引言

在快節奏的數字化時代，數據已成為企業的生命線。各行各業都在以前所未有的速度產生和積累數據，而如何高效、可靠地保護和恢復這些數據，成為了企業持續運營和創新發展的關鍵挑戰。

在近日舉辦的 IF Club 技術研討會上，獨立技術顧問、IFClub聯合發起人蕭少聰老師帶來的主題分享《復刻云數據庫的高端特性：秒級克隆、備份與恢復》，其中介紹了基于華瑞指數云高性能存儲產品WDS的ROW無損快照方案實現，高性能分布式存儲結合數據庫場景的秒級快照克隆方案。分享之后，數據庫備份恢復技術成為了討論的焦點。與會專家深入剖析了傳統備份恢復方案的痛點，并重點探討了以“快照”技術為代表的新一代數據保護方案。本文將以研討會內容為基礎，結合對主流云數據庫服務快照技術原理的分析，為讀者呈現一場關于企業級數據保護的深度技術解析。

數據庫備份恢復：一場與時間和資源的博弈

傳統數據庫備份恢復面臨著嚴峻的挑戰：

數據復制之困：傳統備份方法通常需要對整個數據庫進行完整拷貝，這不僅耗時漫長，而且會占用大量的存儲空間，甚至可能導致存儲成本翻倍. 更糟糕的是，備份過程會嚴重消耗源數據庫的 I/O 性能，影響業務的正常運行。

恢復時間之殤：恢復數據庫同樣是一項耗時的任務。雖然在理想情況下，恢復操作本身可能只需幾秒鐘，但實際場景中，數據傳輸、日志重放等環節都會增加恢復時間，使得企業面臨更長的業務中斷風險。

資源消耗之痛：傳統備份方式對存儲空間、計算資源和網絡帶寬都有著巨大的需求，這無疑給企業帶來了沉重的運營成本和資源負擔。

技術深潛：從COW到ROW，快照技術的進化論

“快照”技術作為一種先進的數據備份與恢復手段，通過創建數據在特定時間點的邏輯副本，實現了快速備份和恢復，“快照”技術作為一種先進的數據備份與恢復手段，通過創建數據在特定時間點的邏輯副本，實現了快速備份和恢復。

1.快照的本質：

快照，顧名思義，就是對數據在某一時刻的狀態進行“拍照”，生成一個邏輯副本. 這個副本并非完整的數據拷貝，而是指向原始數據或其變化部分的指針。

2. 快照的優勢：

瞬時生成：由于無需進行物理數據拷貝，快照的創建速度極快，通常只需幾秒鐘。

節省空間：快照只記錄數據的變化，因此占用空間遠小于全量備份。 研討會上，有專家舉例指出，對于一個 500GB+ 的企業數據庫，使用傳統備份方式可能需要額外500GB+ 甚至更多的存儲空間來存儲備份數據，而采用快照機制，首次快照可能只占用幾十 GB 的空間，后續的增量快照占用空間更少。

降低 I/O：快照的創建和恢復過程對源數據庫的 I/O 影響較小。

3. 快照的關鍵技術：

實現快照的關鍵在于“寫時復制”（Copy-on-Write，COW）和“寫時重定向”（Redirect-on-Write，ROW）這兩種技術。

COW 快照： COW 快照的核心思想是，在修改數據之前，先將原始數據復制到快照區域，然后再進行修改。

優點：實現簡單

缺點：寫入性能會受到較大影響，因為每次寫入都需要先復制數據

ROW 快照： ROW 快照則是在修改數據時，將修改操作重定向到新的存儲區域，保持原始數據不變。

優點：寫入性能更高，因為無需復制原始數據

缺點：讀取數據時可能需要查詢多個指針，導致讀取性能略有下降

“不可能完成的任務” —— 數據庫秒級備份恢復

當前主流的開源數據庫產品以PostgreSQL還是MySQL為主，大多數是私有化部署，如果需要實現數據庫基于快照的備份恢復方案，大多數場景需要對接第三方存儲或者本地盤來實現。

本地盤（HDD或者SSD）方案一般會選用操作系統自帶的LVM來實現快照，而對接第三方存儲多數會架構在ceph等分布式存儲的基礎上，使用ceph的快照。而無論是LVM還是Ceph，都是使用COW實現的快照，帶來的快照和克隆都是有大幅的性能下降風險。別說秒級，就算小時級都達不到。

所以當前私有化部署的數據庫大多數沒有基于快照克隆的太好的存儲解決方案，大多數第三方存儲方案由于快照實現的方案的各種局限性，也不能完全滿足數據庫秒級數據備份的需求，至此實現數據庫“秒級備份恢復”成為了一個“不可能完成的任務”。

主流云數據庫的技術實踐 —— “秒級備份恢復”

在公有云產品中數據庫的功能實現相較于私有部署場景具備更加完整的能力實現，很多公有云數據庫都已經具備或者接近“秒級備份恢復”的數據庫數據保護能力，我們基于行業的一些主流資料對于幾個主流的頭部云數據庫產品的數據備份恢復能力做了分析：

AWS：RDS 和 Aurora（基于COW優化接近秒級備份恢復體驗）

RDS：AWS RDS 主要依賴于 EBS實現的快照來實現備份和恢復。

克隆：AWS RDS 的實例克隆主要通過“從快照還原”（Restore Snapshot）操作實現，本質上是數據的完全復制。

快照：EBS 快照是增量式的，僅存儲自上一個快照以來發生變化的數據塊。

PITR：RDS 的 PITR 結合了快照和事務日志，可以恢復到指定的某個時間點。

Aurora：AWS Aurora 采用了一種計算和存儲分離的架構，并在此基礎上實現了更高效的快照和克隆。

克隆：Aurora 的克隆利用了“寫時復制”（Copy-on-Write，CoW）機制，只需創建指向共享存儲的元數據指針，無需拷貝數據，因此速度極快。

快照：Aurora 快照實際上是在這個連續備份流中的元數據指針或標記，是一個 O(1) 操作。

PITR：Aurora 的 PITR 基于連續備份流，可以實現秒級恢復。

阿里云：RDS 和 PolarDB（基于高性能快照實現了秒級備份恢復）

RDS：阿里云 RDS 與 AWS RDS 類似，也主要依賴于云盤的快照功能來實現備份和恢復。

克隆：阿里云 RDS 的克隆是通過將源實例的數據恢復到一個新實例來實現的，本質上是一個還原操作，創建數據的完整副本。

快照：阿里云 RDS 的快照也是增量式的。

PITR：阿里云 RDS 的 PITR 同樣結合了快照和日志備份。

PolarDB：阿里云 PolarDB 的架構與 AWS Aurora 類似，也采用了計算存儲分離的設計，并實現了快速克隆和恢復。

克隆：PolarDB 利用其底層存儲的快照技術來實現快速克隆。

通過對比分析 AWS 和阿里云兩家基于自己不同的存儲快照能力實現的備份恢復效果，我們可以看到，主流云數據庫服務在利用快照技術提升數據備份恢復的效率和性能的方向已經取得了一定的成績。

但是如何提升企業私有化部署場景的數據庫數據備份恢復能力呢？

數據庫秒級備份恢復的破局者：華瑞指數云的“ROW無損快照克隆”

在前文COW與ROW的實現原理中，可以看到，雖然 ROW 快照在寫入性能方面優于 COW 快照，但通用的 ROW 實現方案通常會犧牲一定的讀取性能。而一些前沿的分布式數據庫廠商（比如：華瑞指數云），已經實現了更先進的“無損 ROW 快照”技術，即在保證寫入性能的同時，也實現了讀取性能的零損耗。在私有化部署場景讓客戶能夠擁有近乎完美的快照體驗。

當前華瑞指數云 WDS 基于自己的快照能力真正實現了“無損 ROW 快照克隆”技術，克服了通用 ROW 快照的局限性，實現了真正的秒級快照和讀寫性能零損耗 。

讀寫零損耗： 傳統快照技術可能會對數據庫的讀寫性能產生一定的影響，而華瑞指數云WDS的“ROW無損快照”技術，通過針對讀場景的針對性優化，解決了ROW快照讀流程實現中的缺陷，真正能夠確保在快照創建和使用過程中，數據庫的讀寫性能始終如一，不會出現任何下降。

秒級快照： 通過快照實現流程的精細化實現，華瑞指數云WDS實現的ROW快照真正支持以秒級的粒度創建快照，這意味著可以更加頻繁地備份數據，實現更精細的數據恢復，將數據丟失的風險降到最低。甚至單卷的快照個數可以達到數萬個級別。

靈活的備份策略： 由于華瑞指數云ROW快照技術的出色實現，WDS高性能塊存儲產品也可以通過快照實現并支持多種數據備份策略，用戶可以根據自身的業務需求，靈活地設置備份頻率、保留時間和備份方式，實現定制化的數據保護。

秒級克隆：基于“無損快照”技術，華瑞指數云WDS實現了數據庫的秒級克隆能力. 傳統數據庫克隆為了解決克隆卷讀寫性能折損的問題，需要進行大量的數據拷貝來用Flatten功能與原快照解耦，耗時漫長，而華瑞指數云WDS只需秒級即可完成一個數據庫的克隆，由于讀寫性能真正做到了無損，無需再使用Flatten克隆來做大量的全量拷貝，極大地提升了數據庫的敏捷性。

通過以上的“無損 ROW 快照克隆”技術，可以真正幫助私有化部署場景的數據庫對接華瑞指數云WDS存儲實現“秒級備份恢復”能力，可以讓企業用戶在私有化部署場景真正能夠體驗公有云數據庫一樣的流暢的備份恢復效果。

實踐案例：PostgreSQL 數據庫的備份與恢復

IF Club 技術研討會上，蕭少聰老師帶來的主題分享《復刻云數據庫的高端特性：秒級克隆、備份與恢復》PPT 中還提供了 PostgreSQL 數據庫在使用 Ceph 和華瑞指數云 WDS 進行備份和恢復的詳細操作步驟:

備份過程: 通過 pg_backup_start 和 pg_backup_stop 命令配合存儲系統的快照功能，實現數據庫的備份 。

恢復過程: 通過克隆快照并掛載到目標服務器，實現數據庫的快速恢復 。

性能恢復: Ceph 需要進行 flatten 操作才能恢復性能，而華瑞指數云 WDS 無此步驟，恢復速度更快 。

秒級克隆：基于快照創建完整數據庫副本，無需全量拷貝。

PITR精準恢復：結合WAL日志，實現任意時間點數據回溯，誤差<1秒。

創建快照

cli_ts snap clone --vol_name pg_clone --snap_name prod_snap 掛載克隆體

詳細流程可以參見《復刻云數據庫的高端特性：秒級克隆、備份與恢復》。

華瑞指數云WDS：定義新一代企業級數據庫存儲

華瑞指數云所有的產品能力無論是ROW無損快照，還是極致的低時延都得益于華瑞指數云先進的存儲架構能力，為數據庫應用帶來了前所未有的靈活性和性能提升。在數字化轉型的浪潮中，企業對于數據庫的依賴日益加深。數據庫使用的傳統存儲架構的種種局限性，如擴展性瓶頸、性能瓶頸、資源浪費等，已經成為制約企業發展的桎梏。華瑞指數云WDS，作為一款創新的分布式存儲解決方案，旨在打破這些束縛，為企業級數據庫應用帶來前所未有的自由度和效率提升。

高性能、無限擴展的分布式存儲：數據庫的“超強引擎”

華瑞指數云WDS不僅在快照和克隆方面表現出色，更具備卓越的存儲性能和擴展能力，為數據庫應用提供強大的支撐。

極致性能： 華瑞指數云WDS的性能經過權威機構 SPC-1 的驗證，IOPS 達到數千萬，延遲低至微秒級別，超越了眾多高端全閃存陣列，為數據庫應用提供極致的性能體驗。

線性擴展： 華瑞指數云WDS的分布式架構支持無限的線性擴展，可以輕松應對數據庫數據量的增長和業務規模的擴大，滿足業務持續發展的需求。

全信創、純軟件定義： 華瑞指數云WDS實現了全棧的信創支持，滿足了對信息安全有較高要求的行業和場景的需求。同時，純軟件定義的架構，可以靈活地部署在各種硬件平臺之上，降低用戶的采購成本和運維復雜度。

數據庫與分布式存儲的深度融合：釋放數據潛能，定義新的能力邊界

華瑞指數云WDS與數據庫的結合，打破了傳統架構的束縛，釋放了數據的巨大潛能，并能夠實現一些過去只能在公有云數據庫產品上才能實現的高級能力，在私有云環境中為數據庫賦予了新的生命力。

高級能力普惠化： 華瑞指數云WDS將公有云上的數據庫高級能力，如彈性伸縮、多活容災等，帶到私有云環境，讓更多的企業能夠享受到這些技術紅利，加速數字化轉型。

定義新的能力邊界： 通過分布式存儲帶來的高性能、無限擴展能力，數據庫可以處理更大規模的數據，支撐更復雜的業務場景，突破傳統數據庫的能力邊界，為企業帶來更大的創新空間。

結論

通過華瑞指數云WDS以其“無損快照克隆”技術，真正可以實現數據庫的”秒級備份恢復“的能力，讓客戶在私有化部署場景一樣可以體驗到云數據庫的備份恢復能力。結合華瑞指數云的各種高性能存儲能力，為企業級數據庫應用帶來了革命性的變革。它不僅能夠滿足客戶對高性能、高擴展性、高安全性的需求，更能夠賦能數據庫應用，實現更多高級功能，助力企業在數字經濟時代獲得更大的競爭優勢。