存储系统的Snapshot快照技术（COW与ROW）

存储系统--快照技术：

1 快照定义

SNIA对快照的定义是：关于指定数据集合的一个完全可以拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点的映像。

快照可以是其所表示的数据的一个副本，也可以是数据的一个复制品。

快照有全量快照和增量快照两种类型。

2 全量快照：

镜像分离（Split Mirror）

3 增量快照

3.1 COW: Copy On Write  写时拷贝

a 创建COW数据空间

快照生成后，存储系统在源LUN所在的存储池子里动态划分一部分存储空间，用于保存写前copy数据。同一个源lun所对应的所有快照共享同一个cow空间。包括cow meta和cow data。

b 原理

COW称为写时拷贝快照技术，创建快照后，如果source端有IO和新数据进来，那快照系统会首先将原始数据拷贝到快照卷上对应的数据块中，然后再对源卷进行写覆盖。

注：下次主机针对同一位置的写操作将不再执行写时拷贝。

即：首次写入时要完成：

一个读（读取源位置的数据）；

两个写（写原位置和写快照预留空间）。

c 优缺点

优点：

快照操作之前，不会占用任何存储资源；不会影响系统性能。

快照卷只需要保留发生过数据变化的数据块，与数据卷相比小很多。

缺点：

1) 降低源数据卷的写性能。当修改source时，会发生三次读写：

        a: 读取源数据

        b: 将源数据写入快照卷中

        c: 将新数据写入源数据卷中

如果写入频繁，将会非常消耗IO，因此适合写操作较少的场景。

2) 无法得到完整的物理副本，快照卷仅保存了source卷的部分原始数据。

3) 如果拷贝到快照卷的数据量超过cow保留空间，快照将会失效。

3.2 ROW: Riredect On Write 写时重定向

Snapshot创建后，快照系统把对源数据卷的写IO重定向到快照预留空间，直接将新数据写到快照卷。当需要读取source数据时，快照前的数据从源端读取，快照后的数据（新数据）从快照卷读取。

写操作：
快照创建以后，若上层业务对源卷写数据X，X在缓存中排队，快照系统判断X即将写入源卷的逻辑地址，然后将数据X写入快照卷中预留的对应逻辑地址中，同时，将源卷和快照卷的逻辑地址写入映射表，即写重定向。上层针对源卷写入一个数据块X，存储上只发生一次写操作，只是写之前进行了重定向。

读操作：
若快照创建以后，上层业务对源卷进行读，则有两种情况：1）若读取的数据，在创建快照前产生，数据是保存在源卷上的，那么，上层就从源卷进行读取；2）若需要读取的数据是创建快照以后才产生的，那么上层就查询映射表，从快照卷进行读取（即读重定向）。

若快照创建以后，上层业务对快照卷进行读，同样也有两种情况：1）若读取的数据，在创建快照前产生，数据是保存在源卷上的，那么上层就查询映射表，从源卷进行读取；2）若需要读取的数据是创建快照以后才产生的，那么上层就直接从快照卷进行读取。

ROW优缺点：

优点：

不会降低源卷的写性能；因为快照后更新源数据，只需要一个重定向的写操作，解决COW两次写的性能问题；

对分布式存储系统，正是由于数据的分散，进而提供了并发读的机会

缺点：

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，而源数据卷指针表保存的是更新后的副本。因此，当创建了多个快照时，会产生一个快照链，使得原始数据的访问快照卷和源数据卷数据的追踪；以及对快照的删除将变得异常复杂。

而且，在恢复快照时会不断的合并快照文件，会造成较大的系统开销。

单机读性能下降：因为是重定向写，使得原本连续的数据，现在变的分散；连续写变成了分散写，造成读性能下降。

4 总结：

COW快照更适合于读密集型应用；

或者对存储设备容易出现写入热点（小范围内的数据频繁写入）的应用，因为数据的修改都局限在小范围内，对同一份数据进行多次写只会出现一次复制操作；

ROW快照更适合于写密集型应用；

由于ROW重定向的特性，在分布式存储中，读性能会更高。

参考文档：

1 华为--COW、ROW快照技术原理

2 快照是什么？揭秘存储快照的实现_row快照占用空间吗-优快云博客

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