте одного процесса (в локальной системе) или же в двух отдельных процессах. В последнем случае предоставляются специальные механизмы для обеспечения взаимодействия этих объектов. Таким образом, внепроцессиый поставщик — это поставщик, реализованный в виде объекта СОМ и выполняемый в отдельном контексте процесса.

Инфраструктура теневого копирования в Windows ХР и Windows Server 2003 предоставляет базовые функции, необходимые для управления подсистемой хранения данных, включая следующие:

определение момента времени, в который должен создаваться моментальный снимок;

предоставление служб синхронизации для приложений, баз данных, операционных систем и файловых систем для чистки кэшированных данных, приостановки записи, создания моментальных снимков и предоставления уведомлений приложениям, базам данных и элементам операционных систем о возможности продолжения нормального режима работы;