高效NAS数据备份之路

简介

我们在在自建NAS的时候，通常最需要关注的除了品牌、功能、性能、扩展性、还有最重要的就是数据安全性。在我们正常使用nas的过程中，为了保护数据安全通常有以下几种方式：

RAID备份：RAID（冗余独立磁盘阵列）是一种常见的NAS数据备份方式，常见的有RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID6、RAID10、RAID60等。

外部硬盘备份：你可以定期将NAS上的重要数据复制到外部硬盘上，如果NAS出现问题，你还可以从外部硬盘恢复数据。

网络备份：如果你有两台NAS，可以设置一台为主NAS，另一台为备份NAS，主NAS定期将数据备份到备份NAS上。

云备份：许多NAS支持与云存储服务（如Google Drive、Dropbox等）同步，你可以将重要数据定期备份到云端，以防止本地灾难性故障。

快照备份：某些高级NAS设备支持快照功能，可以在数据发生变化时自动保存数据状态，如果误删除或修改文件，可以通过快照恢复数据。

通常用的最多的方式就是使用raid或者使用单独的硬盘进行数据备份。不同raid方式的对比如下：

RAID 0：

数据分布方式：数据被分割成多个块，并在多个磁盘上交替存储（条带化）。
数据保护：不提供冗余性，如果任何一个磁盘故障，整个阵列的数据都会丢失。
性能：提供了最高的性能，因为数据可以同时从多个磁盘读取或写入。
存储效率：不提供冗余，所以存储效率是最低的。
RAID 1：

数据分布方式：数据被完全镜像到多个磁盘上。
数据保护：提供了最高级别的冗余性，任何一个磁盘故障都不会导致数据丢失。
性能：读性能较高，写性能与单个磁盘相当。
存储效率：存储效率为50%，因为数据被完全复制到多个磁盘上。
RAID 5：

数据分布方式：数据和奇偶校验信息交错存储在多个磁盘上。
数据保护：提供了一定程度的冗余性，可以容忍单个磁盘的故障。
性能：读性能较高，写性能受到奇偶校验计算的影响。
存储效率：存储效率较高，其中一块磁盘的空间用于存储奇偶校验信息。
RAID 6：

数据分布方式：类似于RAID 5，但使用了两个奇偶校验信息，分别存储在不同的磁盘上。
数据保护：提供了更高级别的冗余性，可以容忍两个磁盘的故障。
性能：读性能较高，写性能相对于RAID 5更受影响。
存储效率：存储效率较高，但比RAID 5略低，因为需要额外的奇偶校验信息存储空间。
RAID 10（也称为RAID 1+0）：

数据分布方式：数据首先被镜像到多组磁盘上，然后这些镜像组之间进行条带化。
数据保护：提供了较高级别的冗余性，可以容忍多个磁盘的故障。
性能：提供了很好的读/写性能，尤其适用于IO密集型工作负载。
存储效率：存储效率较低，只有RAID 1的一半，因为数据被完全复制到多个磁盘上。
RAID 50：

数据分布方式：类似于RAID 5，但在RAID 5的基础上使用了条带化来提高性能。
数据保护：提供了一定程度的冗余性，可以容忍单个磁盘的故障。
性能：提供了较高的读/写性能，尤其适用于需要高性能和容错的环境。
存储效率：存储效率较高，但比单独的RAID 5或RAID 10低。
RAID 60：

数据分布方式：类似于RAID 6，但在RAID 6的基础上使用了条带化来提高性能。
数据保护：提供了更高级别的冗余性，可以容忍多个磁盘的故障。
性能：提供了较高的读/写性能，尤其适用于需要高性能和高冗余性的环境。
存储效率：存储效率较高，但比单独的RAID 6低。

使用单独空间进行备份的特点

成本效益： 单独空间备份(存储池/单独硬盘/外置空间等)通常是成本效益最高的备份解决方案之一，价格相对较低。

易于设置和使用： 单独空间备份通常只需要简单地连接到计算机或设备上，并通过备份软件或操作系统的内置功能进行配置。

移动性： 如果使用外部硬盘备份通常是便携式的，可以轻松携带到不同的地方。这使得备份数据和存储数据分离，从而提高了数据的安全性。

离线备份： 单独空间备份提供了离线备份的选项，这意味着备份数据不受网络攻击或网络连接问题的影响。这可以提供额外的安全性和保护。

缺点：

容量限制： 单独空间备份的容量通常根据使用的方式可能有所限制，存储池的可能大点，如果是单独外置硬盘或者u盘空间会较小，可能无法满足大量数据的备份需求。如果数据量增长很快，可能需要购买更大容量的硬盘或者多个硬盘进行备份。

人为错误风险： 外部硬盘备份需要手动进行，容易受到人为错误的影响。如果用户忘记定期备份或者不小心删除了备份数据，可能会导致数据丢失。

安全性： 外部硬盘备份的安全性取决于用户如何管理和存储备份硬盘。如果备份硬盘丢失或被盗，备份数据可能会遭受损失或泄露的风险。

单点故障： 单独硬盘备份存在单点故障的风险。如果备份硬盘发生故障，可能会导致备份数据无法访问或丢失。因此，建议定期检查备份硬盘的健康状态，并考虑使用多个备份硬盘轮换备份。

备份方式的选择

上面我们介绍了常用的几种备份方式和其特点。如果是企业级nas或者数据存储，对于数据的可靠性要求较高，可以使用多种备份方式并存的方式。这里我们只展开家用nas的数据备份方式的理想选择。

在我们购买家用nas的时候，开销最大的就是两个，一个是nas机器的成本，还有一个就是硬盘的成本。所以在家用nas中，硬盘的成本会是一个非常重要的衡量nas效率的指标。那么如何选择家用nas的备份方式，就会对成本造成直接影响。

通常我们选择nas的备份方式的时候，都是一raid为主，因为这是所有成品nas都支持的备份方式，自建nas如果主板支持硬件的raid或者有raid卡，也会配置raid进行数据的安全保护。如果自建nas主板不支持硬件raid那么需要raid的话，还需要使用软raid，例如使用truenas的时候，可以用zfs。最关键的是raid不是万能的，它只是一种冗余机制，尤其是家用环境下，使用大容量磁盘做raid后，当某块磁盘故障时，raid进行重建，其数据丢失风险非常高。因为使用大容量磁盘进行raid重建时，需要花费的时间将会随着硬盘的增大而变得非常漫长。在这个过程中，如果出现断电、其他硬盘故障等会对raid重建造成非常严重的影响，所以重要数据还是需要多种备份方式并存。

家用nas数据存储和备份的最佳选择

为了最大化的利用磁盘空间降低成本保障数据的安全性，我目前使用的nas最高效最低成本的数据存储和备份方式如下：

存储：使用多块磁盘组成一个存储池pool(不是raid)，该存储池不做任何冗余机制，任何一块磁盘损坏，只影响该磁盘上的数据，不影响其他磁盘的数据，其他磁盘的数据依旧可以访问。但是所有磁盘对外呈现一个存储池，可以挂载在同一个目录下。该存储方式可以参考虚拟存储(Linux挂载点合并)。

备份：使用脚本周期性的进行增量备份，只对重要数据进行备份(如果自己的备份空间足够大可以进行全量备份)，备份数据存储在单独的存储空间(根据自己的需求，可以存储在另一个单独的硬盘或者u盘)。

备份工具和测试

备份工具为我自己写的一个备份脚本，通过脚本来实现备份功能。

#!/bin/bash
SNAPSHOT=/backup/snap/backup-snap.file #备份是进行对比的镜像文件，我这里使用的是增量备份方式
SOURCE=/home/op/test1 #要备份的目录，可以根据自己的需求进行修改
DESTINATION=/backup/test1/backup-$(date +%Y%m%d%H%M%S).tar.gz #备份到的位置，我后面使用的是gz压缩方式，也可以根据自己的需求和设备性能修改压缩方式，可以修改为bz2或者xz。
LOGFILE=/backup/backuplog/logfile.log #备份结果的日志存储位置，这个自己可以结合其他的日志告警功能增加提示，可以知道备份成功的状态。需要自己根据自己的需求进行自定义。
if [ ! -f $SNAPSHOT ]; then
    tar -cpzf $DESTINATION -g $SNAPSHOT $SOURCE
else
    tar -cpzf $DESTINATION -G -g $SNAPSHOT $SOURCE
fi
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "$(date): Backup succeeded!" >> $LOGFILE
else
    echo "$(date): Backup failed!" >> $LOGFILE
fi

测试

我在自己的家目录中创建一个test1目录，该目录是我需要备份的目录

备份

查看备份结果

进行增量备份

再次进行备份

此时日志已经提示备份成功，备份文件中多了一个备份文件，并且是677M，和第一个本分文件加在一起一共是1.6G

在没有新增任何文件的情况下执行本分，依旧产生了一个新的备份文件只不过内部没有任何数据

备份恢复

#!/bin/bash
RESTORE_DIR=/backup/restore2/
for file in $(ls /backup/test1/*.tar.gz | sort); do
    pv $file | tar -xzf - -C $RESTORE_DIR
done
#注意，因为是增量备份，所以恢复的时候需要从第一个备份文件逐次开始恢复

查看数据

设置周期性备份

设置crontab，通过周期性执行脚本功能，对数据进行周期性备份。

当你使用 crontab -e 命令编辑 crontab 时，你需要了解一些 crontab 的基本参数：

分钟（minute）：表示小时中的分钟数，范围为 0 到 59。

小时（hour）：表示一天中的小时数，范围为 0 到 23。

日期（day of month）：表示一个月中的日期，范围为 1 到 31。

月份（month）：表示一年中的月份，范围为 1 到 12。

星期几（day of week）：表示一周中的某一天，范围为 0 到 7（0 和 7 都表示周日）。

除了上述的数字表示之外，还可以使用一些特殊字符来表示特定的时间点：

*：代表所有可能的值。例如，* 在分钟字段中表示每分钟都执行。

/：用于指定间隔值。例如，*/5 表示每隔 5 个单位执行一次。

,：用于列出多个值。例如，1,3,5 表示分别在第 1、3 和 5 分钟执行。

-：用于指定一个范围。例如，1-5 表示 1 到 5 分钟。

总结

以上我自己家用nas数据存储和备份方式的全部过程。整个过程没有使用raid，可以最大程度节约硬盘空间和磁盘利用率，保护重要数据不丢失。不需要其他额外的插件，可以将数据周期性备份至自己需要备份的位置，简单高效。