非Ceph存储 QCOW2外部快照原理

对于非Ceph存储（本地存储/NFS/Shared Mount Point/Shared Block），ZStack Cloud采用QCOW2外部快照（External Snapshot）机制。

1. 快照链与快照树

   通常一块磁盘对应一条快照链，ZStack Cloud支持对一块磁盘创建一棵快照树，快照树的每一个分支都是一条快照链。

   如图 1所示：

   
   
   

   快照树包括以下信息：

   • 快照链：磁盘的一组快照组成的关系链，快照树的每一个分支都是一条快照链。
   • 快照节点：快照链中的一个节点，表示磁盘的一份快照。
   • 快照容量：快照占用的存储空间。支持查看快照树中所有快照的总容量，以及单个快照节点的容量。

   说明:

   • 对于非Ceph存储，系统默认每条快照链最多有128个节点，用户可在全局设置中，通过修改云盘快照增量的最大数目自行设置快照链的最大长度。对于Ceph存储，单盘最大快照数量为32，包括手动创建及自动创建的快照。
   • 快照链长度达到上限后：
     • 若继续创建自动快照，系统会自动删除最早的自动快照。
     • 若继续创建手动快照，用户需手动删除不需要的快照。
   • 在生产环境中，建议单块磁盘的快照数量尽量控制在5以内，快照过多会影响云主机/云盘的IO性能、数据安全以及主存储容量。如需长期备份，建议使用灾备服务。
2. 创建快照

   当一个外部快照被创建，实质是新建一个空白的qcow2文件，该空白文件的backing file指向旧qcow2文件，旧qcow2文件置为只读，于是旧qcow2文件自身成为一个快照，后续只对新qcow2文件写入数据。

   • 基于backing file创建单条快照链。
     如图 2所示：

     
     
     

     假定已有一个原始镜像（Base），以该原始镜像为模板创建云主机1，对云主机1依次创建快照1A、快照1B。

     • 原始镜像：一个已制作好的磁盘镜像文件，包含完整的操作系统以及引导程序，作为Base（只读）。
     • 云主机1：新建空白文件Overlay-1，backing file指向Base，Base保持为只读，于是Base成为一个快照，后续只对Overlay-1写入数据。
     • 快照1A：新建空白文件Overlay-1A，backing file指向Overlay-1，Overlay-1置为只读，于是Overlay-1成为一个快照，后续只对Overlay-1A写入数据。
     • 快照1B：新建空白文件Overlay-1B，backing file指向Overlay-1A，Overlay-1A置为只读，于是Overlay-1A成为一个快照，后续只对Overlay-1B写入数据。云主机1使用的是快照链内最后一个快照1B对应的磁盘文件，快照1B为Active。
   • 基于backing file创建多条快照链。
     如图 3所示：

     
     
     

     假定已有一个原始镜像（Base），以该原始镜像为模板创建云主机1、云主机2、云主机3，对云主机1依次创建快照1A、快照1B，对云主机2创建快照2A，对云主机3创建快照3A。

     • 原始镜像：一个已制作好的磁盘镜像文件，包含完整的操作系统以及引导程序，作为Base（只读）。
     • 快照链1：
       • 云主机1：新建空白文件Overlay-1，backing file指向Base，Base保持为只读，于是Base成为一个快照，后续只对Overlay-1写入数据。
       • 快照1A：新建空白文件Overlay-1A，backing file指向Overlay-1，Overlay-1置为只读，于是Overlay-1成为一个快照，后续只对Overlay-1A写入数据。
       • 快照1B：新建空白文件Overlay-1B，backing file指向Overlay-1A，Overlay-1A置为只读，于是Overlay-1A成为一个快照，后续只对Overlay-1B写入数据。云主机1使用的是快照链1内最后一个快照1B对应的磁盘文件，快照1B为Active。
     • 快照链2：
       • 云主机2：新建空白文件Overlay-2，backing file指向Base，Base保持为只读，后续只对Overlay-2写入数据。
       • 快照2A：新建空白文件Overlay-2A，backing file指向Overlay-2，Overlay-2置为只读，于是Overlay-2成为一个快照，后续只对Overlay-2A写入数据。云主机2使用的是快照链2内最后一个快照2A对应的磁盘文件，快照2A为Active。
     • 快照链3：
       • 云主机3：新建空白文件Overlay-3，backing file指向Base，Base保持为只读，后续只对Overlay-3写入数据。
       • 快照3A：新建空白文件Overlay-3A，backing file指向Overlay-3，Overlay-3置为只读，于是Overlay-3成为一个快照，后续只对Overlay-3A写入数据。云主机3使用的是快照链3内最后一个快照3A对应的磁盘文件，快照3A为Active。
3. 合并快照

   外部快照之间互相依赖（每一个overlay依赖它的backing file），每个快照保存有相应数据，不可直接删除某个快照来缩短链长度。外部快照可通过向下合并（Blockcommit）或向上合并（Blockpull）两种方式来缩短链长度。

   • 向下合并（Blockcommit）

     在同一条快照链内，支持将overlays合并至backing files。

     如图 4所示：

     
     
     

     假定已有一个原始镜像（Base），基于Base创建云主机1，并对云主机1创建3个互相依赖的外部快照，即：快照1A、快照1B、快照1C。现将快照1A、快照1B向下合并至云主机1，于是快照1C（Active）的backing file直接指向云主机1，快照链缩短。快照1A、快照1B不再有用，删除即可。

   • 向上合并（Blockpull）

     在同一条快照链内，支持将backing files合并至overlays。

     如图 5所示：

     
     
     

     假定已有一个原始镜像（Base），基于Base创建云主机1，并对云主机1创建3个互相依赖的外部快照，即：快照1A、快照1B、快照1C。现将快照1A、快照1B向上合并至快照1C（Active），于是快照1C（Active）的backing file直接指向云主机1，快照链缩短。快照1A、快照1B不再有用，删除即可。

Ceph存储快照原理

对于Ceph存储，ZStack Cloud采用Ceph存储自带的快照功能，当下业界分布式存储主流采用ROW（Redirect-On-Write，写时重定向）快照机制。