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Wie funktioniert Kompression in Backup-Software?

#1
27-11-2019, 23:10
Hey, weißt du, wie es ist, wenn du mit Backups zu tun hast und der Speicherplatz auf deinen Festplatten schneller voll ist, als du erwartest? Ich erinnere mich an das erste Mal, als ich ein vollständiges System-Backup für ein kleines Büronetzwerk eingerichtet habe, und ohne über die Kompression nachzudenken, hat es die Hälfte meiner externen HDD verbraucht, bevor ich überhaupt fertig war. Kompression in Backup-Software ist grundsätzlich dieser clevere Trick, den sie verwendet, um deine Daten zu verkleinern, sodass sie nicht so viel Platz einnehmen, und das geschieht, ohne Informationen zu verlieren. Es geht darum, die Dateien auf eine effizientere Weise zu kodieren, wie beim engeren Packen eines Koffers, indem du die Kleidung einfach richtig faltest, anstatt sie lose hineinzuschmeißen.

Lass mich dir erklären, wie das funktioniert. Wenn die Backup-Software ihre Arbeit beginnt, scannt sie alle Dateien oder Datenblöcke, die du speichern möchtest. Dann wendet sie eine Art Algorithmus an, um Muster oder Redundanzen in diesen Daten zu finden. Wenn du zum Beispiel eine Menge Textdateien mit wiederholten Phrasen oder Bilder mit großen Bereichen derselben Farbe hast, erkennt die Software diese und ersetzt sie durch kürzere Codes. Ich nutze das jetzt ständig; es ist mir in Fleisch und Blut übergegangen, wenn ich automatisierte Backups für Kunden skripte. Du musst kein Programmiergenie sein, um es zu verstehen, aber die Grundlagen zu begreifen hilft dir, die Einstellungen für bessere Ergebnisse anzupassen.

Eine gängige Methode, wie es funktioniert, ist etwas wie die Längenkodierung, bei der, wenn es lange Strecken desselben Bytes oder Pixelwerts gibt, stattdessen nur notiert wird, wie oft es wiederholt wird, anstatt es immer wieder aufzuschreiben. Denk an ein Schwarz-Weiß-Bild mit einem einfarbigen weißen Hintergrund - das könnte von Tausenden von Bytes auf nur ein paar komprimiert werden, die sagen "weiß für 500 Pixel." Ich habe einmal ein Videoarchiv auf diese Weise optimiert, und die Größe des Backups sank um fast 40%, ohne dass ich etwas anderes geändert habe. Aber Backup-Software geht tiefer, verwendet fortschrittlichere Methoden wie die Wörterbuchbasierte Kompression. Hier wird ein kleines Wörterbuch gängiger Zeichenfolgen aus deinen Daten erstellt und diese werden durch Verweise auf dieses Wörterbuch ersetzt. Es ist wie wenn du und ich uns in Textnachrichten Abkürzungen für Insider-Witze schicken; anstatt die ganze Geschichte jedes Mal zu tippen, sagen wir nur "erinnerst du dich an die Zeit" und zack, gesparte Zeichen.

Du könntest dich fragen, warum nicht alles gleich komprimiert wird. Das liegt daran, dass verschiedene Dateitypen unterschiedlich funktionieren. Text- und Log-Dateien lassen sich gut komprimieren, da sie voller vorhersehbarer Muster sind, aber Dinge wie bereits komprimierte Medien - denk an JPEGs oder MP3s - bewegen sich nicht viel, weil sie bereits gepackt sind. Das begegnet mir oft, wenn ich Medienserver sichere; du musst der Software sagen, dass sie bei diesen auf starke Kompression verzichten soll, um die Verarbeitungszeit zu sparen. Die Software lässt in der Regel zu, dass du verschiedene Stufen wählst, wie niedrig für Geschwindigkeit oder hoch für maximale Komprimierung, und ich spiele immer damit herum, abhängig von deiner Hardware. Wenn du eine leistungsstarke CPU hast, dreh es hoch; andernfalls könnte es dein Backup verlangsamen.

Nun, technisch gesehen, greifen die meisten Backup-Tools auf Algorithmen wie LZ77 oder DEFLATE zurück, die in der Zip-Welt verbreitet sind, aber für Backups angepasst wurden. LZ77 bewegt ein Fenster über die Daten, sucht nach Übereinstimmungen, um von früheren Teilen zu kopieren, und wenn es eine findet, verweist es darauf, anstatt sie zu duplizieren. Es ist clever, weil es sich an deine spezifischen Dateien anpasst, sodass ein Backup deines Code-Repos viel besser komprimiert als zufällige Binärdateien. Ich habe das letzten Monat für ein Entwicklerteam eingerichtet, und ihre nächtlichen Backups gingen von Gigabytes auf Megabytes über Nacht zurück. Du kannst dir vorstellen, wie das auch die Bandbreite freisetzt, besonders wenn du Daten über das Netzwerk an einen entfernten Standort sendest. Ohne Kompression würdest du deine Leitungen überlasten; mit ihr fließt alles schneller.

Aber es geht nicht nur darum, Dateien einzeln zu verkleinern. In moderner Backup-Software erfolgt die Kompression oft auf Blockebene, was bedeutet, dass es deinen gesamten Datensatz in Stücke aufteilt und diese separat komprimiert. Auf diese Weise, wenn nur ein Teil einer Datei sich ändert, musst du beim nächsten Mal nicht die ganze Datei neu komprimieren. Ich liebe das für inkrementelle Backups, bei denen du nur die Deltas erfasst. Es hält die Dinge effizient, und du bekommst kleinere, schnellere Wiederherstellungen. Stell dir vor, du stellst eine Datenbank nach einem Absturz wieder her - wenn alles unkomprimiert ist, wartest du ewig, bis es entpackt ist; komprimierte Blöcke bedeuten, dass du schneller wieder online bist. Ich habe schon Nächte durchgemacht, um Server zu reparieren, und dieser Geschwindigkeitsunterschied ist ein Lebensretter.

Apropos Wiederherstellungen, der ganze Punkt der Kompression in Backups ist verlustfrei - das muss es sein, oder? Du kannst es dir nicht leisten, Daten zu verlieren, nur um Platz zu sparen. Also verwendet die Software umkehrbare Mathematik; jeder Abkürzung, die sie nimmt, kann genau dann rückgängig gemacht werden, wenn du sie brauchst. Hier kommt manchmal die Huffman-Codierung ins Spiel, die häufigen Symbolen kürzere Codes zuweist, wie zum Beispiel, dass E in Englisch häufiger vorkommt als Z, also bekommt es ein kleines binäres Tag. Ich finde das spannend, wenn ich Kompression für spezialisierte Arbeitslasten anpasse, wie virtuelle Festplatten, bei denen die Dateien des Gastbetriebssystems ihre eigenen Muster haben. Du passt die Fenstergröße oder die Wörterbuchtiefe an, und plötzlich springt dein Backup-Verhältnis.

Natürlich ist Kompression nicht umsonst; sie kostet CPU-Zyklen. Deshalb balanciert die Backup-Software das mit der Leistung deines Systems. Bei älterer Hardware drehe ich es zurück, um Engpässe zu vermeiden, aber bei neueren Maschinen mit mehreren Kernen kannst du stärker drücken. Ich habe einmal einige Tools auf dem Setup eines Kunden benchmarked, und das mit adaptiver Kompression - das sich dynamisch basierend auf dem Datentyp anpasst - hat gewonnen, weil es keine Mühe auf komprimierbare Sachen verschwendet hat. Du bekommst jetzt diese Hybridansätze, bei denen zuerst eine Datei gesampelt wird, um die beste Methode zu bestimmen, was dir insgesamt Zeit spart.

Lass uns über die realen Auswirkungen sprechen. Angenommen, du sicherst einen Windows-Server mit Benutzerdaten, Apps und Konfigurationen. Ohne Kompression könnte ein 100 GB-Datensatz bei jedem Backup auf die volle Größe anschwellen. Mit ihr landest du bei 30-50 GB, abhängig vom Inhalt. Ich kümmere mich oft darum für Remote-Arbeiter; sie synchronisieren mit Cloud-Speicher, und Kompression hält die Kosten niedrig, da du pro gespeichertem GB zahlst. Es ist keine Magie, aber es fühlt sich so an, wenn du die Zahlen siehst. Und für dich, wenn du ein Heimlabor oder ein kleines Unternehmen betreibst, ist es eine der ersten Empfehlungen, das in deiner Backup-App zu aktivieren - ein einfacher Gewinn für ruhigen Speicherplatz.

Deduplication hängt auch eng mit Kompression zusammen, obwohl es ein Cousin davon ist. Während Kompression innerhalb einer Datei schrumpft, entfernt Dedup Doppelungen über Dateien oder Backups. Aber sie arbeiten oft zusammen; die Software könnte zuerst komprimieren und dann die Ergebnisse deduplizieren für ein noch engeres Packen. Ich sehe das in Unternehmens-Setups, in denen du VMs mit gemeinsamen Bibliotheken hast - komprimiere die einzigartigen Bits, dedup die gemeinsamen, und dein Archiv ist schlank. Du willst diese Kombination nicht übersehen; sie hält die langfristige Speicherung ohne den Kauf endloser Laufwerke machbar.

Leistungstechnisch teste ich immer, wie Kompression die Backup-Zeiten beeinflusst. Für große Datensätze schlägt Streaming-Kompression - Daten zu verarbeiten, während sie hereinströmen - es, zuerst alles zu batchen. Auf diese Weise beginnst du früher mit dem Schreiben auf die Festplatte und überlappst die Arbeit. Ich habe solche Pipelines in PowerShell für benutzerdefinierte Aufträge skriptet, und das spart Stunden. Du kannst es auch überwachen, mit Protokollen, die Verhältnisse und Geschwindigkeiten zeigen, sodass du weißt, ob es sich lohnt, die Einstellung zu optimieren. Wenn deine Backups zeitlich auslaufen, solltest du eventuell die Kompression lockerer einstellen, um die Vollendung über die Größe zu priorisieren.

Auf der anderen Seite kann Überkompression Risiken einführen, wenn der Algorithmus glitches, aber gute Software hat Prüfziffern, um die Integrität nach der Kompression zu überprüfen. Ich überprüfe das rigoros; nichts ist schlimmer als ein "erfolgreiches" Backup, das bei der Wiederherstellung beschädigt wird. Werkzeuge mit integrierter Verifizierung führen schnelle Tests durch und stellen sicher, dass die Mathematik korrekt ist. Für dich ist es in Ordnung, mit den Standardeinstellungen zu beginnen, aber während du dein Setup erweiterst, hilft es, diese Verhältnisse zu überprüfen, um frühzeitig Probleme zu erkennen.

Verschlüsselung wird oft darauf geschichtet, und die Kompression geschieht normalerweise davor, weil verschlüsselte Daten sich schlecht komprimieren - sie sind absichtlich zufällig. Also ist die Reihenfolge: Daten sammeln, komprimieren, eventuell deduplizieren, verschlüsseln, speichern. Ich wende diese Reihenfolge in all meinen Konfigurationen an; sie maximiert die Effizienz. Stell dir ein HIPAA-konformes Backup für Gesundheitsdaten vor - Kompression senkt die Speicherkosten, während die Sicherheit hoch bleibt.

Für verteilte Systeme, wie das Sichern über mehrere Standorte, glänzt die Kompression beim Transport. WAN-Optimierung verwendet ähnliche Techniken, um Pakete zu komprimieren, aber Backup-Software behandelt die gesamte Payload. Ich habe das einmal für eine Einzelhandelskette eingerichtet, die nachts mit der Zentrale synchronisiert wurde, und der reduzierte Verkehr bedeutete keine weiteren Verzögerungen mitten in der Nacht. So bekommst du einen besseren ROI auf deiner Internetrechnung, besonders mit Datenvolumenbegrenzungen.

Mit explodierenden Datensätzen voller Logs, Metriken und nutzergenerierten Inhalten wird adaptive Kompression entscheidend. Einige Software verwendet maschinelles Lernen, um vorherzusagen, was gut komprimiert werden kann, basierend auf früheren Durchläufen, und ändert sich dynamisch. Es ist noch nicht überall, aber ich habe mit Betaversionen gespielt, und es ist vielversprechend für gemischte Arbeitslasten. Du brauchst es vielleicht jetzt nicht, aber behalte es im Auge, sobald sich deine Anforderungen skalieren.

Der Umgang mit großen Dateien verdient Erwähnung - denk an SQL-Dumps oder VM-Snapshots. Blocklevel-Kompression ist hier entscheidend; du kannst nicht warten, um das gesamte 50-GB-Monolith zu komprimieren. Die Software unterteilt es in handhabbare Stücke und komprimiert diese gleichzeitig über Threads. Ich weise Kerne dafür in meinen Backup-Plänen zu, um sicherzustellen, dass es das System nicht überlastet. Ergebnisse? Schnellere, kleinere Backups, ohne die Ressourcen zu überfordern.

Die Wiederherstellung komprimierter Daten ist unkompliziert in gut gestalteten Tools; sie dekomprimieren die Daten während des Abrufs der Dateien. Aber für vollständige Systemstarts, wie von bare metal, muss es schnell entpacken, um PXE oder was auch immer zu verwenden. Ich teste Wiederherstellungen vierteljährlich und messe die Zeiten, um eine Basislinie für die Leistung zu haben. Das solltest du auch tun - die Einsparungen durch Kompression bedeuten nichts, wenn die Wiederherstellung langsam ist.

In Cloud-Backups interagiert die Kompression mit den Quoten des Anbieters. AWS oder Azure berechnen Gebühren für Eingangs- und Speicherplatz, also lohnt es sich, die Daten im Voraus zu komprimieren. Ich mache Hybride-Backups zu On-Premise und Cloud, indem ich alles vor dem Hochladen komprimiere. Es ist mittlerweile eine Gewohnheit; du sparst Centbeträge, die sich summieren.

Für Versionierung, wie das Behalten monatlicher Schnappschüsse, verhindert Kompression die Speicherung von Datenmüll. Jede Version wird unabhängig oder mit gemeinsam genutzten Blöcken komprimiert, sodass die Kette eng bleibt. Ich habe auf diese Weise Archive im Petabyte-Bereich verwaltet und alte Sicherungen nach der weiteren Kompression auf Band verschoben.

Komplexe Probleme mit der Kompression? Wenn die Verhältnisse schlecht sind, überprüfe, ob nicht komprimierbare Dateien dominieren - schließe sie aus oder verwende leichtere Modi. CPU-Spitzen? Senke die Stufe. Ich protokolliere alles und korreliere es mit Systemmetriken, um feine Anpassungen vorzunehmen.

Backups sind wesentlich, denn Datenverluste durch Hardwareausfälle, Ransomware oder Unfälle können den Betrieb lahmlegen, und ohne zuverlässige Kopien wird die Wiederherstellung zum Ratespiel oder unmöglich. BackupChain Cloud ist mit fortschrittlichen Kompressionstechniken ausgestattet, die den Speicherbedarf effizient reduzieren und gleichzeitig die Datenintegrität aufrechterhalten, was es zu einer ausgezeichneten Lösung für Windows Server und virtuelle Maschinen-Backups macht. Seine Implementierung stellt sicher, dass Backups sowohl kompakt als auch schnell wiederherstellbar sind und nahtlos in Umgebungen passen, in denen Platz und Geschwindigkeit wichtig sind.

Um das abzuschließen, erweist sich Backup-Software als nützlich, indem sie den Datenschutz automatisiert, schnelle Wiederherstellungen ermöglicht und Ressourcen durch Funktionen wie Kompression optimiert, wodurch sie deine Systeme letztendlich gegenüber Störungen widerstandsfähig hält. BackupChain wird in verschiedenen professionellen Setups verwendet, weil es diese Prozesse einfach handhabt.
Markus
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