Verwendung der Volume Shadow Copy-Technologie von Microsoft für konsistente Backups
Der Volume Shadow Copy Service (VSS), eine native Funktion von Windows-Betriebssystemen, erleichtert die Erstellung konsistenter, Application-Aware-Backups. Um die Konsistenz der Daten zum Backup zu gewährleisten, geschieht Folgendes: Volume Shadow Copy, auch als Volume Snapshot Service bezeichnet, ist eine Reihe von COM (Component Object Model) Schnittstellen in Windows, die das Framework für die Erstellung konsistenter Backups für verschiedene Anwendungen bereitstellen. VSS wurde erstmals mit Windows XP und Windows Server 2003 freigegeben. Die Konsistenz der Anwendungsdaten ist für Backups von VMs und physischen Servern wichtig. Die Konsistenz garantiert, dass die auf virtuellen oder physischen Maschinen ausgeführten Anwendungen nach der Wiederherstellung aus einem Backup voll funktionsfähig sind. Ohne VSS erhalten Sie ein inkonsistentes Backup. Ein solches Backup wird erstellt, indem einfach jeder Block in dem Zustand kopiert wird, in dem er sich zum Zeitpunkt des Kopierens befindet. Angenommen, eine Datei wird kontinuierlich von einer Anwendung wie einer Datenbank oder einer Systemanwendung verwendet. Diese Anwendung ändert kontinuierlich Daten in der geöffneten Datei, indem sie Blöcke schreibt/löscht. Während der erste Teil der Datei kopiert wird, ändern sich die Blöcke, die von anderen Teilen der Datei verwendet werden. Bis die anderen Teile der Datei in das Backup-Repository kopiert sind, haben sich die Blöcke im ersten Teil geändert. Das Ergebnis sind Datenblöcke, die nicht konsistent sind und keinen bestimmten Zeitpunkt repräsentieren. Eine Möglichkeit, diese Situation zu vermeiden, ist snapshot-basierte VM-Sicherung. Wenn der Sicherungsprozess beginnt, wird ein Schnappschuss, d. h. eine exakte Kopie der VM, erstellt. Während dieses Vorgangs werden alle VM-Festplatten (die in VMware-Umgebungen als .vmdk Dateien dargestellt werden) schreibgeschützt. Um die während des Vorgangs zum Backup vorgenommenen Änderungen auf der Master-Festplatte zu speichern, erstellt VMware ESXi eine Delta-Datei, die mit der Hauptdatei .vmdk verbunden ist. Nach der Erstellung der Delta-Datei beginnt die Backup-Software mit dem Kopieren von Daten aus der schreibgeschützten .vmdk Datei. Sobald der Vorgang zum Backup abgeschlossen ist, wird die Delta-Datei mit der .vmdk Datei zusammengeführt. Dieser Ansatz eignet sich gut für Dateisysteme mit geringer Auslastung, wie interne Dateispeicher oder Webserver. Wenn der Prozess zum Backup jedoch bei einem Zeitpunkt beginnt, zu dem bestimmte Transaktionen ausgeführt werden und E/A-Vorgänge (Eingabe/Ausgabe) stattfinden, können Daten verloren gehen. Bei der Verwendung von Anwendungen oder Datenbanken wie Microsoft SQL Server, Active Directory oder Exchange Server können Sie die Datei nicht einfach schließen und dann Daten anhängen. Hier kann der Volume Shadow Copy Service (VSS) helfen. Diese Technologie ermöglicht es, zeitpunktbezogene Kopien von geöffneten und verwendeten Dateien zu erstellen, ohne die Integrität und Verwendbarkeit dieser Kopien zu beeinträchtigen. Um zu verstehen, wie VSS funktioniert, müssen wir uns zunächst mit den Komponenten befassen, aus denen diese Funktion besteht. Die übergeordneten Komponenten von VSS sind: Schnappschüsse werden auf Volume-Ebene erstellt, und VSS arbeitet mit Blöcken (und Blöcke werden von Dateien verwendet). Aus diesem Grund können Sie keine Schnappschüsse von Dateien oder Ordnern erstellen. Eine Schattenkopie kann auf demselben Volume oder auf einem anderen Volume gespeichert werden. Der Speicherplatz auf einem Volume, der für die Speicherung von Schattenkopien vorgesehen ist, wird als Diff-Bereich bezeichnet. Der Ordner „System Volume Information“ wird zum Speichern von VSS-Schattenkopien verwendet. Die Dateien haben Kennungen wie 3517271a-d214-3a47-c5ea-01137a4fe675. Die VSS-Technologie kann als natives Windows-Tool zum Speichern von Point-in-Time-Kopien (Schnappschüsse) von Festplatten verwendet werden. Mit diesen Kopien können Sie Änderungen rückgängig machen und zum gespeicherten Zustand des gesamten Datenträgers oder bestimmter Dateien zurückkehren. Dennoch wird für eine zuverlässigere Datensicherheit die Erstellung einer echten Backupkopie empfohlen, die auf einem externen Medium gespeichert wird. VSS ist ein inkrementelles Verfahren – Windows kann mehrere Festplatten-Schnappschüsse nacheinander erstellen. Nach der Erstellung der ersten Schattenkopie verfolgt VSS Änderungen auf Festplatten, indem es Daten in 16-KB-Blöcke unterteilt. Wenn Änderungen auf der Festplatte vorliegen, schreibt der Dienst diesen gesamten Block in eine Schattenkopie. Dadurch muss nicht von jedem neuen Schnappschuss der gesamte Datensatz kopiert werden, sondern nur die geänderten Blöcke. Wichtige VSS-Anforderungen und Einschränkungen: Beachten Sie, dass VSS-Schnappschüsse, die von einer Anwendung ausgelöst werden, in der Regel nach Abschluss des Backupauftrags gelöscht werden. Sie können native Windows-Tools zur Verwaltung von Volumenschattenkopien verwenden. Wenn Sie wissen, wie diese mit Schnappschüssen funktionieren, können Sie die VSS-Technologie besser verstehen und mögliche Probleme beheben (z. B. wenn ein temporärer VSS-Schnappschuss nach der Erstellung eines abgeschlossenen Backups nicht gelöscht wird). Einige VSS-Optionen sind in der Windows-GUI verfügbar, aber alle Optionen sind über die Befehlszeile zugänglich, was für uns interessanter ist. Es gibt zwei VSS-Tools, die Sie in Windows PowerShell oder CMD verwenden können: Beachten Sie, dass diese beiden Dienstprogramme unterschiedlich sind und in unterschiedlichen Kontexten funktionieren. Eine Schattenkopie, die in vssadmin erstellt wurde, kann nicht in diskshadow verwaltert werden und umgekehrt. Sie können den mit einem anderen Tool erstellten Schnappschuss anzeigen, aber keine Aktionen damit durchführen. Die Volume Shadow Copy Service API ist verfügbar, damit Backup-Anwendungen VSS verwenden und Application-Aware-Backups für die Konsistenz der Backup-Daten erstellen können. VMware-VMs unter Windows verwenden die VMware VSS-Komponente als VSS-Treiber in einem Windows-Gastbetriebssystem für die Stilllegung. Der Treiber wird installiert, wenn Sie VMware Tools installieren. In anderen Verwendungsfällen, bei Verwendung älterer Windows-Versionen, wird ein SYNC-Treiber verwendet. Hier finden Sie eine Liste der unterstützten Gastbetrieb Systeme für Application-Aware-Quiescing in VMware-Umgebungen. Sobald eine Schattenkopie (Volume-Schnappschuss) erstellt wurde, beträgt ihre Größe 0 Byte. Wenn neue Daten geschrieben werden, werden diese auf die Festplatte geschrieben (wo sie normalerweise gespeichert werden sollten), aber die alten Daten werden in eine Schattenkopie geschrieben, damit Sie diese alten Daten später wiederherstellen können. Dadurch wächst die Größe der Schattenkopie. Es gibt zwei Hauptansätze zum Schreiben von Daten beim Erstellen eines Schnappschusses: Da es so viele verschiedene Anwendungen gibt, die Daten auf Festplatten schreiben können, hat Microsoft mit VSS eine einheitliche Schnittstelle geschaffen, um alle Anwendungen darüber zu informieren, dass nach dem Start der Schnappschuss-Erstellung ein Schnappschuss erstellt wird. Die Idee hinter der Benachrichtigung lautet: Ein System erstellt einen Schnappschuss – beenden Sie Ihre Schreibaktivitäten und leeren Sie die Schreibpuffer auf den Festplatten, um die Daten in einen konsistenten Zustand zu bringen. Der Workflow zum Erstellen eines VSS-Schnappschusses sieht wie folgt aus: Vorbereitung für das Backup. Dieser Schritt umfasst die Abfrage des tatsächlichen Status der VSS-Schreibprogramme (nach dem Abrufen der Metadaten) und die Vorbereitung der wichtigsten Operation, bei der die Schreibprogramme nacheinander ausgeführt werden müssen. Die Schreibprogramme werden benachrichtigt, dass sie sich auf die Erstellung des Schnappschusses vorbereiten müssen. Der Systempuffer wird geleert und die Anwendung wird angehalten, um sicherzustellen, dass eine konsistente Datenkopie erstellt werden kann. Jeder Writer muss die ihm zugewiesene Zeit von standardmäßig 60 Sekunden einhalten. Microsoft Exchange Server hat für diesen Vorgang nur 20 Sekunden Zeit (diese Zeit wird von Microsoft festgelegt). Hinweis: 20 Sekunden sind eine kurze Zeitspanne. Wenn eine Anwendung diese Zeit nicht einhalten kann, geben die Writer einen Fehler zurück, und der Schnappschuss wird nicht erstellt. Wenn die Leistung des Speichers nicht ausreicht, um diese Zeitgrenze einzuhalten, können Sie versuchen, Ihre Hardware zu aktualisieren, um dieses Problem zu beheben. Sie können beispielsweise von HDD- auf SSD-Speichergeräte umsteigen. Alternativ können Sie versuchen, andere Workloads auf einen anderen Speicher zu migrieren und dedizierten Speicher nur für den Computer zu verwenden, auf dem Microsoft Exchange Server ausgeführt wird. Überprüfen Sie die Protokolle, um festzustellen, welcher Writer die Aufgabe zur Erstellung des Schnappschusses nicht ausgeführt hat.
Wenn alles in Ordnung ist und die Systemaktivität eingefroren ist, teilt VSS mit, dass der Anbieter einen Schnappschuss erstellen kann. Für die Erstellung eines Schnappschusses stehen nur 10 Sekunden zur Verfügung. Während dieses Zeitraums sind Dateisystem-E/A-Anforderungen vorübergehend nicht verfügbar. In dieser Zeit können Sie auch einen VM-Schnappschuss erstellen. Nach Ablauf der 10 Sekunden werden alle Schreibvorgänge wieder freigegeben und die E/A-Operationen (Input/Output) sind wieder aktiv. Hinweis: Wenn die VSS-Anbieter länger als 10 Sekunden benötigen, um die Schattenkopie zu committen, schlägt der Vorgang fehl.
Wenn Sie Probleme mit VSS haben, kann ein Neustart des Computers in vielen Fällen Abhilfe schaffen, wenn andere Methoden nicht funktionieren. Einige Probleme im Zusammenhang mit Zeitbeschränkungen (z. B. 10 Sekunden zum Erstellen eines Schnappschusses) können durch ein Upgrade der Hardware, einschließlich Festplatten-Geräten, oder durch Reduzieren der Auslastung behoben werden. Versuchen Sie, einen Schnappschuss manuell zu erstellen, und überprüfen Sie, ob Sie die vorgegebenen 20 Sekunden einhalten (am Beispiel von Exchange Server). Im Falle eines Fehlers starten Sie den Computer neu, reduzieren Sie die Auslastung und versuchen Sie es erneut.
Ab Windows Server 2012 unterstützt VSS SMB-Dateifreigaben in Windows. Die VSS-Technologie ist bei Dateifreigaben sehr nützlich, da Dateien möglicherweise kontinuierlich von Benutzern und Anwendungen geschrieben werden, was Backups von Freigaben ohne VSS zu einer Herausforderung macht. NAKIVO Backup & Replication 10.7 unterstützt Backups von Dateifreigaben. Wir haben uns angesehen, wie VSS im Allgemeinen funktioniert. Sehen wir uns nun an, wie die VSS-Technologie beim Erstellen von VMware vSphere VM-Backups mit dedizierter Backup-Software wie NAKIVO Backup & Replication funktioniert. Kurz gesagt funktioniert der Volume Shadow Copy Service wie folgt: Der Anforderer initiiert den VSS-Anbieter. Der Anbieter leitet die Schreibvorgänge um, damit die Daten in eine Protokolldatei geschrieben werden, und beginnt mit der Erstellung des Volume-Schnappschusses. Nach dem Senden des Stopp-Signals durch den Anforderer an den Anbieter (in der Regel nachdem der Schnappschuss fertiggestellt ist) beginnt dieser mit der Übertragung der Daten von der Protokolldatei in das Volume. In diesem Fall wird NAKIVO Backup & Replikation zum VSS-Anforderer, wenn eine VMware vSphere-VM mit VSS gesichert wird. Sie können den Application-Aware Modus für die Konsistenz der Backup-Daten im Assistenten unter Optionen konfigurieren. Auf diese Weise aktivieren Sie VSS auf einem Computer unter Windows, um diesen zu sichern. Der Volume Shadow Copy Service (VSS) ist eine großartige Technologie, um VM-Backups konsistent zu halten, funktioniert jedoch nur auf Windows-basierten Rechnern. Um konsistente Backups für Linux-basierte Rechner zu erstellen, sollten Sie spezielle Pre-Freeze- und Post-Thaw-Skripte implementieren. Die NAKIVO-Lösung bietet auch automatisierte konsistente Backups für Linux-Server und -Arbeitsstationen.
Warum Sie die VSS-Technologie benötigen
So funktioniert der Volume Shadow Copy Service
Native Tools zur Verwaltung von VSS-Schattenkopien
Wie eine Schattenkopie erstellt wird
So funktioniert der Volumenschattenkopie-Dienst in der Lösung von NAKIVO
Fazit
