谈谈数据备份

谁也不希望丢失数据,但这很难避免:文件误删除、意外停电、硬盘损坏、硬盘丢失、自然灾害……以上这些都会导致数据丢失,并且很可能无法直接恢复。相信很多人都有过这样的苦恼。本文将简单介绍备份的 321 原则,以及云端备份和本地备份的最佳实践。

典型的数据丢失案例

  • 比如 GitLab.com 的运维人员就曾经误删除过数据:2017 年 2 月 1 日,运维人员使用了 root 账户错误登录到了主服务器上删除了核心服务数据。更严重的是,其中有五种备份方式都失效了。但幸好还留存着一个六小时前的备份,尽管网站在几个小时内无法访问,并且丢失了在备份之后产生的的很多数据,但最终还是恢复了绝大部分的数据,事件详情
  • WannaCry 病毒导致的数据丢失:WannaCry 是一种勒索病毒,针对 Windows 系统的一个漏洞去加密系统上的用户文件,导致用户无法访问这些文件,除非向一个比特币账户转账 $300 ~ $600(相当于几千人民币)。据报道有超过 30 万台电脑受到此病毒的感染。众多企业,包括银行、医院、铁路系统因病毒而无法正常运转。在中国,众多使用教育网的高校学生电脑受此病毒攻击,导致文件丢失。

以上的数据丢失都给人们带来了巨大的损失,但倘若我们能够提前做好数据备份,那么就能够降低数据后的损失。

最佳备份原则:321 原则

在进行备份的过程中,我们应该施行 321 原则,这样才能保证备份的可靠性与有效性。

  • 三份数据拷贝:除了原始的数据之外,要另存两份数据的备份。倘若这三个拷贝丢失的概率相互独立(均为 1%),那么三份拷贝同时丢失的概率就仅有 0.0001% 了,这比两个拷贝同时丢失的概率更低。
  • 两种存储介质:在同一种类型的存储介质上的数据更有可能同时丢失。比如你在电脑的内置存储器上存了三份数据拷贝,但如果电脑的磁盘彻底损坏、误格式化磁盘或者丢失了电脑,那么这些数据便一同丢失了。在上述案例中,另一种类型的存储介质可以是移动硬盘、SD 卡、U 盘、CD、DVD 等。
  • 一个异地备份:多个备份间的物理隔离是很重要的。如果这些备份都放在一个房间里,那么一场火灾就足以毁掉所有的备份。如果条件允许,跨城市(间隔 100km 以上)存储备份就已经很安全了。在家和公司分别存放备份也算作异地备份。

此外也应该注意备份的时效性,如果可能,要尽量缩短备份周期。比如每分钟备份的时效性就强于每小时备份。在数据丢失时,前者只会丢失最近 1 分钟的工作,而后者会丢失最近 1 小时的工作。

云端备份

通常,云端备份是非常可靠的。云端服务器都会帮你做好 321 原则,你只需要选择一家云存储服务商并将要备份的文件上传上去即可。

建议选择提供了自动化备份功能的服务商,这样可以省去手动选择文件上传的步骤。通常自动备份还会对文件进行增量备份,即每次备份只上传上一次备份后有改动的文件,这样能大大节省上传时间。

一个典型的云端备份的例子是 iOS 中的 iCloud 备份功能,开启该功能后,iOS 设备会自动将图片、通讯录、文档、聊天记录、软件存档等个人数据上传到云端。在购买新的 iOS 设备后,这些数据都能够从云端自动恢复到新设备上。

使用对象存储进行简单的备份

定期将服务器上的重要文件打包上传到对象存储,即可实现简单的备份。可以直接使用 Amazon S3、Google Cloud Storage、阿里云 OSS、腾讯云 COS 的对象存储,上述服务均提供 99.999999999% 的持久性,即文件一旦上传完毕,几乎不可能意外丢失。云服务中的对象存储通常是在一个区域内的多个可用区(通常至少三个)进行存储,每个可用区内也包含文件的多个副本。各个可用区之间有一定的距离,所以这实现了异地关于区域和可用区,可以详细参考 AWS 的这篇文章

云服务的对象存储一般都可以选择地区。通常选择地理位置最近的地区以获得最低的延迟。这些服务通常是按照使用量计费的,主要包括在一定时间内占用的存储空间以及传输数据所用的流量费用。比如你要备份 1GB 的数据,那么每月可能只需要几块钱或几毛钱,甚至是免费的。(不同服务商收费不一)

很多服务器上的软件已经集成了使用对象存储进行备份的功能:在服务提供商开通了对象存储后,只需要在软件中配置好授权密钥,就可以使用对象存储进行备份了。如果软件没有集成这种备份功能,那么也可以手动实现简单的备份。比如,使用 mysqldump 导出数据库文件,使用 gziptar 命令压缩、打包要备份的文件。通常对象存储的提供商也有提供命令行工具,使用这些工具可以简单的将文件上传到对象存储中。如 AWS 有 aws,支持 S3 操作;Google Cloud Storage 有 gsutil;阿里云 OSS 有 ossutil;腾讯云有 tccli,支持 COS 操作。

使用快照对服务器进行全磁盘备份

通常快照可以备份服务器磁盘上的所有数据。从快照中恢复也十分方便。这甚至都不需要服务器上的软件支持备份功能。不管是服务器磁盘损坏、系统文件丢失,还是文件删除,都可以从快照中恢复。

如果条件允许,建议同时使用对象存储备份和快照备份。

本地备份

尽管云端备份简单、持久性高,但备份大容量的数据的速度与带宽成反比。何况备份所需要的是上行带宽,这通常是运营商所标称的下行带宽的几分之一。仅仅是使用普通的机械硬盘进行备份,其速度就已经达到了千兆网络的速度,而千兆网络普及率低且价格极其昂贵。所以,遇到数据量大、带宽受限、备份/恢复时间有限等一种或几种情况时,本地备份也许更为合适。

在本地备份则需要自己做好 321 原则。你需要将数据备份到两个硬盘上(通过局域网或有线连接),并将其中一个硬盘存放在异地。很多桌面操作系统都支持了备份,你可以在最新的 Windows 系统的控制面板中找到备份功能,在 macOS 上使用时间机器(Time Machine)进行备份。建议配置好自动备份。

如果条件允许,建议在本地备份的同时,将较重要的文件再备份到云端。

历史版本的保留

我们应该保留文件的早期版本,以便不时之需。保留多个历史版本的文件使用增量备份有助于节省存储空间。如果条件允许,应保留尽可能多的历史版本。

早期的版本可以有相对更长的时间间隔,以便节省空间:像 macOS 中的时间机器(Time Machine),它会保留过去 24 小时的每小时备份、过去一个月内的每日备份、以及过去一个月以上的尽可能多的每周备份,直到磁盘空间填满。

一些网络存储会自动保留历史版本,比如 Dropbox、Google 云端磁盘、iCloud 等。一些软件也会在本地磁盘里保留历史版本。比如 Git 就会保留每一次提交的历史。

建议首先对重要文件保留历史版本,如果可能对所有文件保留历史版本。

其他

对象存储的存储类别(Storage Class)

通常对象存储提供多种存储类别,不同存储类别有不同的定价和使用场景,合理的使用多种存储类别可以节省支出。

Amazon S3 的主要存储类型

按存储价格由高到低排序,持久性均为 99.999999999%,均为多个可用区。

  • STANDARD:默认,适合频繁访问的文件
  • STANDARD_IA:存储单价更低(默认的 54%),但有额外的检索费用。此外,此类型至少存储 30 天,至少 128kb。
  • GLACIER:存储单价最低(默认的 17%),不可实时访问,也有额外的检索费用

大于 128kb 的且不经常访问的备份建议存储到 STANDARD_IA,几乎不会再访问的早期的历史版本可以存储到 GLACIER。

Google Cloud Storage 的主要存储类型

按存储价格由高到低排序,持久性均为 99.999999999%,均为多个可用区。

  • Multi-Regional:多地区存储(比多可用区更强),此存储类型会在一个洲内的多个城市/国家存放文件。按照官网说法上传后的文件会在至少间隔 160 公里的至少两个数据中心存储。适合存放在全球频繁访问的文件
  • Regional:对应 S3 的 STANDARD
  • Nearline:对应 S3 的 STANDARD_IA,是 Regional 价格的 50%,没有最低文件大小限制
  • Coldline:对应 S3 的 GLACIER,且至少存储 90 天,但支持实时访问,是 Regional 价格的 35%,检索费用比 Nearline 更高。

同样的,不经常访问的备份建议存储到 Nearline,几乎不会再访问的早期的历史版本可以存储到 Coldline

阿里云 OSS 的主要存储类型

按存储价格由高到低排序,持久性均为 99.999999999%,均为多个可用区。

  • 标准型:对应 S3 的 STANDARD
  • 低频访问型:对应 S3 的 STANDARD_IA,是标准型价格的 67%,至少存储 30 天,至少 64kb。
  • 归档型:对应 S3 的 GLACIER,是标准型价格的 28%,至少 64kb。至少存储 60 天,检索费用比低频访问型更高。

同样的,不经常访问的备份建议存储到低频访问型,几乎不会再访问的早期的历史版本可以存储到归档型

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