备份数据一致性（日月明 201804）

备份数据的一致性解答有关备份数据一致性的困惑备份数据一致性问题常常给大家带来困惑。我们常常会看到这样一些术语：不一致备份、崩溃一致备份、应用
一致备份，这些术语是什么意思？它们之间有什么区别？什么样的备份会产生数据不一致？什么样的备份能确保数据一致？本文会用相对通俗语言来
解答大家困惑的专业问题。什么是备份数据的一致性？备份数据一致性是指备份数据之间的逻辑关系是正确的、完整的，能够用于系统恢复，一致性
的备份数据能把系统恢复到备份时的状态。备份原始数据备份介质备份数据导致备份数据不一致的主要原因：在备份过程中，原始数据发生了变化。
比如备份磁盘上的文件需要花费1小时，在1小时备份过程中，有些文件发生了变化，这样就导致备份的文件不在同一时间点上。对时间敏感的应用
，是不能接受这种状态的现在文件系统、数据库或虚拟机都有系统缓存，缓存中含有重要的数据，有的备份技术只能备份磁盘上数据，而不能备份系
统缓存中的数据，这样就导致备份数据中缺少了缓存中那一部分数据，用这种缺失的备份数据恢复系统，系统恢复后的状态无法预料备份按一致性原
则可分三大类：非一致性备份（InconsistentBackup）崩溃一致性备份（Crash-ConsistentBackup
）应用一致性备份（Application-ConsistentBackup）非一致性备份InconsistentBackup非
一致性备份的方法就是最原始的数据拷贝，比如：用手工Copy命令进行备份，用备份工具中的流式文件备份。这种备份不关心数据的一致性，从
头到尾，一个接一个拷贝文件如果有文件在备份发起后，在拷贝之前这段时间里发生了更新，就会导致这些文件与其他文件的时间点不一致。对时间
敏感的应用系统，是无法接受的，比如数据库，就没办法打开运行对有些系统来说，比如简单的文件服务器或台式机，时间点不一致并不是什么问题
，非一致性备份也能满足备份要求如果能确保文件在备份期间不发生变化，比如数据库Shutdown后，非一致性备份也是有效的。但是如果数
据库是运行的，数据库文件一直在发生变化，这种备份方法是无法备份数据库的，因为数据对文件之间的一致性要求非常严格，只要出现不一致，数
据库就无法运行20:00发起备份20:05备份A文件20:10B文件发生变化20:20备份B文件Time备份数据中文件A和文件
B不在同一个时间点崩溃一致性备份Crash-ConsistentBackup崩溃一致性（Crash-Consistent）崩溃一
致性，是一个比较难理解的概念。先说说系统崩溃带来的危害，文件系统和数据库的数据结构都十分复杂，当文件系统或数据库把数据写入磁盘时，
需要更新多个数据结构，如果在数据写入的过程中，系统突然崩溃（比如断电），数据结构的更新就不完整，有一部分更新好了，还有一部分没有更
新，另外计算机缓存中的数据也在崩溃中丢失了文件系统和绝大多数数据库系统都有防范崩溃的机制，写入磁盘的数据能从崩溃中修复系统，所采用
的方法是：检查数据的一致性：能检查数据是否一致，比如chkdsk命令检查文件系统的一致性写日志：在更新文件系统和数据库之前，先快速
地往磁盘上写一个日志，当崩溃发生后，利用磁盘上的日志来修复系统虽然绝大部分系统写入磁盘的数据是能防止崩溃的，但恢复时需要时间进行数
据一致性检查，并利用日志修复不一致性的数据。如果系统数据量很大，检查和修复的时间就会很长崩溃一致性备份（Crash-Consist
entBackup）崩溃一致性备份能确保所有备份数据都具有相同的时间点（PointinTime），如同系统在崩溃瞬间，留在磁
盘上的所有数据，所以称崩溃一致性备份与非一致备份一样，崩溃一致性备份不捕获内存或任何待处理的I/O操作的内容利用用崩溃一致性备
份数据能把系统磁盘恢复到备份时的状态，但系统在内存中的数据会完全丢失适合崩溃一致性备份的场景：不依赖数据库的应用，比如：用于保护操
作系统盘、打印服务器、台式机等具有自动修复机制的应用，比如：AD系统不含数据库应用的虚拟机如何实现崩溃一致性备份快照与备份结合，实
现崩溃一致性备份崩溃一致性备份过程暂停IO，不向磁盘写入数据启动快照，几秒钟到数分钟后完成快照操作恢复IO到正常工作状态启动快照数
据备份，把快照中的数据备份到备份介质上特点所以文件具有一致性的时间点，系统缓存中的内容、待处理的I/O和待处理的事务都被丢失，不在
备份数据中利用崩溃一致性备份数据恢复应用，需要额外的修复工作，如：回滚日志4.恢复IO1.暂停IOIOIO2.启动快照3.
完成快照快照数据5.备份快照数据Time所有文件文件是一致的，内存中的数据和待处理的事务都被丢失应用一致性备份Applicati
on-ConsistentBackup应用一致性备份比崩溃一致性备份更加完善，要求应用在备份前执行“静默”(Quiesce)操
作，提交所有待处理的事务，清空缓存区中的内容，写入磁盘，应用处于暂停或备份模式状态，确保备份数据完全一致，备份完成后，应用返回到正
常状态系统缓存中的数据和待处理的事务都能得到备份，没有丢失，所以文件具有一致性的时间点利用应用一致性的备份数据，能把应用恢复到应用
一致性状态，能确保应用正常启动运行1.提交所有待处理的事务2.刷新缓存6.恢复IO或停止备份模式3.暂停IO或开启备份模式
IOIO4.启动快照5.完成快照快照数据7.备份快照数据Time所有文件文件是一致的，内存中的数据和待处理的事务都没丢失备份
数据一致性总结规划备份方案时，一定要研究数据的一致性！备份一致性分类非一致性备份（InconsistentBackup）崩溃一致
性备份（Crash-ConsistentBackup）应用一致性备份（Application-ConsistentBackup
）非一致性备份适合简单的文件系统、台式机适合数据库、应用系统Shutdown后冷备份崩溃一致性备份适合操作系统备份，用于备份系统盘
具有自动修复机制的应用，比如：AD系统不含数据库应用的虚拟机应用一致性备份适合数据库应用备份含数据库应用的虚拟机备份应用一致性备份
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