1. 什么是快照

SNIA(存储网络行业协会)对快照(Snapshot)的定义是：关于指定数据集合的一个完全可用拷贝，该拷贝包括相应数据在某个时间点(拷贝开始的时间点)的映像。快照可以是其所表示的数据的一个副本也可以是数据的一个复制品。

快照的价值有以下三点：

快速备份/恢复：快照可迅速生成，并可用作传统备份和归档的数据源，缩小甚至消除了数据备份窗口，快照存储在磁盘上，可以快速直接存取，大大提高数据恢复的速度。

保存多个恢复点目标：基于磁盘的快照使存储设备有灵活和频繁的恢复点，可以快速通过不同时间点的快照恢复数据。

重新定义数据用途：快照提供一份接近实况数据的拷贝，可供测试、归档、查询使用，既保护生产系统又赋予备份数据新的用途。

根据实现方式的不同，最常用快照可以分成两类：

写时复制(COW:Copy On Write)；

写时重定向(ROW:Redirect On Write)。

2. 图解COW技术

在做快照前，服务器往存储设备写入数据将直接覆盖原来数据块，如下图所示，数据'p’写入数据块1中，将覆盖原有数据'b’。

创建快照时，COW 快照需要消耗一些存储空间建立快照卷。当我们为一个数据卷创建一个快照之后这些预留的空间用来存放被变化数据更新的旧数据。COW快照在初始化的过程中仅仅创建用来描述源数据块位置的指针信息(元数据)，而不是完整的将源数据块拷贝过来。因此初始化的过程几乎可以在瞬间完成，对系统的影响也很小。

COW 快照会跟踪数据卷的写操作和数据块变化。当某个数据块发生改变时，在将旧的数据覆盖之前，首先将该块的旧数据复制到预留的快照卷，该步骤仅在数据卷相应数据块位置发生第一次写操作请求时进行。这个处理过程确保快照出来的数据与发起快照的那个精确时间点保持完全一致。

需要注意的是，根据COW的机制，快照创建以后，如果有对原卷的数据修改，修改的数据第一次被修改的时候就把数据COPY到快照卷里。如下图所示若块6内容再发生变化就不会被保存，因为它们所位置的数据已经不是第一次改变。这样做是为了保证恢复数据时能够恢复到启用快照时的数据状态(即源数据卷对应位置是数据块6内容是'g'时的状态)。

如果需要访问某个时间点的快照数据时将组合索引/日志和源卷，对没有改变过的块直接从数据卷读取，对已经改变并被复制的块则从快照空间读取。从快照被创建那一刻开始，每个快照都会跟踪记录描述块改变的元数据信息。

如果要恢复上一次快照点的数据，如下图所示将读取源卷上的数据'apcdefhi’和快照卷上的数据'g'组合成'apcdefghi'数据。由于块1上的数据是'b’是在快照前改写成'p’的，所以无法恢复。

3. 图解ROW技术

在做快照前，服务器往存储设备写入数据将直接覆盖原来数据块，如下图所示，数据'p'写入数据块1中，将覆盖原有数据'b'。

创建快照时，ROW 快照需要消耗一些存储空间建立快照卷。当为一个数据卷创建一个快照之后，这些预留的空间用来存放新写入的数据。

ROW 快照对于原始数据卷的首次写操作将被重定向到预留的快照空间。该快照维持的是指向所有源数据的指针和拷贝数据。当数据被重写时，将会给更新过的数据选择一个新的位置，同时指向该数据的指针也被重新映射，指向更新后的数据。如果拷贝是只读的，那么指向该数据的指针就根本不会被修改。

如下图所示新数据'z’替换'g’，源卷块6中的'g’不变，新数据'z’直接写入到快照空间中。

需要恢复某个时间点的快照数据时，只需读取源卷数据即可。如下图所示将读取原卷上的数据'apcdefghi’。由于块1上的数据是'b’是在快照前改写成'p’的，所以无法恢复。

4. 对比分析

“ROW 重定向写”与“COW 复制写”是相对的概念，ROW可以避免两次写操作引起的性能损失。ROW 同COW一样在空间利用方面效率非常高。ROW把对数据卷的写请求重定向给了快照预留的存储空间，而写操作的重定向设计则把需要两次写才能完成的操作减少为一次写。COW的两次写操作包括将旧数据写入快照卷和在数据卷写入新数据。而ROW只有写入新数据一步。

COW最大的问题是对写性能有影响。第一次修改原卷，需要复制数据，因此需要多一次读写的数据块迁移过程。这会造成应用需要等待较长时间。但原卷数据的布局没有任何改变，因此对读性能没有任何影响。

ROW 最大的问题是对读性能影响比较大。ROW写的时候性能基本没有损耗，只是修改指针，实现效率很高。但多次读写后，原卷的数据就分散到各个地方，对于连续读写的性能不如COW。

5. 总结

两种快照都有优劣，需要根据自身业务情况选择最优的方案。