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(冷日)

發表時間：2005/7/18 6:09

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[分享]合成備份——改變備份策略的新技術

合成備份——改變備份策略的新技術

新技術的應用可大幅降低企業的備份窗口與回復時間

備份策略指的是執行備份工作的方式，也就是如何將資料從系統搬移到備份媒體上的方法。對企業來說，備份策略最重要的是儘可能使備份窗口與回復時間都降到最低，減輕備份還原作業對企業資訊系統運作帶來的衝擊。

傳統的備份策略不外乎是「完全備份（Full Backup）」、「增量備份（Incremental Backup）」與「差異備份（Differential Backups）」這3種備份方式的組合，然而無論是哪一種組合，都不能兼顧備份窗口與回復時間的需求。而合成備份（Synthetic Backup）技術則可將同一備份組的一個完全備份，配合後來的多個增量備份構成一份新的完全備份，從而兼具備份窗口小與還原時間短的優點，大幅降低耗費在備份與還原上的作業時間。

現有備份策略組合的優缺點
備份策略可分為完全備份、增量備份與差異備份等3種基本類型。在實際的備份工作執行上，則可以有「完全備份」、「完全+增量」與「完全+差異」3種組合應用。就還原時間來說，每次備份都執行完全備份最快，但完全備份需要的備份時間也最長，若資料量大的話，很少企業能夠忍受完全備份所需的備份窗口。而且以一般的企業作業環境來說，平均每天的異動資料量大約只佔總資料量的10%左右，為了這些資料異動而每天執行耗時的完全備份，也是很沒有效率的做法。

就降低備份窗口而言，「完全+增量」所需備份時間最少，但「完全+增量」同時也有還原程序複雜、耗時的缺點。而「完全+差異」則介於其他兩者之間，備份時間較「完全備份」短，但較「完全+增量」慢；而還原則比「完全+增量」快了很多。不過如果資料異動量大，時間一久，系統逐次累積的差異檔案量將直追完全備份，大幅降低差異備份的優勢。

合成備份的做法
由於現有的備份策略組合都無法同時滿足降低備份窗口與回復時間的要求，為解決上述問題，所謂的「合成備份」技術便應運而生。

合成備份可將同一備份組的一個完全備份，配合後來的多個增量備份構成一個最新的完整備份。系統管理者可在享用「完全+增量」的省時優點時，又避免了「完全+增量」在還原時的麻煩，從而大幅降低備份與還原作業的時間。

包括Veritas、IBM、Bakbone、EMC Dantz等儲存軟體廠商都已在備份軟體中納入了「合成備份」的技術。雖然各家的實際做法有所差異，但從使用者的角度來看，不管廠商將這些技術稱為合成備份、合併備份還是累加備份，所帶來的效果都是相同的，操作方式也都類似，因此我們可以把這些技術通稱為「合成備份」。

目前的「合成備份」技術大致可分為2類。第一類以Veritas的合成備份為代表，另一類則以IBM的累加備份（Progressive Incremental）為代表，以下分別簡述這兩種技術：

合成備份
合成備份可分為3個步驟：
（1）完全備份：首先必須先作一個完全備份，在備份的同時，系統會對磁碟區產生一份參考索引（Catalog）記錄所有物件的資訊，作為後續備份的參考基準。
（2）增量備份：增量備份又分成2個階段：
A. 系統會掃描伺服端的整個磁碟區，建立1個新索引，接下來系統會檢查保存位元與修改時間，並比較新、舊索引的紀錄，以確定哪些資料需要納入備份作業。若發現資料已經存在於之前的備份組，此次備份無須備份，則將這些無須備份的資料位置記錄於新索引中。
B. 依據新索引執行備份動作，接下來可得到一份包括所有異動資料的增量備份，以及記錄此備份時間點資訊的索引，這份索引包含所有的備份物件資訊（如位置、時間等），無論是否是這次增量備份所備份的物件，索引都會記錄下來。所以在作過多次增量備份後，最後一次備份產生的索引會含有這個備份組所有物件的最新狀態資訊。
（3）合成備份：透過查詢最後一次索引中所有的物件資訊，將所有物件從各個媒體或資料集中取出，複製到另一媒體中，這份新的資料集所包含的物件，即等於最後一次增量備份時間點的完整備份。當需要還原時，用戶無須將多份增量備份逐一還原回系統，而可直接將步驟（3）所合成的完全備份還原至系統，即可完成最近一次增量備份那個時間點的系統還原。目前除Veritas Net Backup與Backup Exec使用的「合成備份」外，還有Bakbone NetVault的「合併備份（Backup consolidation）」也是屬於這類技術。

累加備份
累加備份只有2個步驟：
（1）完全備份：累加備份同樣必須先作一次完全備份，備份後系統會將檔案名稱、所有者、存取權限、創建和修改時間等記錄到索引檔中，連同備份複製檔案都存放到一個以排列組（Collocation Group）方式構成的資料庫中，每個備份檔案與其索引資訊都是獨立存放。
（2）增量備份：系統複製異動的檔案，並將這些檔案獨立累加放到排列組中，同時將檔案的修改時間等資訊記錄在新的索引中，接下來的增量備份資料也會逐一被累加到排列組。

當需要還原時，使用者只要告訴系統期望的還原點時間，系統即可依據時間點查詢資料庫中的檔案集合，是否在期望的時間點上。從索引的記載中找到符合時間點的資料後，系統會直接將這些資料從儲存位置上取出，並送到指定媒體完成復原作業。由於累加備份在還原時只會移動使用者期望的檔案，而得到與完整還原過程相同的結果，因此也可把這個過程看作系統在用戶期望的時間點做了完全備份。目前除IBM Tivoli Storage Manage 5.X外，EMC Dantz Retrospect 7也支援累加備份技術。

合成備份 v.s. 累加備份
合成備份與累加備份同樣都可讓用戶僅以一份較早的完整備份，加上後來的增量備份來復原完整的資料。兩者都是透過查詢索引所記載的檔案時間、位置等屬性來執行合併、或是還原檔案的動作。其分別只是在於：合成備份會利用索引的資訊另外產生一份完全備份，而累加備份則不會生成另外的合成檔案，而是依據索引，將需要的資料從備份媒體中找出並直接還原。

雖然兩種方式都可讓使用者省去依次還原多份增量備份檔案的麻煩。但在某些情況下，累加備份會需要比合成備份更多的還原時間，譬如當多份增量備份是位於不同的儲存媒體（如磁帶）時，累加備份就沒辦法一次將指定時間點的檔案拉出還原，使用者還是需要分別置入多份備份媒體，以讓系統從中找出所需的檔案。

為避免這個問題，採用累加備份的軟體多半還會有一個轉移累加備份資料的功能，也就是可將原來放在多份儲存媒體中的備份資料，依需要的時間點轉移到另一媒體上，這個功能等同於合成備份。如Retrospect 7一般的作業是透過累加備份進行，但用戶也可藉由Transfer Snapshot功能，將累積的增量備份轉移到另一個備份組，而成為新的完整備份，即可達到與合成備份相同的效果。

合成備份雖然沒有這些麻煩，但系統需要花上一段不算短的時間，以及額外的媒體空間來將多份增量與完整備份「合成」一份新的完整備份。而累加備份就不需要這個合成的動作，也不需要另外的儲存空間。不過合成備份的合成動作是在備份伺服器上完成，並不會干擾用戶端的作業。

合成備份的效能與限制
透過合成備份，備份管理人員在做完1次完全備份後，接下來都只需作增量備份。當需要1份完全備份時，只需將上一次的完全備份與接下來的增量備份，在備份伺服器上合併起來即可。由於合併的動作是在備份伺服器執行，不需接觸到用戶端，可選在正常備份時間外進行，不會佔用網路頻寬。

合成備份在備份時的動作與傳統的「完全+增量」備份完全相同，但還原時可以合成後的完全備份檔案來進行，速度比起需逐一將增量備份檔還原至系統的「完全+增量」快了許多。而每次都執行「完全備份」的備份策略，在還原時間上雖與合成備份等同，但需要的備份時間是合成備份的數倍以上。因此對要求較高、每天都需要得到一份完整備份的企業來說，當資料量過大而使每日執行完全備份成為不現實時，合成備份是個可行的解決方案。

合成備份對企業造成的衝擊與每天執行增量備份相同，需要的備份時間與頻寬比完全備份低了許多。而在異動資料被送到備份伺服器後，即可與上一次的完全備份合併成當天最新的完全備份，從而大幅降低耗費的備份時間。

雖然合成備份有降低備份窗口、減少資料回復時間與網路流量負擔等優點，但合成備份基本上是增量備份的進化，因此也和增量備份有一樣的問題，若有任一份增量備份損毀，則合併動作就會失效，系統只能回到損毀的那份增量備份之前的狀態。因此在使用合成備份時，每次備份完畢後執行一致性檢查的程序還是不能省略，備份資料也要妥善保管，以免資料損毀導致「合成」失敗的情形發生。

另外，目前所有備份軟體的合成備份功能均無法應用到以Block Level存取資料的資料庫上。而在郵件伺服器方面，也只有Bakbone NetVault的合併備份可支援Exchange Server，這是目前合成備份技術尚力有未殆之處。文⊙張明德

名詞解釋
●完全備份：完全複製某一個時間點上的所有資料。完全備份不關心檔案的保存位元狀態，但在完成後會清除所有檔案的保存位元（設為0），以表示所有檔案都已備份過。
●增量備份：只對在上次完全備份或增量備份後被修改的資料進行備份，透過檢查所有檔案的保存位元，備份軟體即可得知哪些檔案被更動過，從而確定需備份的檔案。
●差異備份：同樣只備份異動過的檔案，不過差異備份判定檔案變動的基準是上一次的完全備份，會備份自從上次完全備份後被修改過的檔案，而增量備份是比較自上一次任何一種備份作業執行後的檔案異動。差異備份不會更動保存位元，檔案的保存位元會維持在上一次完全備份完成後的狀態。
●備份窗口（Backup Windows）：完成一次給定備份所需的時間，其長短由需要備份資料的總量和處理資料的網路構架的速度來決定。
●保存位元（Archive bit）：一種檔案屬性，Archive bit＝0表示已備份，當應用程式修改或回存檔案時，會把此位元設為1，表示此檔案經過異動，以便備份軟體檢查。

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[分享]合成備份效率測試

合成備份效率測試

我們使用支援合成備份功能的Veritas BackupExec 10.0、Bakbone NetVault 7.1與EMC Dantz的Retrospect 7等3款備份軟體，對照Windows 內附的製作備份工具，來比較合成備份的還原效能。

我們模擬了一個小型的辦公室區域網路環境，透過一臺GbE網路交換器連接備份伺服器和用戶端電腦。測試方式是先對用戶端電腦內10GB的資料夾執行1次完全備份，將資料備份至伺服器上，接著再執行5次增量備份，每次執行增量備份前都先以另外準備的1GB資料置換掉原來資料夾中的1GB資料，以使資料產生10%的異動。

完成1次完全備份與5次增量備份後，先將用戶端上的資料刪除，再將伺服器上的備份資料還原至用戶端，測量各軟體所需的還原時間。各備份軟體的還原程序如下：

使用Windows內附備份工具時是逐一將1份完整備份與5份增量備份還原至用戶端。而其餘3款軟體在執行還原前，先分別以BackupExec 10.0的合成備份功能、NetVault 7.1的合併備份選項以及Retrospect 7的Transfer Snapshot功能將5份增量備份與1份完整備份併為1份新的完整備份，再將這份完整備份還原至用戶端。3款軟體合成、合併檔案所需的時間另外列出。

在我們的測試中，使用合併或合成備份的功能時，其備份時間與Windows 內附備份工具的完全+增量備份方式相差不多，都在45～50分鐘左右，但在還原速度上大約可以比逐一將5份增量備份還原至系統快40%左右，雖然合併檔案需要額外的時間，不過這對用戶端並不會有任何影響。文⊙張明德

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