Vista 的存储技术揭密-VSS

VSS (Volume Shadow copy Service, 卷映射拷贝服务)，最初是在Windows Server 2003 SP1中引入的存储技术。它通过在卷管理模块上加入快照功能，在此基础上就可以创建基于时间点(Point-In-Time)的映像(Image)，从而实现数据的快速备份和恢复，用户也无需害怕因无意删除数据而造成的困扰，这就是VSS的关键所在。由于VSS所表现的优良特性，因此在Microsfot最新的Vista操作系统中，也加入了该功能。

一、 VSS概述

VSS能够让存储基础设备(比如磁盘、阵列)创建高保真的时间点映像，就是映射拷贝(Shadow Copy)。它可以在多卷、或者单个卷上创建映射拷贝，同时不会影响到系统性能。VSS通过协调业务应用软件、备份程序，以及存储硬件，从而达到创建高保真映射拷贝的能力。它可以应用到以下领域：

A、 快速数据备份和恢复；

B、 针对制定文件的恢复；

C、 磁带备份、测试，以及数据挖掘方面；

由于Microsoft在OS中集成了VSS技术，它将各个处理功能模块化，并针对存储软硬件厂商提供相应的开发接口；开发商只需要关注自己的模块，根据需求设计相关的应用，从而减少了整体设计的难度。就笔者了解，不少软硬件存储公司就采用VSS技术来设计NAS，并以此为基础构建数据保护服务器。

二、 VSS技术原理

VSS整体框架包含了VSS核心模块、请求者(Requestor)、写入者(Writer)，以及提供者(Provider)。各个模块之间的关系如下图所示：

图－1 VSS原理图

其中，各个模块的具体功能如下：

A) 请求者(Requestor)，其主要任务是初始化映射拷贝的创建；由于需要不一样，解决的问题各不相同不同，因此可能设计不同请求者应用。例如，备份应用处理VSS的备份功能，管理应用处理映射拷贝的创建及使用(像WS2003和Vista本身提供的VSS管理软件就是此类)，同时可以设计其他功能应用，来处理专门的业务。对于请求者的应用，包括Windows NT备份模块、备份软件提供商设计的备份应用，以及存储软硬件提供商设计的管理应用。

B) 写入者(Writer)，其主要任务是保证数据的一致性；因为，如果在创建映射拷贝的过程中，应用软件继续往磁盘写入数据，那么将会出现数据非一致性问题，从而影响该时间点映像的完整性。通过在应用写入者模块进行控制处理，来保证数据的一致性，同时也可以达到创建映射拷贝的高效性。通常，写入者可能是Windows OS里面的各种服务模块，像COM+、DHCP服务、Active Directory服务等，除此之外，数据库也是常见的写入者应用。

C) 提供者(Provider)，其主要任务是创建映射拷贝；提供者是创建时间点影响的接口，它可以是基于存储阵列(硬件模式)，或者操作系统(软件模式)。VSS有不同的提供者，其层次关系为：最底层是硬件提供者，中间是软件提供者，最上面是系统软件提供者。其中前面两个提供者，是为第三方硬件或者软件厂商提供的。

D) 卷映射拷贝服务(VSS)核心模块，其主要任务是协调各个模块的协作运行，并提供创建卷映射拷贝的方法；VSS提供了两种创建映射拷贝的方法：一种是完全拷贝(Clone/Full Copy/Split Mirror)，它会创建当前原始数据(Original Data)的全部拷贝；而另外一种就是写时才拷贝(Copy on Write/Differential Copy)，它只创建将要被更新的原始数据的拷贝。因此写拷贝创建映射拷贝速度快，但是恢复数据时需要使用原始数据。

三、 VSS处理流程

VSS处理映射拷贝，需要协调各个模块来完成，从而保证创建出高保真的拷
贝，进而实现数据的一致性，其具体步骤如下图所示：

图－2 VSS处理流程图

A) 第一步，请求者让VSS枚举所在卷上的写入者应用，并收集元数据(Metadata)。

B) 第二步，写入者可能通过XML文件来描述其组件(Components)，并定义其恢复(Restore)方法；其中，考虑到数据一致性，写入者需要一些相关处理，比如对于数据库应用来说，关闭所有打开的事务、回滚事务日志、以及将缓冲区中的数据写入等操作，直到所有数据准备好之后，通知VSS可以创建映射拷贝了。

C) 第三步，VSS对于请求的卷，查询是否支持映射拷贝，并由那个提供者提供；因为在请求者管理应用中，会设置卷的映射拷贝属性以及策略等，所以需要进行查询和判断。

D) 第四步，请求者通知VSS，要求在该卷上创建映射拷贝。

E) 第五步，VSS锁住写入者应用，暂时不让写入新数据(在某些应用情况下，读操作请求是可以允许的)。

F) 第六步，VSS让提供者在磁盘上创建当前状态的映射拷贝(创建映射拷贝的速度，和创建的方法以及提供者的实现相关)。

G) 第七步，创建映射拷贝完毕，VSS解锁写入者应用；然后写入者就可以处理队列中的写请求，接着VSS会查询是否这些写请求在创建映射拷贝期间被保证在队列中，如果是，则说明数据是一致的，否则说明可能数据一致性有问题，并做相应处理。