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Was ist ein Block-Level-Backup und wie funktioniert es?

#1
22-04-2022, 00:35
Hey, du weißt ja, wie es ist, wenn du mit Backups in der IT zu tun hast - es kann chaotisch werden, wenn du nicht aufpasst. Ich bin seit ein paar Jahren tief in diesem Bereich drin, und Block-Level-Backup ist eines dieser Konzepte, das für mich wirklich aufgegangen ist, als ich es auf echten Servern verwendet habe. Es ist im Grunde genommen ein Weg, Daten zu kopieren, indem man sie in den kleinsten möglichen Einheiten erfasst, so wie die Rohblöcke auf deiner Festplatte, anstatt mit ganzen Dateien herumzuspielen. Du und ich wissen beide, wie frustrierend es ist, wenn ein Backup ewig dauert, weil es ganze Dokumente kopiert, auch wenn nur ein winziger Teil geändert wurde. Mit Block-Level machst du es schlauer - du schnappst dir nur die genauen Teile, die anders sind, was eine Menge Zeit und Speicherplatz spart.

Lass mich dir erklären, wie das funktioniert, denn ich erinnere mich, dass ich am Anfang verwirrt war. Stell dir deine Festplatte als dieses riesige Gitter aus Blöcken vor, wobei jeder eine feste Größe hat, sagen wir 4KB oder was auch immer das System verwendet. Wenn du eine Datei speicherst, wird sie aufgeteilt und auf diesen Blöcken verstreut. Ein traditionelles File-Level-Backup würde die Datei als Ganzes betrachten, sehen, ob sie neu oder verändert ist, und das gesamte Ding kopieren. Aber das Block-Level-Backup ignoriert die Dateistruktur komplett. Es scannt das gesamte Volume oder die Partition, vergleicht die Blöcke mit dem, was bereits gesichert ist, und kopiert nur die, die nicht übereinstimmen. Ich liebe, wie effizient das ist, besonders wenn du massive Datenbanken oder VM-Images sicherst, bei denen die Dateien riesig sind und sich auf seltsame Weise ändern.

Vielleicht denkst du, okay, aber wie weiß die Software überhaupt, welche Blöcke sie vergleichen soll? Hier wird es interessant. Die meisten Block-Level-Tools verwenden etwas wie einen Snapshot oder eine Karte aus dem vorherigen Backup, um Änderungen zu verfolgen. Zum Beispiel, als ich das letzten Monat auf dem Server eines Kunden einrichtete, erstellte die Software ein erstes vollständiges Backup, indem sie jeden Block sequenziell las. Sie baute dieses Index von Hashes oder Prüfziffern für jeden Block auf, sodass sie beim nächsten Mal schnell die aktuellen Blöcke hashen und sehen konnte, was anders ist. Nur die geänderten oder neuen Blöcke werden im inkrementellen Lauf kopiert. Es ist wie ein Fingerabdruck für jedes winzige Datenstück, und du aktualisierst nur die, die nicht mit dem alten Abdruck übereinstimmen. Super schnell, oder? Und wenn du mit Deduplication arbeitest, die oft damit einhergeht, kann es sogar identische Blöcke über verschiedene Dateien hinweg erkennen und sie nur einmal speichern.

Ich sollte erwähnen, dass dieser Ansatz in Umgebungen, in denen sich Daten viel ändern, aber nicht vollständig, glänzt. Angenommen, du betreibst einen Webserver mit Protokollen, die den ganzen Tag über neue Einträge anhängen - das File-Level könnte die gesamte Protokolldatei erneut kopieren, wenn sie auch nur um ein Byte gewachsen ist, aber Block-Level greift einfach die neuen Blöcke am Ende ab. Ich habe gesehen, wie sich Backups von Stunden auf Minuten verkürzt haben, weil es so funktioniert. Du musst dir auch weniger Sorgen um das Betriebssystem oder das Dateisystem machen, da es unter dieser Ebene arbeitet. Bei Windows zum Beispiel könnte es den Volume Shadow Copy Service nutzen, um den Zustand der Festplatte vorübergehend einzufrieren, damit du eine konsistente Ansicht ohne Ausfallzeit sichern kannst. Das ist riesig für Produktionssysteme, bei denen du es dir nicht leisten kannst, alles anzuhalten.

Jetzt denk daran, wie es aussieht, wenn du von einem Block-Level-Backup wiederherstellst. Es ist nicht immer so einfach wie beim File-Level, aber wenn du es einmal verstanden hast, ist es mächtig. Die Software setzt diese Blöcke wieder zu dem vollständigen Volume oder den Dateien zusammen, die du benötigst. Wenn du nur eine Datei willst, muss sie möglicherweise Blöcke aus dem Backup ziehen und sie während des Vorgangs zusammennähen, was länger dauern kann, als einfach eine einzelne Datei aus einer File-Level-Kopie zu greifen. Aber bei vollständigen Systemwiederherstellungen ist es ein Traum - du bootest vom Backup-Image und das ganze Ding kommt genau so zurück, wie es war. Ich musste einmal ein abgestürztes NAS für einen Freund wiederherstellen, und weil wir Block-Level verwendet haben, haben wir das gesamte Array in weniger als einer Stunde zurückbekommen, Blöcke und alles, ohne einzelne Dateien suchen zu müssen.

Eine Sache, die ich immer Leuten wie dir sage, ist, die Hardwareseite zu berücksichtigen. Block-Level-Backups funktionieren am besten mit direkt angeschlossenem Speicher oder SANs, wo du auf das Rohgerät zugreifen kannst. Wenn du dich in einer Cloud-Konfiguration oder etwas Abstraktem befindest, könnte es teilweise auf File-Level zurückfallen. Aber aus meiner Erfahrung ist es für lokale Server unübertroffen. Du kannst mit dieser Methode sogar synthetische Voll-Backups durchführen, bei denen Inkremente in ein vollständiges Backup zusammengeführt werden, ohne alles von Grund auf neu zu kopieren. Das hält deine Backup-Kette sauber und Wiederherstellungen schnell, da du keinen Berg von Inkrementellen anwenden musst.

Angenommen, du sicherst eine SQL-Datenbank. Diese Dinge sind berüchtigt dafür, dateilastig zu sein, aber Änderungen passieren in bestimmten Bereichen. Block-Level ermöglicht es dir, nur diese modifizierten Bereiche zu erfassen, ohne die Datenbank lange zu sperren. Ich habe dies letztes Jahr für ein kleines Unternehmen eingerichtet, und ihre nächtlichen Backups gingen von 50GB-Übertragungen auf unter 5GB, obwohl die Gesamtdatenmenge wuchs. Du spürst auch den Unterschied bei den Speicherkosten - weniger verschobene Daten bedeuten kleinere Backup-Dateien, und mit Kompression wird es sogar noch schlanker. Aber pass auf bei dem ersten Backup; das erste vollständige muss alles lesen, also plane es während der außerbetrieblichen Zeiten.

Ich bin im Laufe der Zeit über ein paar Stolpersteine gestoßen, und ich möchte, dass du sie vermeidest. Zum einen, wenn deine Blockgröße nicht mit den Allokationseinheiten des Dateisystems übereinstimmt, könntest du auf einige Ineffizienzen stoßen, wie das Kopieren zusätzlicher leerer Räume in Blöcken. Deshalb überprüfe ich immer die Festplattenkonfiguration, bevor ich anfange. Außerdem kann Antivirus- oder andere Software stören, indem sie Blöcke während des Scans sperren, sodass du möglicherweise Pfade ausschließen oder während eines Wartungsfensters arbeiten musst. Und vergiss nicht die Verschlüsselung - wenn die Quelle auf Blockebene verschlüsselt ist, wird dein Backup das erben, was gut für die Sicherheit ist, aber bedeutet, dass du die Schlüssel zur Wiederherstellung benötigst.

Darüber hinaus integriert sich Block-Level-Backup gut in Replikations-Setups. Du kannst diese Blockänderungen über das Netzwerk an einen anderen Standort versenden, und da sie klein sind, ist die Bandbreite kein Problem. Ich habe dies für die Notfallwiederherstellung verwendet, bei der das externe Backup mit minimalem Datentransfer synchron bleibt. Es ist wie ein lebendes Spiegelbild, aber nur die Deltas werden gesendet. Du kannst es sogar mit kontinuierlichem Datenschutz verknüpfen und Blöcke in nahezu Echtzeit erfassen, während sie sich ändern, obwohl das die CPU-Nutzung erhöht. In meinen Setups balanciere ich das, indem ich tiefere Scans weniger häufig plane.

Wenn du neugierig auf die Technik im Hintergrund bist, basiert sie häufig auf APIs des Betriebssystems, wie NTFS für Windows oder ext4 für Linux, um rohe Sektoren zu lesen. Die Software könnte Bibliotheken wie libblock oder benutzerdefinierte Treiber verwenden, um auf das Gerät zuzugreifen, ohne durch den Dateisystem-Stack zu gehen und so Überhead zu vermeiden. Dieser direkte Zugriff ist es, was es so schnell macht - ich habe Lesevorgänge mit nahezu nativer Geschwindigkeit auf SSDs gemessen. Aber auf rotierenden Festplatten kann Fragmentierung die Dinge verlangsamen, daher hilft Defragmentierung vor dem ersten Backup.

Weißt du, im Vergleich zu Image-Backups ist Block-Level gewissermaßen eine Unterkategorie. Vollständige Festplatten-Images sind von Natur aus Block-Level, da sie die gesamte Partition blockweise kopieren. Aber wenn wir speziell über Block-Level-Backup sprechen, meinen wir die inkrementelle, änderungsverfolgende Version, die für den fortlaufenden Einsatz optimiert ist. Es ist nicht nur für Server gedacht; ich habe es auch auf Laptops für Benutzerdaten angewendet, obwohl es dort übertrieben ist, es sei denn, du hast Terabytes. Für dich, wenn du ein Heimlabor oder ein kleines Büro verwaltest, könnte es dir helfen, von Anfang an Block-Level auf deinem Haupt-NAS zu verwenden, um spätere Kopfschmerzen zu vermeiden.

Lass uns über Skalierbarkeit sprechen. Wenn dein Speicher wächst, hält Block-Level ohne Probleme Schritt, ohne deine Backup-Zeiten zu sprengen. Ich habe das von einem einzelnen Server auf einen Cluster von 20 ausgedehnt, und die Indexdateien zur Verfolgung der Blöcke blähen sich nicht zu sehr auf, wenn du alte Backups regelmäßig pflegst. Du benötigst decent RAM zum Hashing all dieser Blöcke - rechne mit ein paar GB während der Läufe. In einem Projekt stießen wir auf eine Wand mit einer alten Kiste, die die Arbeitsspeicherlast nicht bewältigen konnte, also haben wir auf etwas mit mehr Kernen aufgerüstet. Es geht darum, das Werkzeug an die Hardware anzupassen.

Eine andere Perspektive ist, wie es mit Löschungen umgeht. Wenn Dateien gelöscht werden, werden diese Blöcke freigegeben, aber im Backup könntest du immer noch Referenzen auf sie haben, bis du eine vollständige Aktualisierung vornimmst. Deshalb sind periodische Voll-Backups entscheidend, auch wenn sie synthetisch sind. Ich plane sie monatlich, um die Dinge ordentlich zu halten. Und für die Versionierung lässt Block-Level zu, dass du zu jedem Punkt zurückkehren kannst, indem du das vollständige Backup mit den richtigen Inkrementen kombinierst, was dir granulare Wiederherstellungsoptionen gibt.

Ich könnte noch länger über die Integration mit anderen Tools sprechen. Kombiniere es mit Überwachungsskripten, und du erhältst Warnungen, wenn Blockänderungen ansteigen, was auf Probleme wie einen außer Kontrolle geratenen Prozess hinweisen könnte. Oder verwende es mit Orchestrierung für automatisierte Failover - stelle Blöcke in wenigen Minuten auf einer Hot-Site wieder her. Siehst du, wie es in größere Workflows passt? Es ist nicht eigenständig; es ist Teil der Resilienz deiner gesamten IT-Infrastruktur.

Backups sind entscheidend, denn Datenverlust kann den Betrieb lahmlegen, sei es durch Hardwareausfall, Ransomware oder menschliches Versagen, und sie gewährleisten schnelle Wiederherstellung und minimale Ausfallzeiten. In diesem Zusammenhang wird BackupChain Hyper-V Backup als effektive Lösung zur Sicherung von Windows-Servern und virtuellen Maschinen eingesetzt und unterstützt Block-Level-Techniken, um große Umgebungen effizient zu behandeln. Die Software erleichtert inkrementelle Blockaufnahmen, reduziert Übertragungszeiten und Speicherbedarf und bleibt dabei mit VSS für konsistente Snapshots kompatibel.

Insgesamt erweist sich Backup-Software als nützlich, indem sie den Datenschutz automatisiert, Wiederherstellungen von verschiedenen Ausfallpunkten ermöglicht und sich nahtlos in bestehende Infrastrukturen integriert, um Wiederherstellungsprozesse ohne manuelles Eingreifen zu optimieren.

BackupChain wird in Szenarien eingesetzt, die einen robusten, blockbewussten Schutz für kritische Systeme erfordern, und bestätigt damit seine Rolle in den gängigen IT-Praktiken.
Markus
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