cow 与 row 快照技术

参考文章

    https://blog.csdn.net/m0_49864110/article/details/123989551
    https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100196336/
    https://www.cnblogs.com/ryan1999/p/16526145.html

系统性概述

快照的特点：
    1、瞬时生成：存储系统可以在几秒钟内生成一个快照，获取元数据的一致性副本。
    2、占用空间少：所以即使源数据量很大，也只会占用很少的存储空间（增量的）。
    3、快照依赖于源数据：当源数据损坏后，快照就不能正常使用了（镜像不依赖于源数据，是独立存在的）。

快照常用术语：（文件可以分为元数据和源数据）
    元数据：meta data 存放对文件的描述信息（文件属性、权限、标识数据块的位置等）。
    源数据：存放实际的数据。

COW快照介绍

COW快照工作原理

# COW|COFW：
    1、名词解释：(copy on write| copy on first write)写时拷贝|首次写时拷贝。
    2、主要应用场景：存储LUN、裸设备等。
    3、简要工作逻辑：先将要更改的数据，读取并复制到快照卷中，再对源卷进行改写操作。（快照卷只依赖源卷）

# COW涉及的表项概念
1、快照LUN(快照卷)
    对源LUN创建快照后，逻辑上生成的数据副本。

2、COW数据空间
    2.1、何时生成：快照生成并激活后，存储系统会在源LUN所在的存储资源池中动态划分出来的一部分空间
    2.2、作用：该空间用来保存写前拷贝数据（也就是快照的数据）；
    2.3、COW分为两个区域
        COW Mate区域：同一个源LUN下所有快照共用的元数据区（存放元数据的更改情况-通过共享映射表实现）
        COW Data区域：用于存放写源LUN时产生的写前拷贝数据（即存放快照时的源数据）

3、共享映射表
    3.1、何时回用到：在数据写入/修改和数据回滚的时候需要用到（用于存放元数据的更改情况）
    3.2、共享映射表存放位置：COW Meta区域中
    3.3、作用：记录源LUN上关于快照的数据是否更改
    3.3、在数据写入时：
            为1表示此数据相比于快照数据有所更改，等到再次写入数据时就可以直接覆盖；
            为0表示当前数据与快照数据相比无更改，在下次写入数据时需要进行写时复制。
    3.4、在数据回滚时：
            为0表示无更改，就不需要恢复；
            为1表示更改了，需要进行恢复。

4、独享映射表
    4.1、作用：记录快照LUN的数据是否有更改.(写快照LUN时所产生的源数据与其在快照LUN中存放元数据位置的映射关系)
    4.2、存放位置：存放在每个快照LUN的Meta区域中.

COW快照初始化状态

COW快照-源卷写入过程（第一次新增数据）

COW快照-源卷写入过程（第一次删除数据）

COW快照-源卷写入过程（第一次|第二次变更数据）

COW快照-快照卷写入过程（修改数据）

COW快照-快照卷写入过程（新增数据）

COW快照-快照卷读取过程（分快照卷无数据|快照有数据）

COW快照-回滚过程(读数据过程)、删除过程

COW快照卷演示实验

# 创建20G的lvm卷，并挂载
    lvcreate -n data -L 20G test
    mkfs.ext4 /dev/test/data
    mount /dev/test/data /root/data/

# 为该lvm卷创建一个20M的快照，并查看COW空间大小
    lvcreate -s -n snaphost01 -L 20M /dev/test/data

    [root@C20240311019468 ~]# lvdisplay /dev/test/snaphost01 
    --- Logical volume ---
    LV Path                /dev/test/snaphost01
    LV Name                snaphost01
    VG Name                test
    LV UUID                Y2EiGz-4TS1-hZGt-tkVW-3LcA-YhWi-BzjjMk
    LV Write Access        read/write
    LV Creation host, time C20240311019468, 2024-03-11 11:54:03 +0800
    LV snapshot status     active destination for data
    LV Status              available
    # open                 0
    LV Size                20.00 GiB
    Current LE             5120
    COW-table size         20.00 MiB  # 注意这里COW只有20M，一旦用尽，快照就失效了
    COW-table LE           5
    Allocated to snapshot  0.06%      # 快照卷本身只占COW空间的0.06%(因为快照卷本身也在cow空间内)
    Snapshot chunk size    4.00 KiB
    Segments               1
    Allocation             inherit
    Read ahead sectors     auto
    - currently set to     8192
    Block device           252:3

# 再创建一个30G的快照(源卷本身才20G空间)，并查看cow空间大小
    lvcreate -s -n snaphost02 -L 30G /dev/test/data

    [root@C20240311019468 ~]# lvdisplay /dev/test/snaphost02
    --- Logical volume ---
    LV Path                /dev/test/snaphost02
    LV Name                snaphost02
    VG Name                test
    LV UUID                7tKPBh-PEVr-VdYg-leR9-ewEB-kWNX-D9f4eK
    LV Write Access        read/write
    LV Creation host, time C20240311019468, 2024-03-11 12:59:00 +0800
    LV snapshot status     active destination for data
    LV Status              available
    # open                 0
    LV Size                20.00 GiB
    Current LE             5120
    COW-table size         20.08 GiB    # COW空间最大只能是源卷大小（我们多给10G没用的）
    COW-table LE           5141
    Allocated to snapshot  0.01%
    Snapshot chunk size    4.00 KiB
    Segments               1
    Allocation             inherit
    Read ahead sectors     auto
    - currently set to     8192
    Block device           252:5

ROW快照介绍

ROW快照工作原理

ROW：
    1、名词解释：(redirect on write)写时重定向。
    2、主要应用场景：虚拟机磁盘、数据库增量备份（适用于分布式场景下的写密集型--业界普遍采用  分布式存储+ROW）
    3、简要工作逻辑：将源卷数据保护起来，将更改的新数据写入快照卷，有链式依赖。

ROW快照初始化状态

ROW快照-数据写入过程

ROW快照-数据读取过程

ROW快照-快照删除、快照回滚过程

ROW和COW的区别

# COW的优缺点
    优点：COW在进行快照操作之前不会占用任何的存储资源
    缺点：
        1、当修改源数据时，会发生三次读写操作（读源数据、将源数据写入到快照卷、将新数据写入到源数据卷）；
        2、无法得到完成的物理副本，快照卷的COW可能只保留了源数据卷的部分原始数据；
        3、当快照卷的数据（也就是COW的数据）超过创建快照时的数据，该快照就会失效（通常会设置自动扩容阈值，避免该问题）

# ROW的优缺点
    优点：
        1、不会降低源数据卷的写性能（源数据卷创建快照后的写操作会被重定向，所有的写操作都被重定向到新卷中；
        2、所有的快照卷数据都保留在只读的源数据卷中）
    缺点：
        1、没有一个完整的快照卷（ROW的快照卷数据映射表保存的是源数据卷的原始副本）；
        2、单机读写性能下降。

	COW写时拷贝	ROW写时重定向
读区别	一次（源卷记录的是最新的数据，可以直接读源卷）	查映射表（根据需求选择是读源卷还是快照卷）
写区别	二次（先拷贝再写入）	一次（直接写入到快照存储空间）
删除快照区别	直接删除快照空间即可	需要进行回滚操作
存储空间大小	源卷1G,使用300M，COW空间最大只能是1G，快照卷空间最大也只能是1G,	不设限
适合场景	读密集型应用，或者对存储设备容易出现写热点的应用	写密集型应用，在分布式存储中，读性能会更高