Обеспечение целостности информации с помощью программных и аппаратных средств. Тема 11

1. Тема 11. Обеспечение целостности информации с помощью программных и аппаратных средств.

1

2. Терминология резервирования

Оперативное и автономное резервирование
Оперативное резервирование (Online Backup). Это означает, что
накопитель, на который будет проводиться резервирование или с
которого будет выполняться восстановление, подключён. Жёсткий диск
может или работать, или быть в режиме бездействия, ожидая команды
пользователя. Он может быть либо подключён напрямую к компьютеру,
либо доступен по сети. Но доступ к нему есть, накопитель готов к
выполнению задач резервирования или восстановления данных.
Автономное резервирование (Offline Backup). Данный способ
подразумевает хранение резервной копии на съёмном носителе, кассете
или картридже, который перед использованием следует установить в
привод.
Что касается ноутбуков, то тут есть ещё одна проблема: доступен он
или нет. Поскольку ноутбук подразумевает мобильность, то не всегда
можно получить окружение резервирования, будь то внешний жёсткий
диск, стример или другой компьютер в офисной или домашней сети.
2

3. Типы резервирования

• Полное резервирование (Full Backup). Создаётся резервный
архив всех системных файлов, обычно включающий состояние
системы (system state), реестр и другую информацию,
необходимую для полного восстановления ПК. То есть
резервируются не только файлы, но и вся информация, которая
необходима для работы системы.
• Добавочное (инкрементное) резервирование (Incremental
Backup). Резервный архив составляется из всех файлов, которые
были модифицированы после предыдущего резервирования,
полного или добавочного.
• Разностное
(дифференциальное)
резервирование
(Differential Backup). Архив состоит из всех файлов, которые были
изменены после последнего полного резервирования.
• Выборочное резервирование (Selective Backup). Архив
состоит только из отобранных файлов, например, из документов
Word и Excel.
3

4.

Поскольку каждое добавочное резервирование включает только файлы,
которые были изменены после предыдущего резервирования, то при
восстановлении большого числа файлов или полного диска (с полного
резервирования и ежедневных добавочных копий) может потребоваться
сначала выполнить восстановление с последней полной копии, а затем восстановление со всех или с большинства добавочных копий по очереди.
Большинство программ резервирования с подобными ситуациями
справляются самостоятельно.
Поскольку разностная копия содержит в себе все файлы, которые
изменялись
после
последнего
полного
резервирования,
то
восстанавливать большое количество файлов или полный диск из такой
копии проще, чем через добавочные копии. Достаточно иметь копию
последнего полного резервирования и копию последнего разностного
резервирования.
Но добавочное резервирование позволяет экономить место на носителе
с резервными копиями, поскольку оно включает только те файлы, которые
изменились после последнего резервирования. А отнюдь не все файлы,
которые были изменены после последнего полного резервирования, как
делает разностный способ.
Выборочное резервирование тоже может быть полным, разностным или
добавочным. Конечно, при выборочном резервировании каждая
резервная копия содержит только те файлы, которые вы указали. Обычно
выборочное резервирование выполняется вручную с помощью программ
(например, Super Flexible File Synchronizer) или командных утилит, таких
как copy и xcopy. Для выполнения резервирования можно составить
пакетные файлы с командами (.cmd).
4

5.

Современные компьютеры (настольные и ноутбуки) содержат большое
число интерфейсов и возможностей подключения, так что выбор стратегий
резервирования достаточно богат. Перечислим самые распространённые
носители, используемые для резервирования данных.
• Второй жёсткий диск является, наверное, наиболее популярной средой
резервирования. У настольных ПК можно поместить второй привод внутри,
но большинство ноутбуков позволяют установить только один внутренний
жёсткий диск, поэтому, скорее всего, придётся подключать внешний
накопитель по интерфейсу USB или FireWire. Есть и некоторые
преимущества: многие модели внешних жёстких дисков поставляются с
программами для резервирования. Кроме того, подобное решение, если
брать 2,5" модели, будет весьма компактным. Вряд ли с ноутбуком будет
удобно носить массивные оснастки для 3,5" винчестеров.
• Приводы ZIP и стримеры уже долгое время используются для
резервирования данных. Но кассеты и приводы ZIP не всегда идут в ногу со
временем. Диски ZIP имеют максимальную ёмкость 750 Мбайт. С
появлением новых 2,5" жёстких дисков, обладающих ёмкостью 500 Гбайт, и
даже 1000 Гбайт у некоторых моделей, альтернативные технологии
становятся уже не такими привлекательными, как раньше. Но стримеры и
приводы ZIP всё ещё активно используются на многих домашних
компьютерах и в офисах. По сравнению с жесткими дисками стримеры
обладают меньшим энергопотреблением при сопоставимых объемах
записываемой информации, но скорость доступа к информации у них так же
ниже.
• Накопители PC Card подключаются через слот PCMCIA. Этот слот у
многих пользователей ассоциируется с модемами, адаптерами или другими
устройствами ввода/вывода, но в него можно подключать и специальные
накопители. Слот ExpressCard пришел на смену PC Card и начал широко5
устанавливаться на ноутбуки примерно с середины 2005 года.

6.

• Записываемые диски DVD или CD прекрасно подходят для
резервирования. Что касается ноутбуков, то в этом случае будет
лучше, если поблизости есть розетка питания. У подобного
способа резервирования есть существенный недостаток: высокое
энергопотребление, поскольку одновременно активны и жёсткий
диск, и оптический привод. Кроме того, следует воспользоваться
помощью программы записи дисков или программным
обеспечением для резервирования, которое поддерживает такую
возможность.
• Встроенные
«картоводы»
(«картридеры»)
Compact
Flash/SD/MMC/MS есть практически во всех современных
ноутбуках и у многих ПК. В них можно вставлять карты на 32/16
Гбайт, хотя 8/4-Гбайтные версии стоят дешевле. Если для
резервирования большого объёма данных такие карты не
подойдут, ёмкости от 8 до 16 Гбайт вполне достаточно для
хранения образа ОС, информации о состояния системы и важных
документов.
• Резервирование по сети довольно давно используется в
организациях, когда ноутбуки и ПК сгружают резервные копии на
централизованный
сервер
резервирования.
Домашним
пользователям можно пойти тем же самым путём, выгрузив
резервную копию на другой компьютер в сети или сетевое
хранилище. Но нужно будет воспользоваться программой для
резервирования, которая поддерживает подобную функцию.
6

7. RAID массивы

• RAID - аббревиатура, расшифровываемая как
Redundant Array of Independent Disks “отказоустойчивый массив из независимых
дисков” (раньше иногда вместо Independent
использовалось слово Inexpensive). Концепция
структуры, состоящей из нескольких дисков,
объединенных в группу, обеспечивающую
отказоустойчивость родилась в 1987 году в
основополагающей
работе
Паттерсона,
Гибсона и Катца.
7

8. Исходные типы RAID-массивов

Исходные типы RAIDмассивов
RAID-0
Если
мы
считаем,
что
RAID
это
“отказоустойчивость”(Redundant…), то RAID-0 это
“нулевая отказоустойчивость”, отсутствие ее.
Структура
RAID-0
это
“массив
дисков
с
чередованием”.
Блоки
данных
поочередно
записываются на все входящие в массив диски, по
порядку. Это повышает быстродействие, в идеале во
столько раз, сколько дисков входит в массив, так как
запись распараллеливается между несколькими
устройствами.
Однако во столько же раз снижается надежность,
поскольку данные будут потеряны при выходе из строя
любого из входящих в массив дисков.
8

9.

9

10.

RAID-1
Это
так
называемое
“зеркало”. Операции записи
производятся на два диска
параллельно. Надежность
такого массива выше, чем у
одиночного диска, однако
быстродействие
повышается незначительно
(или не повышается вовсе).
10

11.

RAID-10
Попытка объединить достоинства двух типов RAID и лишить их
присущих им недостатков. Если взять группу RAID-0 с повышенной
производительностью, и придать каждому из них (или массиву
целиком) “зеркальные” диски для защиты данных от потери в
результате выхода из строя, мы получим отказоустойчивый массив
с повышенным, в результате использования чередования,
быстродействием.
На сегодняшний день “в живой природе” это один из наиболее
популярных
типов
RAID.
Минусы - мы платим за все вышеперечисленные достоинства
половиной суммарной емкости входящих в массив дисков.
RAID-2
Остался полностью теоретическим вариантом. Это массив, в
котором данные кодируются помехоустойчивым кодом Хэмминга,
позволяющим восстанавливать отдельные сбойные фрагменты за
счет его избыточности. Кстати различные модификации кода
Хэмминга, а также его наследников, используются в процессе
считывания данных с магнитных головок жестких дисков и
оптических считывателей CD/DVD.
11

12.

RAID-3 и 4
“Творческое развитие” идеи защиты данных избыточным кодом. Код
Хэмминга незаменим в случае “постоянно недостоверного” потока,
насыщенного непрерывными слабопредсказуемыми ошибками, такого,
например, как зашумленный эфирный канал связи. Однако в случае
жестких дисков основная проблема не в ошибках считывания (мы
считаем, что данные выдаются жесткими дисками в том виде, в каком мы
их записали, если уж он работает), а в выходе из строя целиком диска.
Для таких условий можно скомбинировать схему с чередованием (RAID-0)
и для защиты от выхода из строя одного из дисков дополнить
записываемую
информацию
избыточностью,
которая
позволит
восстановить данные при потере какой-то ее части, выделив под это
дополнительный диск.
При потере любого из дисков данных мы можем восстановить
хранившиеся на нем данные путем несложных математических операций
над данными избыточности, в случае выходя из строя диска с данными
избыточности мы все равно имеем данные, считываемые с дискового
массива типа RAID-0.
Варианты RAID-3 и RAID-4 отличаются тем, что в первом случае
чередуются отдельные байты, а во втором - группы байт, “блоки”.
Основным недостатком этих двух схем является крайне низкая скорость
записи на массив, поскольку каждая операция записи вызывает
обновление “контрольной суммы”, блока избыточности для записанной
информации. Очевидно, что, несмотря на структуру с чередованием,
производительность
массива
RAID-3
и
RAID-4
ограничена
производительностью одного диска, того, на котором лежит “блок
12
избыточности”.

13.

13

14.

RAID-5
Попытка
обойти
ограничение
скорости
породила
следующий тип RAID, в настоящее время он получил,
наряду с RAID-10, наибольшее распространение. Если
запись на диск “блока избыточности” ограничивает весь
массив, давайте его тоже размажем по дискам массива,
сделаем для этой информации невыделенный диск, тем
самым операции обновления избыточности окажутся
распределенными по всем дискам массива. То есть мы
также как и в случае RAID-3(4) берем дисков для хранения N
информации в количестве N + 1 диск, но в отличие от Type 3
и 4 этот диск также используется для хранения данных
вперемешку с данными избыточности, как и остальные N.
Проблема с медленной записью отчасти была решена, но
все же не полностью. Запись на массив RAID-5
осуществляется, тем не менее, медленнее, чем на массив
RAID-10. Зато RAID-5 более “экономически эффективен”.
Для RAID-10 мы платим за отказоустойчивость ровно
половиной дисков, а в случае RAID-5 это всего один диск.
14

15.

Однако скорость записи снижается пропорционально увеличению
количества дисков в массиве (в отличие от RAID-0, где она только растет).
Это связано с тем, что при записи блока данных массиву нужно заново
рассчитать блок избыточности, для чего прочитать остальные
“горизонтальные” блоки и пересчитать в соответствии с их даными блок
избыточности. То есть на одну операцию записи массив из 8 дисков (7
дисков данных + 1 дополнительный) будет делать 6 операций чтения в
кэш (остальные блоки данных со всех дисков, чтобы рассчитать блок
избыточности), вычислять из этих блоков блок избыточности, и делать 2
записи (запись блока записываемых данных и перезапись блока
избыточности). В современных системах частично острота снимается за
счет кэширования, но тем не менее удлинение группы RAID-5 хотя и
вызывает пропорциональное увеличение скорости чтения, но также и
соответственное ему снижение скорости записи.
Тем не менее, поскольку RAID-5 есть наиболее эффективная RAIDструктура с точки зрения расхода дисков на “погонный мегабайт” он
широко используется там, где снижение скорости записи не является
решающим параметром, например для долговременного хранения данных
или
для
данных,
преимущественно
считываемых.
Отдельно следует упомянуть, что расширение дискового массива RAID-5
добавлением дополнительного диска вызывает полное пересчитывание
всего RAID, что может занимать часы, а в отдельных случаях и дни, во
время которых производительность массива катастрофически падает.
15

16.

16

17.

RAID-6
Дальнейшее развитие идеи RAID-5. Если мы рассчитаем
дополнительную избыточность по иному нежели применяемому в
RAID-5 закону, то мы сможем сохранить доступ к данным при
отказе
двух
дисков
массива.
Платой за это является дополнительный диск под данные второго
“блока избыточности”. То есть для хранения данных равных
объему N дисков нам нужно будет взять N + 2 диска. Усложняется
“математика” вычисления блоков избыточности, что вызывает еще
большее снижение скорости записи по сравнению с RAID-5, зато
повышается надежность. Причем в ряде случаев она даже
превышает уровень надежности RAID-10. Нетрудно увидеть, что
RAID-10 тоже выдерживает выход из строя двух дисков в массиве,
однако в том случае, если эти диски принадлежат одному
“зеркалу” или разным, но при этом не двум зеркальным дискам. А
вероятность именно такой ситуации никак нельзя сбрасывать со
счета.
Дальнейшее увеличение номеров типов RAID происходит за счет
“гибридизации”, так появляются RAID-0+1 ставший уже
рассмотренным RAID-10 и так далее.
17

18.

RAID контроллеры
Современные RAID контроллеры поддерживают сразу несколько уровней
RAID массивов (0,1,10,5,6,50,60) и несут на своем борту до 8 портов SATA или
SCSI. Встроенные в материнские платы контроллеры обычно являются частью
чипсета, но могут быть и самостоятельными чипами. В контроллер вшита
микропрограмма, которая и осуществляет создание массива.
Рассмотрим типичную процедуру создания RAID массива:
1. При первоначальной загрузке компьютера нажимаем сочетание клавиш
вызывающее программу настройки RAID. Обычно это ctrl+1.
2. В появившемся меню выбираем пункт «Создать массив» (create array)
3. Выбираем физические жесткие диски, которые будут являться составными
частями RAID массива.
4. Выбираем тип массива из предложенных вариантов.
Иногда контроллер предлагает выбрать из пунктов:
- Оптимальный массив для лучшей производительности (создается RAID 0)
Optimize array for performance
- Оптимальный массив для лучшей безопасности (создается RAID 1)
Optimize array for security
- Оптимальный массив для наибольшей емкости (создается JBOD)
Optimize array for capacity.
При выборе любого из вышеуказанных пунктов в массиве используется все
найденные винчестеры и устанавливаются все настройки по умолчанию.
18

19.

RAID массив с программной реализацией
В программной реализации RAID формируется из дисков, которые
подключаются к контроллеру SATA или IDE. Данный вид массивов с
программным RAID сейчас поддерживается во всех операционных системах от
Windows XP до Windows 7.
Для того чтобы создать программный массив нам необходимы
вспомогательные утилиты (программы):
-консоль "управления дисками"
-"управление компьютером"
Для преобразования нескольких дисков в RAID массив делаем следующее:
1. Правой кнопкой мыши щелкаем по папке «Мой компьютер» по нужному
физическому диску и в контекстном меню выбираем пункт «Преобразовать в
динамический диск». После выполнения всех операций операционная система
начнет рассматривать диски как обычные динамические тома.
2. Не менее чем из двух динамических томов, на разных жестких дисках
можно создать составной том, который в свою очередь включает в себя до 32
динамических дисков. То что у нас получиться будет называться программным
RAID 1
3. Чтобы получить программный аналог RAID 0 после преобразования дисков
в динамические, выбираем команду «создание чередующихся томов» всё в том
же контекстном меню. Все сведения о созданном массиве будут храниться в
реестре Windows.
Особенности программного RAID:
+ Возможное создание массива без RAID-контроллера.
- Уменьшение быстродействия работы компьютера за счет увеличения
потребления ресурсов.
19

20.

Отличия повреждение от разрушения массива.
Повреждение данных – как правило возникает при выявленных
логических ошибок на составных дисках массива. В этом случае
сам RAID контроллер работает стабильно, хотя и может выдавать
какие-либо ошибки. О повреждении массива также можно судить,
когда RAID говорит Вам о его неформатированности. Физические
или логические ошибки это совсем не страшное событие, ведь сам
RAID – массив для того и создавался, чтобы сохранить данные в
таких ситуациях.
- контроллер выдает информацию, о том какой винчестер
следует заменить.
-мы меняем испорченный винчестер на новый
-контроллер после замены диска предлагает включить в массив и
воссоздать данные с оставшихся работающих дисков.
(команда REBUILD ARRAY)
Разрушение массива – почти всегда потеря конфигурационных
данных о массиве контроллером. Это более опасная ситуация.
Жесткие диски, находившиеся в массиве, обнаруживаются просто
как отдельные диски. В утилите «управление дисками» винчестеры
показываются
с
неизвестной
файловой
системой
или
неформатированными.
20

21.

Неработающий контроллер ведет к разрушению массива, для
RAID 0 это критическая ситуация, здесь есть два пути решения
проблемы:
1.Найти полностью аналогичный контроллер.
2. Прибегнуть к помощи программных методов извлечения
данных.
Первый способ довольно проблематичен, так как найти
контроллер выпущенный несколько лет назад в магазине
практически невозможно.
Итак, если при запуске компьютера, винчестеры из RAID массива
отказываются работать, делаем следующее:
• Читаем что пишет нам контроллер при запуске операционной
системы.
• Читаем что выдает консоль «Управление дисками»
• Выключаем машину, снимаем жесткие диски из RAID –массива,
при этом не забываем пронумеровать или пометить диски, для
дальнейшего восстановления массива.
• Проводим диагностику винчестеров и восстанавливаем доступ к
диску.
• С помощью программ восстанавливаем данные с жестких дисков
(например R-studio)
21

22. Программы для резервирования данных

Norton Ghost
Backup Plus
Acronis True Image
Backup to DVD/CD
APBackUp
22

23. Acronis True Image

23

24. Norton Ghost

24

25. Paragon Exact Image

25

26. APBackUp 2.7

26