Volume Shadow Copy Service（VSS）如何工做

VSS卷影拷貝服務其實不是一項新技術了，在2003年先後發佈的Windows 2003和Windows XP SP1都提供了對VSS的支持。最近幾年微軟的一線產品對VSS支持的愈來愈多，包括Exchange，SQL，AD，DPM等等。在Windows 2008中甚至系統的自帶的備份工具也換成了VSS版本的。查一查VSS的資料，發現名詞很多，snapshot、writer、requestor等等。這幾天翻閱了一些資料，仔細閱讀了幾遍，終於撥雲見日，理清了頭緒。

VSS解決的問題

任何一個新東西和新技術的出現老是爲了解決現有的問題。在IT領域，不少的資源被放在對各個系統的備份和恢復上。爲了99.9XXX%中那n個9，每多一個9都要付出巨大的代價。

在備份領域，傳統的備份方案通常有全備份，增量備份和差量備份等。我以爲主要的問題有：

• 增量和差量須要備份軟件支持，備份程序須要對被備份的數據有足夠了解，備份程序和應用程序協做保證數據的恢復完整一致性，工做量比較大。好比Exchange的數據庫，Exchange本身要暴露出API接口，供NTBackup之類的應用程序調用。
• 備份和恢復的時間漫長。每次作全備都須要若干小時。恢復差量和增量的數據的時候，要先恢復全備份再恢復增量、差量的數據。步驟冗長，容易出錯。
• 缺少與硬件的緊密結合。不少存儲的硬件都有snapshot的方案，可是這些硬件是作卷級別的鏡像，和應用無關，作出來的東西也不能保證在應用級別是完整的。

VSS的出現，就是爲了解決這些問題。

卷影的方法分類

1. Clone (Full Copy/Split Mirror)全拷貝、鏡像拷貝。能夠經過軟件或者硬件的方式作源卷和目標卷的同步。在同步鏈接切斷以前2邊的數據是一致的，在同步鏈接中斷以後目標卷的數據和源數據保持獨立，而且是隻讀的。
2. Copy-on-Write (Differential Copy)差量拷貝。這種方法也能夠用軟件或者硬件的方法實現。當有寫操做發生在須要被複制的卷時，被寫的那個block會先被複制到另外一個存放差量數據地方，同時這個操做會被索引和記錄下來。使用源卷裏數據和差量數據，這樣在邏輯上咱們就有一個在以前某個時間點的源卷。這種方法的好處是額外須要的存儲空間小，缺點是

• 對源卷有額外的讀寫操做。
• 在作數據恢復的時候源卷的數據必須還在。

基於以上這2種最底層的卷影的方法，能夠實現多種基於軟件和硬件的備份應用和方案。微軟的應用方案有：

• Data Protection Manager(DPM)
• Windows Backup Service(in Windows 2008)

VSS服務架構

組件
描述

Volume Shadow Copy Service

核心服務，和各個其餘組件交互。

Requestor

提出開始作卷影複製的程序，通常是備份程序。

Writer

首先他是應用程序的一部分，用以確保在作卷影複製的時候應用層面的數據是完整一致的。數據庫級別的應用通常會有本身的Writer，好比Exchange，SQL，AD等。

Provider

建立和維護卷影複製的組件。能夠是操做系統、硬件或者軟件本身實現。

Source volume

含有須要被備份的數據卷。

Storage volume

爲provider提供存放copy-on-write文件的數據卷

卷影複製的組件

Requestors: 發起卷影複製的程序，通常是備份程序。

Writers: 防止數據不一致，不完整。

• 當備份的應用發起備份請求的時候，系統的VSS服務把這個消息通知給各個writer。Writer在收到這個消息以後，開始爲備份作準備，以確保硬盤上的數據的一致性。好比Exchange的writer，會把內存的buff寫回到硬盤裏，確保硬盤上的數據庫和log是完整的。
• Writer也提供其餘一些信息，好比應用的名字、圖標、包含和排除的文件、恢復策略等等。
• Writer和一個或者多個組件相關聯。一個組件是一羣文件的集合。好比，Exchange的文件集合包括數據庫文件和日誌文件等等。這些文件集合是一個總體，必須被同時備份和同時恢復。Writer也提供有關如何按組件恢復數據的信息。
• 若是一個應用沒有提供writer，那麼只有硬盤上的數據被備份，而內存裏面的cache等數據會丟失。這樣恢復出來的數據相似於機器忽然斷電的狀態，數據有可能會不一致。相對於非VSS的備份方法，VSS的好處是即便文件正在被打開也能夠備份。傳統的備份方法被打開的文件是沒法再次被備份程序讀打開的。
• 在這種設計下，維護數據一致性的工做被從備份程序轉移到了應用程序，而應用程序的開發人員對應用程序的數據更加了解，他們知道如何編寫Writer來優化卷影複製。

Providers：用以建立和維護卷影複製。主要有三類實現：

• 硬件實現
• 軟件實現
• 操做系統實現。Windows 2003自帶了一個基於軟件的Provider。

卷影複製建立流程

1. Requestor，通常是備份程序，要求VSS枚舉writers和他們的metadata，爲卷影複製作準備工做。
2. Writer建立一個XML的備份組件的描述，並定義他們如何被恢復。VSS通知應用程序的Writer爲卷影複製作準備。
3. Writer開始作準備，好比把內存中的內容寫到數據庫，把日誌中的內容寫到數據庫等等。作完以後通知VSS。
4. VSS發起commit。
5. VSS把writer和requestor暫停寫操做幾秒種，以用來建立一個卷影複製。這個時間不能超過60秒。在此期間，VSS把文件系統在內存中的buff寫到硬盤以確保硬盤中文件的一致性。
6. VSS告訴requestor花最多10秒的時間來建立卷影複製。
7. VSS解凍文件系統。當卷影複製建立好以後，VSS釋放處於未激活狀態的writer，全部在隊列中的讀寫IO操做被完成。
8. VSS確認在卷影複製被建立過程當中的IO是成功的，若是失敗的話意味着卷影複製是不一致的，VSS通知requestor而且刪除卷影複製。Requestor能夠選擇重試或者通知管理員等操做。
9. VSS開始複製卷影複製的數據，在複製完成以後把位置信息返回給Requestor。這一步纔是耗時最長的備份數據的過程。

參考資料

How Volume Shadow Copy Service Works

Wikipedia：Shadow Copy