Como funcionam os instantâneos do Azure NetApp Files

Artigo
11/08/2024

Este artigo explica como funcionam os instantâneos do Azure NetApp Files. A tecnologia de instantâneo do Azure NetApp Files oferece estabilidade, escalabilidade e capacidade de recuperação mais rápida, sem impactar no desempenho. Os instantâneos fornecem a base para as soluções de proteção de dados, incluindo restaurações de arquivo único, restaurações de volume e clones, a replicação entre regiões e a retenção de longo prazo.

Para criar instantâneos de volume, consulte Gerenciar instantâneos usando o Azure NetApp Files. Para considerações sobre o gerenciamento de instantâneos na replicação entre regiões, confira Requisitos e considerações para usar a replicação entre regiões. Para a replicação entre zonas, consulte Requisitos e considerações para usar a replicação entre zonas.

O que são os instantâneos de volume

Um instantâneo do Azure NetApp Files é uma imagem de sistema de arquivos (volume) pontual. Ele é ideal para servir como um backup online. Você pode usar um instantâneo para criar um novo volume (clone), restaurar um arquivo ou reverter um volume. Em dados de aplicativo específicos armazenados em volumes do Azure NetApp Files, podem ser necessárias etapas adicionais para garantir a consistência do aplicativo.

É possível obter instantâneos com baixa sobrecarga pelos recursos exclusivos da tecnologia de virtualização de volume de sobreposição que faz parte do Azure NetApp Files. Como um banco de dados, essa camada usa ponteiros para os blocos de dados reais no disco. Mas, ao contrário de um banco de dados, ele não reescreve blocos existentes; ele grava dados atualizados em novos blocos e altera os ponteiros, mantendo os dados novos e antigos. Um instantâneo do Azure NetApp Files simplesmente manipula ponteiros de bloco, criando uma exibição "congelada", somente leitura, de um volume que permite que os aplicativos acessem versões mais antigas de arquivos e hierarquias de diretório sem programação especial. Os blocos de dados reais não são copiados. Dessa forma, os instantâneos são eficientes no tempo necessário para sua criação, sendo quase instantâneos, independentemente do tamanho do volume. Os instantâneos também são eficientes no espaço de armazenamento; somente os blocos delta entre instantâneos e o volume ativo são mantidos.

Os diagramas a seguir ilustram os conceitos:

Os arquivos consistem em metadados e blocos de dados gravados em um volume. Nesta ilustração, há três arquivos, cada um consistindo em três blocos: arquivo 1, arquivo 2 e arquivo 3.
Um instantâneo Snapshot1 é tirado, que copia os metadados e apenas os ponteiros para os blocos que representam os arquivos:
Os arquivos no volume continuam a ser alterados e novos arquivos são adicionados. Os blocos de dados modificados são gravados como novos blocos de dados no volume. Os blocos capturados anteriormente no Snapshot1 permanecem inalterados:
Um novo instantâneo Snapshot2 é tirado para capturar as alterações e as adições:

Quando um instantâneo é tirado, os ponteiros para os blocos de dados são copiados e as modificações são escritas em novos locais de dados. Os ponteiros de instantâneo continuam a apontar para os blocos de dados originais que o arquivo ocupava quando o instantâneo foi tirado, dando a você as exibições ao vivo e histórica dos dados. Se você criar um instantâneo, os ponteiros atuais (ou seja, aqueles criados após as adições e modificações mais recentes) serão copiados para um novo instantâneo Snapshot2. Agora você tem acesso a três gerações de dados (os dados dinâmicos, Snapshot2 e Snapshot1, por ordem de idade), sem considerar o espaço de volume necessário para três cópias completas.

Um instantâneo faz apenas uma cópia dos metadados de volume (tabela inode). Para criar a capacidade usada ou o nível de atividade no volume são necessários apenas alguns segundos, independentemente do tamanho do volume. Assim, tirar um instantâneo de um volume de 100 TiB leva o mesmo tempo (próximo a zero) que tirar um instantâneo de um volume de 100 GiB. Normalmente, depois de criar um instantâneo as alterações nos arquivos de dados ficam refletidas na versão ativa dos arquivos.

Enquanto isso, os blocos de dados apontados de instantâneos permanecem estáveis e imutáveis. Devido à natureza do "Redirecionamento na Gravação" dos volumes no Azure NetApp Files, instantâneos não incorrem em sobrecarga de desempenho e, assim, não consomem nenhum espaço. Você pode armazenar até 255 instantâneos por volume ao longo do tempo, todos eles acessíveis como versões online e somente leitura dos dados, consumindo tão pouca capacidade quanto o número de blocos alterados entre cada instantâneo. Os blocos modificados são armazenados no volume ativo. Os blocos apontados em instantâneos são mantidos (como somente leitura) no volume para proteção, a serem realocados somente quando todos os ponteiros (no volume ativo e instantâneos) foram limpos. Portanto, a utilização do volume aumenta ao longo do tempo, por novos blocos de dados ou blocos de dados (modificados) mantidos em instantâneos.

O diagrama a seguir mostra os instantâneos de um volume e o espaço usado ao longo do tempo:

Como um instantâneo de volume registra apenas as alterações de bloco desde o último instantâneo, ele fornece os seguintes benefícios principais:

Os instantâneos são eficientes no armazenamento.
Os instantâneos consomem espaço mínimo de armazenamento porque não copiam blocos de dados de todo o volume. Dois instantâneos tirados em sequência diferem apenas pelos blocos adicionados ou alterados no intervalo de tempo entre os dois. Esse comportamento incremental de bloco minimiza o consumo de capacidade de armazenamento associado. Muitas implementações alternativas de instantâneos consomem volumes de armazenamento iguais ao do sistema de arquivos ativo, aumentando os requisitos de capacidade de armazenamento. A depender das taxas de alteração no nível de bloco diário do aplicativo, os instantâneos do Azure NetApp Files consumirão mais ou menos capacidade, mas somente nos dados alterados. O consumo de instantâneo médio diário varia de apenas 1 a 5% da capacidade de volume usada para muitos volumes de aplicativos ou de até 20 a 30% para volumes como os do banco de dados SAP HANA. Não deixe de monitorar seu volume e o uso de instantâneo para consumo de capacidade de instantâneo em relação ao número de instantâneos criados e mantidos.
Os instantâneos são rápidos de criar, replicar, restaurar ou clonar.
Leva apenas alguns segundos para criar, replicar, restaurar ou clonar um instantâneo, independentemente do tamanho do volume e do nível de atividades no volume. Você pode criar um instantâneo de volume sob demanda. Você também pode usar políticas de instantâneo para especificar quando o Azure NetApp Files deve criar automaticamente um instantâneo e quantos instantâneos devem ser mantidos em um volume. A consistência do aplicativo pode ser obtida por meio da orquestração de instantâneos com a camada de aplicativo, por exemplo, usando a ferramenta AzAcSnap para SAP HANA.
Os instantâneos não têm impacto sobre o desempenho do volume.
Devido à natureza do "Redirecionamento na Gravação" da tecnologia sobreposição, o armazenamento ou retenção de instantâneos do Azure NetApp Files não causa impacto no desempenho, mesmo com uma atividade de dados intensa. A exclusão de um instantâneo também tem pouco ou nenhum impacto no desempenho na maioria dos casos.
Os instantâneos oferecem escalabilidade porque podem ser criados com frequência e muitos podem ser retidos.
Os volumes do Azure NetApp Files dão suporte a até 255 instantâneos por volume. A capacidade de armazenar vários instantâneos criados com pouco impacto aumenta a probabilidade de a versão desejada dos dados ser recuperada com êxito.
Os instantâneos podem ser colocados em cofresno armazenamento do Azure.
Para atender a requisitos de conformidade e retenção de dados de longo prazo, use a funcionalidade de backup do Azure NetApp Files para colocar instantâneos no cofre em um armazenamento do Azure econômico e habilitado para ZRS, fora do volume que está sendo protegido.
Os instantâneos fornecem visibilidade do usuário e capacidade de recuperação de arquivos.

O alto desempenho, a escalabilidade e a estabilidade do instantâneo do Azure NetApp Files significam que ele fornece um backup online ideal para recuperação controlada pelo usuário. Os instantâneos podem ser acessados pelo usuário para fins de restauração de arquivo, diretório ou volume. Soluções adicionais permitem copiar backups para armazenamento offline ou replicar entre regiões para fins de retenção ou recuperação de desastre.

Maneiras de criar instantâneos

Você pode usar vários métodos para criar e manter instantâneos:

Manualmente (sob demanda), usando:
- O portal do Azure, a API REST, a CLI do Azure ou as ferramentas do PowerShell
- Scripts (consulte exemplos)
Automatizado, usando:
- Políticas de instantâneo, por meio do portal do Azure, da API REST, da CLI do Azure ou ferramentas do PowerShell
- Ferramentas de instantâneo consistentes com o aplicativo, como o AzAcSnap ou soluções de terceiros

Como os volumes e instantâneos são replicados para a recuperação de desastres e continuidade de negócios

O Azure NetApp Files dá suporte à replicação entre regiões para fins de DR (recuperação de desastre) e replicação entre zonas para a continuidade dos negócios. A replicação entre regiões do Azure NetApp Files e a replicação entre zonas usam a tecnologia SnapMirror. Apenas blocos alterados são enviados pela rede em um formato compactado e eficiente. Depois que uma replicação é iniciada entre volumes, todo o conteúdo do volume (ou seja, os blocos de dados de fato armazenados) é transferido apenas uma vez. Essa operação é chamada de transferência de linha de base. Após a transferência inicial, somente os blocos alterados (como os capturados em instantâneos) são transferidos. O resultado é uma réplica 1:1 assíncrona do volume de origem, incluindo todos os instantâneos. Esse comportamento segue um mecanismo de replicação completo e sempre incremental. Essa tecnologia minimiza a quantidade de dados necessária para a replicação, desse modo, você economiza nos custos de transferência de dados. Ela também reduz o tempo de replicação. Você pode obter um RPO (objetivo de ponto de recuperação) menor, pois mais instantâneos podem ser criados e transferidos com mais frequência e com transferências de dados mínimas. Além disso, elimina a necessidade de mecanismos de replicação baseados em host, evitando o custo de licença de software e de máquina virtual.

O diagrama a seguir mostra o tráfego de instantâneo em cenários de replicação:

Como os instantâneos podem ser armazenados em cofres para retenção de longo prazo e economia de custos

Conforme descrito, os instantâneos são usados para criar backups de volumes do Azure NetApp Files de maneira rápida e com eficiência na ocupação de espaço, além de fornecerem um meio para restaurar arquivos de dados ou volumes completos com muita eficácia. Esses instantâneos online servem como a primeira linha de defesa e abrangem a maioria das operações de recuperação de dados.

Para manter instantâneos por um período mais longo ou para manter mais instantâneos do que o número máximo de instantâneos online, você pode colocar instantâneos de volumes do Azure NetApp Files em cofres em um armazenamento do Azure habilitado para ZRS. Isso é facilitado pela funcionalidade de backup do Azure NetApp Files. A funcionalidade mantém os instantâneos por longos períodos de tempo (por um ano ou até mais). Os backups são armazenados no armazenamento do Azure, que tem uma vantagem de custo com relação ao custo do pool de capacidade do Azure NetApp Files e utiliza uma plataforma de armazenamento diferente para eliminar dependências e cumprir os requisitos de retenção e conformidade.

Para habilitar o armazenamento de instantâneos em cofre no volume do Azure NetApp Files, configure uma política de backup na assinatura do Azure NetApp Files (localizada na seção Proteção de Dados) e especifique o número de backups diários, semanais e mensais que você deseja manter. Isso é tudo o que você precisa fazer para expandir a proteção de dados com um armazenamento de longo prazo e econômico.

O diagrama a seguir mostra como os dados de instantâneos são transferidos do volume do Azure NetApp Files para o armazenamento de backup do Azure NetApp Files, hospedado no armazenamento do Azure.

A funcionalidade de backup do Azure NetApp Files foi projetada para manter um histórico mais longo de backups, conforme indicado neste exemplo simplificado. Observe como o repositório de backups à direita contém instantâneos em maior quantidade e mais antigos do que o volume protegido e os instantâneos à esquerda.

A maioria dos casos de uso exige que você mantenha instantâneos online no volume do Azure NetApp Files por um período relativamente curto (geralmente alguns meses) para atender às recuperações mais comuns de perda de dados devido a um erro de aplicativo ou de usuário. A funcionalidade de backup do Azure NetApp Files é usada para estender o período de proteção de dados para um ano ou mais, enviando os instantâneos para um armazenamento do Azure econômico. Conforme indicado pela cor azul no diagrama, a primeira transferência é a linha de base, que copia todos os blocos de dados consumidos na origem do volume e dos instantâneos do Azure NetApp Files. Os backups consecutivos usam o mecanismo de instantâneo para atualizar o repositório de backup apenas com atualizações incrementais de bloco.

Maneiras de restaurar dados de instantâneos

A tecnologia de instantâneos do Azure NetApp Files melhora muito a frequência e a confiabilidade dos backups. Isso implica em sobrecarga mínima de desempenho e pode ser criada com segurança em um volume ativo. Os instantâneos do Azure NetApp Files permitem restaurações quase instantâneas, seguras e, opcionalmente, gerenciadas pelo usuário. Esta seção descreve várias maneiras nas quais os dados podem ser acessados ou restaurados a partir dos instantâneos do Azure NetApp Files.

Restauração (clonagem) de um instantâneo online para um novo volume

Você pode restaurar instantâneos do Azure NetApp Files para volumes separados e independentes (clones). Essa operação é quase instantânea, independentemente do tamanho do volume e da capacidade consumida. O volume recém-criado está quase imediatamente disponível para acesso, enquanto os blocos de dados de instantâneo e de volume reais estão sendo copiados. Dependendo do tamanho e da capacidade do volume, esse processo pode levar um tempo considerável durante o qual o volume pai e o instantâneo não podem ser excluídos. No entanto, o volume já pode ser acessado após a criação inicial, enquanto o processo de cópia está em andamento em segundo plano. Essa funcionalidade permite a criação rápida de volume para recuperação de dados ou clonagem de volume para teste e desenvolvimento. Por natureza do processo de cópia de dados, o consumo do pool de capacidade de armazenamento duplica quando a restauração for concluída e o novo volume mostra a capacidade ativa total do instantâneo original. O instantâneo usado para criar o volume também está presente no novo volume. Depois que esse processo for concluído, o volume será independente e desassociado do volume original e os volumes de origem e o instantâneo poderão então ser gerenciados ou removidos, independentemente do novo volume.

O diagrama a seguir mostra um novo volume criado pela restauração (clonagem) de um instantâneo:

As mesmas operações podem ser executadas em instantâneos replicados em um volume de DR (recuperação de desastre). Todo instantâneo pode ser restaurado para um novo volume, mesmo quando a replicação entre regiões permanece ativa ou em andamento. Essa funcionalidade permite a criação de ambientes de teste e desenvolvimento em uma região de DR sem interrupções, colocando os dados em uso, ao passo que, de outra forma, os volumes replicados seriam usados apenas para fins de DR. Esse caso de uso permite que o teste e o desenvolvimento sejam isolados da produção, eliminando o impacto potencial em ambientes de produção.

O diagrama a seguir mostra a restauração de volume (clonagem) usando o instantâneo de volume de destino de DR enquanto a replicação entre regiões está ocorrendo:

Quando você restaura um instantâneo para um novo volume, a página Visão geral do volume exibe o nome do instantâneo usado para criar o novo volume no campo Originado de. Consulte Restaurar um instantâneo em um novo volume para saber sobre as operações de restauração de volume.

Restaurando (revertendo) um instantâneo online in-loco

Em alguns casos, como o novo volume consome a capacidade de armazenamento, pode não ser necessária ou apropriada a criação de um volume com base em um instantâneo. Para rápida recuperação de dados corrompidos (por exemplo, banco de dados corrompidos ou ataques de ransomware), talvez seja mais apropriado restaurar um instantâneo dentro do próprio volume. Essa operação pode ser feita usando a funcionalidade de reversão de instantâneo do Azure NetApp Files. Esta funcionalidade permite que você reverta rapidamente um volume para o estado em que ele estava quando um determinado instantâneo foi tirado. Na maioria dos casos, reverter um volume é muito mais rápido do que restaurar arquivos individuais de um instantâneo para o sistema de arquivos ativo, especialmente em volumes grandes, com vários TiB.

A reversão de um instantâneo de volume é quase instantânea e leva apenas alguns segundos para ser concluída, mesmo para os volumes maiores. Os metadados do volume ativo (tabela de inode) são substituídos pelos metadados do instantâneo a partir do momento da criação do instantâneo, revertendo o volume para esse instante específico. Nenhum bloco de dados precisa ser copiado para que a reversão entre em vigor. Sendo assim, ela é mais eficiente em termos de espaço e mais rápida do que a restauração de um instantâneo em um novo volume.

O diagrama a seguir mostra uma reversão de volume para um instantâneo anterior:

Importante

Os dados do sistema de arquivos ativos que foram gravados e os instantâneos que foram tirados após o instantâneo selecionado são perdidos. A operação de reversão de instantâneo substitui todos os dados no volume de destino pelos dados do instantâneo selecionado. Você deve prestar atenção ao conteúdo e à data de criação do instantâneo ao selecionar um instantâneo. Não é possível desfazer a operação de reversão de instantâneo.

Consulte Reverter um volume usando a reversão de instantâneo para saber como usar esse recurso.

Restaurando arquivos ou diretórios de instantâneos online usando um cliente

Se a visibilidade do Caminho do Instantâneo não estiver definida como hidden, você poderá acessar diretamente os instantâneos para se recuperar da exclusão, corrupção ou modificação acidental dos dados. A segurança de arquivos e diretórios é mantida no instantâneo e os instantâneos são somente leitura por design. Assim, a restauração é segura e simples. Se a visibilidade do Caminho do Instantâneo estiver definida como hidden, você poderá abrir um tíquete de suporte para que um administrador de backup ou administrador do sistema restaure seus arquivos de um instantâneo.

O diagrama a seguir mostra o acesso ao arquivo ou ao diretório para um instantâneo usando um cliente:

No diagrama, o Instantâneo 1 consome apenas os blocos delta entre o volume ativo e o momento da criação do instantâneo. Mas quando você acessar o instantâneo por meio do caminho do instantâneo de volume, os dados aparecerão como se fossem a capacidade total do volume no momento da criação do instantâneo. Ao acessar as pastas do instantâneo, você poderá restaurar dados copiando arquivos e diretórios de um instantâneo de sua escolha.

Da mesma forma, os instantâneos nos volumes de replicação entre regiões de destino podem ser acessados como somente leitura para recuperação de dados na região de DR.

O diagrama a seguir mostra o acesso do instantâneo em cenários de replicação entre regiões:

Consulte Restaurar um arquivo de um instantâneo usando um cliente para saber como restaurar arquivos ou diretórios individuais de instantâneos.

Restauração de arquivos ou diretórios em instantâneos online usando a restauração de instantâneo de arquivo único

Se você não quiser restaurar o instantâneo inteiro para um novo volume ou copiar arquivos grandes pela rede, terá a opção de usar o recurso de restauração de instantâneo de arquivo único para recuperar arquivos individuais diretamente em um volume de um instantâneo, sem exigir uma cópia de dados do cliente externo.

Esse recurso não exige que você restaure todo o instantâneo para um novo volume, reverta um volume ou copie arquivos grandes pela rede. Você pode usar esse recurso para restaurar arquivos individuais diretamente no serviço de um instantâneo de volume sem a necessidade de copiar dados usando um cliente externo. Essa abordagem reduzirá drasticamente o RTO e o uso de recursos de rede ao restaurar arquivos grandes.

O diagrama a seguir descreve como funciona a restauração de instantâneo de arquivo único:

Quando um único arquivo é restaurado no local (file2) ou em um novo arquivo no volume (file2’), somente os ponteiros para os blocos existentes capturados anteriormente em um instantâneo são revertidos. Essa operação elimina a cópia de qualquer bloco de dados e é quase instantânea, independentemente do tamanho do arquivo (o número de blocos no arquivo).

Restauração de backups de volume de instantâneos em cofre

Você pode pesquisar backups no nível do volume ou no nível da conta do NetApp. Os nomes usados para instantâneos são preservados quando o backup dos instantâneos são feitos e incluem o prefixo "diário", "semanal" ou "mensal". Eles também incluem o carimbo de data/hora da criação do instantâneo. O primeiro instantâneo que é feito quando o recurso de backup está habilitado é chamado de instantâneo de linha de base. O instantâneo de linha de base inclui todos os dados do volume protegido e os instantâneos. Os instantâneos consecutivos colocados em cofres são atualizações incrementais em bloco, sendo que os instantâneos são sempre uma representação completa do volume no momento em que o instantâneo do cofre foi feito e podem ser restaurados diretamente sem a necessidade de empilhar a linha de base com atualizações incrementais.

O diagrama a seguir ilustra a operação de restauração de um instantâneo específico em cofre para um novo volume:

Restauração de diretórios ou arquivos individuais com base em instantâneos em cofre

Para restaurar arquivos ou diretórios individuais, o instantâneo completo colocado em cofre é restaurado para um novo volume e, em seguida, o volume pode ser montado para procurar os arquivos ou diretórios a serem restaurados. A restauração é feita copiando os arquivos ou diretórios necessários no volume recém restaurado, colocando-os no local de destino. Quando a restauração for concluída, o volume restaurado poderá ser excluído.

Se um volume for excluído, seus instantâneos em cofre (backups) continuarão retidos, ao contrário dos instantâneos online, que fazem parte do volume e serão excluídos com o volume. Você pode restaurar volumes completos e, em seguida, diretórios individuais de backups colocados em cofre, mesmo que o volume pai tenha sido excluído ou perdido devido a um erro de aplicativo ou de usuário. Para fazer isso, basta selecionar o instantâneo apropriado em cofre na lista de backups e restaurá-lo em um novo volume. Confira Restaurar um backup em um novo volume para maiores detalhes.

Como os instantâneos são excluídos

Esta seção explica como instantâneos online e instantâneos em cofre são excluídos.

Exclusão de instantâneos online

Os instantâneos consomem capacidade de armazenamento. Por isso, normalmente eles não são mantidos indefinidamente. Para proteção de dados, retenção e capacidade de recuperação, certos instantâneos (criados em vários pontos no tempo) geralmente são mantidos online por uma determinada duração, dependendo dos requisitos de RPO, RTO e SLA de retenção. Os instantâneos podem ser excluídos do serviço de armazenamento por um administrador a qualquer momento. Qualquer instantâneo pode ser excluído, independentemente da ordem em que foi criado. A exclusão de instantâneos mais antigos libera espaço.

Importante

A operação de exclusão de instantâneo não pode ser desfeita. Você deve manter cópias offline (instantâneos em cofre) do volume para fins de proteção de dados e retenção.

Quando um instantâneo é excluído, todos os ponteiros desse instantâneo para blocos de dados existentes são removidos. Somente quando um bloco de dados não tiver mais ponteiros direcionados a ele (pelo volume ativo ou de outros instantâneos no volume), o bloco de dados será retornado para o espaço livre do volume para uso futuro. Portanto, a remoção de instantâneos geralmente libera mais capacidade em um volume do que a exclusão de dados do volume ativo, porque os blocos de dados geralmente são capturados em instantâneos criados anteriormente.

O diagrama a seguir mostra o efeito sobre o consumo de armazenamento da exclusão do Instantâneo 3 de um volume:

Não deixe de monitorar o consumo de volume e instantâneo e entenda como interagem o aplicativo, o volume ativo e o consumo de instantâneo.

Consulte Excluir instantâneos para saber sobre como gerenciar a exclusão de instantâneo. Consulte Gerenciar políticas de instantâneo para saber sobre como automatizar esse processo.

Excluindo instantâneos em cofre

Quando você exclui um volume do Azure NetApp Files, os backups são mantidos no cofre de backup. Se você não quiser reter os backups, primeiro exclua os backups mais antigos seguidos pelo backup mais recente.

O histórico de instantâneos em cofre é gerenciado automaticamente pela política de instantâneo aplicada em que o instantâneo mais antigo é excluído quando um novo é adicionado pelo agendador de instantâneos em cofre (backup). Você também pode remover manualmente os instantâneos em cofre.

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