Что такое инкрементное резервное копирование?

Инкрементное резервное копирование позволяет непрерывно хранить изменяющиеся наборы данных. Это минимизирует требования к времени, пропускной способности и хранению данных по сравнению с многократным полным резервным копированием. Инкрементное резервное копирование начинается с полного резервного копирования, за которым следует цепочка более мелких инкрементных резервных копий, что приводит к усложнению процессов резервного копирования и восстановления. Для решения этой проблемы используется специальное программное обеспечение.

Инкрементное резервное копирование — это метод резервного копирования, который часто используется как часть более широкой стратегии резервного копирования. В отличие от полного резервного копирования, он не создает полную копию набора данных, подлежащего резервному копированию. Вместо этого сохраняются только изменения, внесенные в файлы на момент последнего резервного копирования.

В отличие от дифференциального резервного копирования, сверка изменений не обязательно относится к последней полной резервной копии. Скорее, сохраняются изменения с момента последнего полного или инкрементного резервного копирования.

В целом, существует две широкие категории подходов к инкрементной защите данных:

1. Гранулярность изменений
2. Использование применяемой стратегии.

Обычно используются гибридные подходы. Например, популярный инструмент Rsync при обычном использовании создает «синтетические полные резервные копии на уровне блоков». Давайте рассмотрим различные типы инкрементного резервного копирования более подробно.

Данные, хранящиеся в цифровом виде, состоят из почти бесконечно длинных цепочек нулей и единиц. Эти биты группируются в логические единицы, наиболее известными из которых являются файлы. Однако ниже уровня файлов существуют «блоки» и «байты» — логические группировки отдельных битов.

Сравнение изменений между последней резервной копией и текущим состоянием набора данных может относиться к разным уровням. Чем ближе сопоставление изменений к отдельным битам, тем более эффективным становится инкрементное резервное копирование. В то время как файлы различаются по размеру, блоки и байты имеют определенный, фиксированный размер. Например, байт состоит из восьми последовательных битов; длина блоков обычно составляет от 512 до 4 096 байт.

Инкрементное резервное копирование на уровне файлов позволяет определить, был ли изменен файл. Степень изменения не учитывается. Если был изменен хотя бы один бит, то в процессе инкрементного резервного копирования резервная копия всего файла создается заново. Чтобы проиллюстрировать это, представьте себе большую книжную рукопись, которая хранится в виде одного файла на устройстве хранения данных. Если изменяется хотя бы одна буква, вся рукопись снова резервируется в рамках инкрементного резервного копирования на уровне файла.

Инкрементное резервное копирование на уровне файлов проще всего реализовать, поскольку файловые системы регистрируют дату модификации файлов. Для согласования изменений достаточно сравнить временные метки последней модификации файла на исходной и целевой системах. Если временная метка на исходной системе больше, значит, файл был изменен и должен быть создан заново. Таким образом, инкрементное резервное копирование на уровне файлов неэффективно для небольших изменений в больших файлах.

Термин «блок» происходит из области хранения данных. Жесткие диски и другие устройства хранения данных организуют участки последовательных байтов как непрерывную логическую область. При создании блочного инкрементального резервного копирования резервные копии создаются только для измененных блоков. Преимуществом является меньший размер данных, которые необходимо передать и сохранить. Таким образом, резервному копированию подвергаются только измененные участки отдельных файлов.

Основной недостаток заключается в том, что необходим механизм для регистрации того, какие блоки изменились. Некоторые технологии хранения данных способны управлять этой информацией и, таким образом, могут реализовать инкрементное резервное копирование на уровне блоков. В противном случае для обнаружения изменений необходимо сравнить полную резервную копию на уровне блоков с текущим состоянием.

Инкрементное резервное копирование на уровне байтов — это еще более детальная версия, чем инкрементное резервное копирование на уровне блоков. Резервному копированию подвергаются только измененные байты блока. С точки зрения требуемого времени и объема памяти инкрементное резервное копирование на уровне байтов может быть значительно более эффективным. Однако этот процесс более трудоемкий. Это связано с тем, что для идентификации измененных байтов требуется журнал изменений на уровне байтов. Дополнительные усилия для инкрементального резервного копирования на уровне байтов полезны при выборочном изменении очень больших файлов.

Инкрементное резервное копирование является частью цепочки отдельных резервных копий, содержащих изменения предыдущего состояния. В начале цепочки всегда находится полная резервная копия. Существуют различные методы построения цепочки и создания новых полных резервных копий. Это имеет преимущества с точки зрения сложности и продолжительности процессов резервного копирования и восстановления. Ниже приведены некоторые стратегии создания инкрементных резервных копий.

Традиционная стратегия инкрементного резервного копирования требует периодического полного резервного копирования. Создание полной резервной копии отнимает много времени и занимает мало времени. При синтетическом полном резервном копировании создается новая полная резервная копия. Используется исходная полная резервная копия и последующие инкрементные резервные копии. Это позволяет избежать копирования всего набора данных из исходной системы, которое в противном случае потребовалось бы при создании полной резервной копии. Этот процесс также известен как «прямое инкрементное резервное копирование».

Инкрементное вечное резервное копирование оптимизировано для резервного копирования жестких дисков и аналогичных носителей. Первоначально создается полная резервная копия, а затем только измененные блоки сохраняются в непрерывной цепочке «навсегда». В отличие от синтетического полного или обратного инкрементного резервного копирования, после первого резервного копирования не создаются последующие полные резервные копии. Это позволяет экономить место в хранилище и минимизировать объем данных, передаваемых во время операций копирования.

Обратное инкрементное резервное копирование работает аналогично синтетическому полному резервному копированию. После каждого инкрементного резервного копирования изменения объединяются с последней полной резервной копией. Это означает, что к концу цепочки резервного копирования существует полная резервная копия. Действительно, создание обратной инкрементной резервной копии занимает больше времени, чем создание прямой инкрементной резервной копии. Однако при необходимости исходная система может быть восстановлена без задержки, поскольку последнее текущее состояние уже доступно в виде полной копии.

Расширенное инкрементное резервное копирование может быть любого типа. Особенностью является то, что оно также обнаруживает изменения в файлах, вызванные их перемещением или переименованием. Если речь идет о больших файлах, это повышает эффективность.

Самым большим преимуществом инкрементного резервного копирования является то, что отдельные резервные копии имеют небольшой размер. Поскольку сохраняются только различия по сравнению с последней резервной копией, процесс резервного копирования требует относительно мало времени, пропускной способности и места для хранения. Необходимым условием является то, что период между отдельными резервными копиями должен быть коротким. В противном случае накапливаются большие объемы измененных данных, которые приходится переносить.

Преимущество инкрементного резервного копирования хорошо иллюстрируется термином «окно резервного копирования». Это период времени, в течение которого резервная копия может быть создана без нарушения работы. Если объем данных настолько велик, что процесс копирования займет больше времени, чем позволяет окно резервного копирования, то создание полной резервной копии во время работы становится невозможным. В этом случае рекомендуется создавать небольшие инкрементные резервные копии через короткие промежутки времени.

Непосредственным недостатком инкрементного резервного копирования является то, что обычно требуется специализированное программное обеспечение. Планирование стратегии резервного копирования также требует больше усилий, чем создание полных резервных копий. Восстановление исходного состояния из резервных копий аналогично. Поскольку данные распределяются между несколькими резервными копиями, процесс более сложный. Кроме того, повышается риск потери данных. Если одна инкрементная резервная копия в цепочке повреждена, это влияет на целостность всех последующих резервных копий.

Инкрементные резервные копии в первую очередь направлены на минимизацию требований к хранению и времени, необходимого для создания резервной копии. Поэтому они всегда используются, когда повторное создание полных резервных копий логистически нецелесообразно. Давайте подробно рассмотрим несколько сценариев.

Для создания резервной копии на Mac лучше всего использовать встроенный в macOS инструмент резервного копирования «Time Machine». Этот инструмент выполняет инкрементное резервное копирование изменений во внутреннем хранилище данных на внешний жесткий диск. Как обычно при инкрементном резервном копировании, при первом запуске создается начальная полная резервная копия. Последующие изменения в файловой системе регистрируются и доступны для последующих резервных копий.

Time Machine позволяет восстанавливать отдельные файлы до более ранних моментов времени. Кроме того, из резервной копии можно восстановить всю систему. Это практично в случае неисправного оборудования или если вы хотите перенести свою систему на новое оборудование. Особенно впечатляет простота работы с программой резервного копирования. Пользователю нужно только подключить внешний жесткий диск и запустить процесс резервного копирования; все остальное происходит автоматически.

Инкрементное резервное копирование доступно и в Windows. С одной стороны, резервную копию можно создать в Windows 10 с помощью Windows Backup. С другой стороны, можно использовать инструмент резервного копирования Robocopy в командной строке для инкрементного резервного копирования содержимого каталога. Давайте рассмотрим пример:

Опция /MIR здесь означает «зеркало». Команда зеркалирует исходный каталог на путь назначения. Если каталог с таким же именем уже существует, выполняется инкрементное резервное копирование. При этом Robocopy переносит только изменения, произошедшие после последней операции резервного копирования.

Robocopy существует только под Windows. Для создания резервной копии сервера с помощью Rsync под Linux используется инкрементное резервное копирование. Сначала создается полная резервная копия. При следующем вызове команды Rsync переносит изменения по часовой стрелке только по состоянию на момент последнего резервного копирования. Переданные данные объединяются с существующим набором данных. Таким образом, результатом операции резервного копирования является синтетическая полная резервная копия. Ниже приведен пример соответствующего вызова Rsync: