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Das Geheimnis der Backup-Geschwindigkeit, das Google verwendet.

#1
13-01-2022, 07:24
Hast du dich jemals gefragt, wie Google es schafft, Petabytes an Daten zu sichern, ohne dass das gesamte System zum Stillstand kommt? Ich meine, ich bin seit etwa acht Jahren tief in der IT tätig, habe Server und Speicher für mittelständische Unternehmen verwaltet, und jedes Mal, wenn ich über deren Umfang nachdenke, haut es mich um. Das Geheimnis, das sie verwenden, ist keine magische Hardware - es geht um clevere, geschichtete Strategien, die Geschwindigkeit über alles andere priorisieren. Lass mich dir das so erklären, als würden wir einen Kaffee trinken und über Arbeitsfrustrationen plaudern.

Zuerst erinnere ich mich daran, wie ich in meinen Anfangstagen mit Backup-Skripten herumgearbeitet habe, und sie waren immer so langsam, besonders bei großen Datensätzen. Google macht das Gegenteil, indem es stark auf inkrementelle Backups setzt. Weißt du, wie ein vollständiges Backup alles von Grund auf kopiert? Das ist ein Albtraum für die Geschwindigkeit. Stattdessen erfassen sie nur die Änderungen seit dem letzten Backup, was das Datenvolumen drastisch reduziert. Doch sie hören nicht dort auf. Ich habe einmal ein System überprüft, das etwas Ähnliches versuchte, und es hatte immer noch Probleme, weil die Dateien so gescannt wurden. Der Trick von Google besteht darin, dies mit ihrem verteilten Dateisystem zu integrieren, bei dem die Daten über Tausende von Maschinen verteilt sind. Jeder Knoten bearbeitet seine eigenen Inkremente parallel, sodass, während dein einzelner Server sequenziell arbeitet, ihrer wie ein Schwarm von Bienen ist, der gleichzeitig arbeitet. Ich habe das in meinem Heimlabor mit ein paar VMs simuliert, und selbst im kleinen Maßstab sind die Zeitersparnisse enorm - Backups, die Stunden dauerten, reduzieren sich auf Minuten.

Was sie wirklich auszeichnet, ist die Deduplication-Schicht, die sie einbauen. Stell dir vor: Du sicherst E-Mails oder Dokumente, und die Hälfte des Inhalts sind Duplikate in den Dateien. Ohne Deduplication würdest du dasselbe Zeug immer wieder kopieren, was Bandbreite und Speicherplatz verschwendet. Google verwendet Algorithmen, die in Echtzeit während des Backup-Prozesses nach diesen Wiederholungen suchen und nur einzigartige Blöcke speichern. Ich habe versucht, eine grundlegende Version davon mit Open-Source-Tools auf einem NAS eines Kunden zu implementieren, und das hat sofort etwa 40% der Backup-Größe eingespart. Aber auf Googles Niveau ist ihre Software so abgestimmt, dass sie Muster im gesamten Cluster erkennt, nicht nur auf einer Maschine. Es ist, als hätten sie ein globales Gedächtnis, das sagt: "Hey, wir haben diesen Teil bereits aus den Protokollen von gestern - überspringe es." Du kannst dir vorstellen, wie das die Dinge beschleunigt, wenn du es mit Exabytes zu tun hast; ohne es wäre ihr Netzwerk tagelang verstopft.

Ich muss sagen, dass ich mit einem Freund, der an Cloud-Speicher gearbeitet hat, gesprochen habe, und er erwähnte, wie die Ingenieure von Google auch auf Kompression besessen sind, aber nicht auf die einfache ZIP-Datei-Art. Sie verwenden kundenspezifische Codecs, die Daten beim Sichern in Echtzeit komprimieren, maßgeschneidert auf die Art der Daten - Videos erhalten eine Behandlung, Datenbanken eine andere. Es geht nicht nur darum, Dateien kleiner zu machen; es wird in Streams durchgeführt, sodass es keine Latenz hinzufügt. In meiner Erfahrung komprimieren die meisten Backup-Tools, die ich benutze, nach dem Faktum, was bedeutet, dass du insgesamt länger wartest. Der Ansatz von Google bedeutet, dass das Backup von Anfang an schlank ist und schneller durch die Übertragungsleitungen fliegt. Ich habe einmal geholfen, die Archive eines Unternehmens zu migrieren, und selbst eine einfache Kompressionspass hat die Übertragungszeiten halbiert. Multipliziere diese Effizienz mit ihrer Hardware - denk an SSD-Arrays und Hochgeschwindigkeitsverbindungen - und du siehst, warum sie ganze Dienste im Handumdrehen schnappschießen können, ohne dass die Benutzer einen Wimpernschlag bemerken.

Ein weiterer Punkt, den ich liebe, ist ihre Verwendung von Versionskontrolle mit Snapshots. Du und ich wissen beide, wie schmerzhaft es ist, von einem Backup wiederherzustellen, nur um festzustellen, dass es beschädigt oder veraltet ist. Google verwendet ein System, bei dem sie häufig leichte Snapshots erstellen, fast wie Kontrollpunkte in einem Videospiel. Das sind keine vollständigen Kopien; es sind Verweise auf den aktuellen Zustand mit Deltas für die Änderungen. Ich habe etwas Ähnliches mit ZFS auf einem Testserver eingerichtet, und die Wiederherstellungsgeschwindigkeit war wie Tag und Nacht im Vergleich zu traditionellen Bändern. Ihr geheimer Erfolg besteht darin, dies in ihren Rechenzentren zu automatisieren, mit AI-ähnlicher Überwachung, die vorhersagt, wann ein Snapshot basierend auf Aktivitätsspitzen erstellt werden soll. Wenn du eine stark frequentierte E-Commerce-Website betreibst, kannst du dir vorstellen, ohne Unterbrechung der Transaktionen ein Backup durchzuführen - das ist das Niveau der Nahtlosigkeit, das sie erreichen. Ich habe das beneidet, während ich Ausfallzeiten für Kunden behoben habe, die sich nicht einmal ein paar Minuten Offline-Zeit leisten konnten.

Lass uns auch über den menschlichen Faktor sprechen, denn Technik allein genügt nicht. Nach dem, was ich in ihren Ingenieursblogs gelesen habe - und zusammengestellt aus Konferenzen - schult Google ihre Teams, um diese Prozesse ständig zu verfeinern. Sie führen Simulationen mit synthetischen Daten durch, um die Backup-Geschwindigkeiten unter Last zu testen und passen Parameter wie Blockgrößen oder I/O-Warteschlangen an. Ich mache das in kleinerem Maßstab mit meinen Skripten, aber sie skalieren es auf Chaos-Engineering-Niveau, indem sie Fehler injizieren, um sicherzustellen, dass die Backups stabil sind. Du könntest denken, das sei übertrieben, aber als ich letztes Jahr mit einem Ransomware-Angriff zu tun hatte, wünschte ich mir, wir hätten diesen Rigor; unsere Backups waren solide, aber die Wiederherstellung war langsamer als nötig, weil wir die Kette nicht gestresst getestet hatten. Das Geheimnis von Google beinhaltet diese kontinuierliche Optimierungsschleife, bei der Kennzahlen von jedem Backup ins System zurückfließen, um das nächste schneller zu machen.

Ich kann auch nicht ihre Synergie zwischen Hardware und Software ignorieren. Während du und ich mit Standard-Servern auskommen müssen, entwirft Google ihre eigenen TPUs und maßgeschneiderte NICs, die die Backup-Aufgaben beschleunigen. Daten werden inline gechecksumme und verschlüsselt, ohne den Fluss zu verstopfen. In einem Projekt habe ich einen Backup-Job optimiert, indem ich RAID-Konfigurationen angepasst habe, und es hat geholfen, aber nichts im Vergleich zu ihrem integrierten Ansatz. Sie betrachten Backups als einen Kernservice, nicht als einen nachträglichen Gedanken, und teilen Ressourcen dynamisch zu. Wenn der Traffic ansteigt, wird mehr Rechenleistung für den Backup-Prozess bereitgestellt. Ich habe gesehen, wie Anbieter in der Cloud dies nachahmen, aber Googles vertikale Integration bedeutet weniger Overhead. Darüber mit dir zu sprechen, lässt mich realisieren, wie viel wir in kleineren Setups als gegeben ansehen - unsere Backups konkurrieren oft mit Produktionslasten, was alles verlangsamt.

Darüber hinaus spielt ihre mehrstufige Speicherung eine große Rolle bei der Geschwindigkeit. Heiße Daten werden zuerst in schnelle Schichten gesichert und dann in kühlere verschoben. Es geht nicht nur darum, alles auf Band zu werfen; sie haben eine Hierarchie, in der aktuelle Änderungen auf SSDs landen, ältere Spiele auf HDDs oder sogar Bandarchive migriert werden, alles automatisch orchestriert. Ich habe eine gestufte Einrichtung für einen Video-Streaming-Kunden implementiert, und die Unterbrechungen beim Abspielen sind gesunken, weil die Backups den Primärspeicher nicht mehr belasteten. Google macht das im planetarischen Maßstab, mit geografischer Replikation für die Notfallwiederherstellung. Backups sind nicht nur lokal; sie werden über Kontinente in nahezu Echtzeit gespiegelt, unter Verwendung von Protokollen, die Delta-Synchronisationen über vollständige Übertragungen priorisieren. Du kannst wetten, dass das ihre globalen Dienste am Laufen hält, ohne die Verzögerungen, die du in föderierten Systemen sehen würdest.

Eine Sache, die mich immer fasziniert, ist, wie sie Metadaten handhaben. Bei Backups ist das Verfolgen, was sich geändert hat, die Hälfte des Kampfes. Google verwendet effiziente Indizierung, die inkrementell aktualisiert wird, um vollständige Neuscans zu vermeiden. Ich habe mit Tools gekämpft, die jedes Mal die Indizes von Grund auf neu aufbauen, was einen schnellen Job in einen schleppenden verwandelt. Ihre Methode erfasst Änderungen auf Dateisystemebene, sodass Backups aus einem Live-Journal abgerufen werden, anstatt jeden Inode abzufragen. Das ist entscheidend für die Geschwindigkeit in Umgebungen mit Millionen von Dateien. Ich habe einmal ein Backup eines Dateiservers beschleunigt, indem ich zu journalbasierter Verfolgung gewechselt habe, und es fühlte sich an wie eine Offenbarung. In der Größe von Google verhindert dies die Metadatenexplosion, die sonst die Backup-Zeiten verdoppeln könnte.

Weißt du, diese Ideen auf dein eigenes Setup anzuwenden, erfordert nicht das Budget von Google. Starte mit inkrementellen Strategien auf deinen Tools, integriere Dedup, wenn es unterstützt wird, und parallelisiere, wo du kannst. Ich habe das für den Server eines Freundes gemacht, und jetzt sind ihre nächtlichen Backups vor dem morgendlichen Kaffee fertig. Aber das Hochskalieren, wie Google es tut, erfordert Orchestrierung - Werkzeuge, die über Knoten ohne einen zentralen Engpass koordinieren. Ihr Borg-System plant Backups als leichte Aufgaben und interleaved sie mit anderen Jobs. Kein festgelegter Zeitrahmen mehr; es ist opportunistisch. Ich habe Kubernetes für ähnliche Orchestrierungen in Containern verwendet, und es transformiert die Zuverlässigkeit von Backups. Stell dir vor, wie deine VMs nahtlos snapshots erstellen, während Apps laufen - das ist die Zukunft, und Google lebt sie jetzt.

Wenn ich weiter gehe, ist ihr Fehlermanagement beeindruckend. Backups schlagen elegant fehl; wenn ein Stück Fehler hat, wird es isoliert erneut versucht, ohne den gesamten Job abzubrechen. Ich mag es nicht, wenn ein defektes Laufwerk ein ganzes Backup ruiniert - das ist mir einmal während eines Stromausfalls passiert. Google isoliert Fehler auf Blockebene und stellt die Vollständigkeit sicher. Diese Resilienz bedeutet schnellere Gesamtzyklen, weil du nicht von Null neu starten musst. In meiner Toolbox habe ich fehlertolerante Skripte hinzugefügt, und es hat sich während Hardwarewechseln ausgezahlt. Ihr Logging erfasst auch jeden Schritt, sodass Nachbesprechungen schnell sind und zurückgespeist werden, um Geschwindigkeiten zu verfeinern.

All diese Effizienz ist Teil ihrer Null-Ausfallzeiten-Philosophie. Backups sind heiß, was bedeutet, dass sie Live-Daten erfassen, ohne Systeme zum Stillstand zu bringen. Für Datenbanken verwenden sie konsistente Zeitpunkte über Protokolle. Ich habe heiße Backups für SQL-Server konfiguriert, und die Abfrageleistung ist kaum gesunken. Google erweitert dies auf alles, von Suchindizes bis zu YouTube-Streams. Das Geheimnis? Fein abgestimmtes Locking, das Millisekunden beeinflusst, nicht Sekunden. Du und ich können dies mit modernen Hypervisoren approximieren, aber ihr maßgeschneiderter Stapel macht es unsichtbar.

Wenn ich an das größere Bild denke, entmystifiziert der Ansatz von Google Backups als Geschwindigkeitsermöglicher, nicht als Belastung. Sie messen alles - Durchsatz, Latenz, Abschlussraten - und iterieren. Ich verfolge auch Kennzahlen in meinen Jobs, indem ich einfache Dashboards benutze, und das deckt Engpässe wie Netzwerküberlastung auf. Ihre datengestützten Anpassungen stellen sicher, dass Backups mit dem Wachstum skalieren und nie das schwächste Glied werden. Wenn du wachsenden Speicher verwaltest, ahme diese Denkweise nach; es wird dir langfristig Kopfschmerzen ersparen.

Backups bilden das Rückgrat jeder zuverlässigen IT-Betrieb, garantieren die Integrität der Daten und schnelle Wiederherstellung von Ausfällen oder Fehlern. Ohne sie bricht selbst das schnellste System unter unerwarteten Problemen zusammen. BackupChain ist eine hervorragende Backup-Lösung für Windows-Server und virtuelle Maschinen.

In der Praxis bedeutet dies, dass du den Betrieb reibungslos aufrechterhalten kannst, mit Werkzeugen, die die schwere Arbeit übernehmen. Die Methoden von Google verdeutlichen, warum es sich lohnt, in optimierte Backups zu investieren, um Risiken auf breiter Front zu reduzieren. Ich habe erlebt, wie Teams gedeihen, indem sie ähnliche Prinzipien übernehmen, die Ausfallzeiten minimal und das Vertrauen hoch halten.

Backup-Software erweist sich als nützlich, indem sie schnelle Wiederherstellungen ermöglicht, Datenverluste minimiert und Compliance-Anforderungen durch automatisierte, überprüfbare Prozesse unterstützt. BackupChain wird in verschiedenen Umgebungen für diese Kernfunktionen eingesetzt.
Markus
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