如何实现Linux环境下的备份

　　Linux系统管理员常常问的一个问题是：如何备份我的系统？对于windows系统来说，进行备份是很简单的工作(仅仅需要在菜单模式下点击鼠标就可以完成)。 Linux备份工作则要麻烦的多，若你不熟悉Linux系统文件和设备，情况则会变得更糟。该篇文章讨论了在Linux环境下保护数据的方法和相关的设备信息。
　　
　　1、什么是备份？
　　
　　最简单的讲，备份数据的过程就是拷贝重要的数据到其他的介质之上(通常是可移动的)，以保证在原始数据丢失的情况下可以恢复数据。一次备份可能是简单的cp命令，将一个文件复制到其他目录下，也可能是使用特定的程序将数据流写进一个特定的设备中的复杂过程。很多情况下是将要备份的数据写入到磁带机中，但有些情况也不是这样的。在Linux环境下，或其他Unix系统，备份可以是将文件拷贝到已存在的文件系统，可替换的文件系统，磁带机，远程文件系统，甚至是远程系统的上的磁带机。当然，从用户的角度来看，并不存在磁带机或ZIP驱动器的概念，而仅仅是文件而已。
　　
　　2、应该选择哪一种备份设备？
　　
　　市场上有很多自称是“完美的系统备份选择”的设备，包括磁带机，便携式磁盘驱动器，甚至有神秘的Internet备份系统。对于备份操作来说，磁带机提供了最可信的存储方式。为什么是磁带机呢？当然，Iomega公司的Jaz或Zip驱动器看上去是令人感兴趣的备份工具，但是它们易于在硬盘驱动器崩溃的情况下因为文件系统的原因而导致问题出现。对于Internet备份来说，当你因为系统崩溃而不能访问互联网时，就不能恢复系统的数据。同样，你能真正信任你的数据存放在别人的远程系统么？
　　
　　因此，我们选择了磁带机，但是如何访问磁带机呢？正如文章前面提到的，在Linux系统中，在用户状态的角度来看，任何都可以被看做是文件。因此，可以“打开”合适的磁带驱动器文件来进行写入操作，将要备份的数据写入到文件中去。虽然这听上去过于简单了，但是实际情况就是这样。Linux环境下根文件系统的/dev目录包含了所有和物理设备关联的文件。当对这些文件进行操作，实际上是在操作下层的物理设备。下面的表格说明了Linux环境下设备文件是如何和物理设备关联起来的：
　　
　　设备(Device) 回卷(Rewinding) 不回卷(No-Rewind)
　　1st SCSI tape drive /dev/st0 /dev/nst0
　　2nd SCSI tape drive /dev/st1 /dev/nst1
　　nth SCSI tape drive /dev/st[n-1] /dev/nst[n-1]
　　1st ATAPI tape drive /dev/ht0 /dev/nht0
　　2nd ATAPI tape drive /dev/ht1 /dev/nht1
　　nth ATAPI tape drive /dev/ht[n-1] /dev/nht[n-1]
　　1st floppy tape drive /dev/ft0 /dev/nft0
　　
　　这正如在上表中看的那样，设备名是基于位于针对这种设备类型的分层结构的设备的逻辑数字，而不是其物理ID(SCSI)或者IDE通道(ATAPI)。因此，即使某个SCSI磁盘机被分配为SCSI设备的ID4,如果它是SCSI链的第一个磁带设备，则它将是 /dev/st0, 而不是/dev/st4，这种命名惯例有利于跟踪系统中的磁带设备，甚至在拥有多个驱动类型的磁带设备。同样，在2.0.X内核下，只支持单个ATAPI设备，2.2版本的内核可以使用多个ATAPI驱动(ht0, ht1,...)。
　　
　　现在我们来看看这些文件是如何被命名的，回卷和不回卷的区别在哪里呢？简单的说，回卷设备允许在结束操作以后，自动将磁带回卷到开始处，而不回卷设备在操作结束以后，将磁带机停留在当时的位置而不进行回卷操作。对于大多数简单备份操作，回卷设备更适合一些，因为在备份操作结束以后其自动回卷以准备取出磁带。而对于那些复杂的备份操作(如附加备份，逻辑搜索及那些高端备份工具的操作)，不回卷设备更适合一些。
　　
　　3、Linux环境下的设备访问
　　
　　在Linux环境下，设备访问是通过和它们关联的设备节点文件。这些节点位于/dev目录下，但是不要混淆概念—一个设备节点不仅仅是一个简单的文件。当打开一个设备节点以供访问时，其有特殊的属性来通知内核操作的是哪一个物理设备。每一个节点文件都有一个关联的主号和从号(major and minor number)及设备类型属性，例如，对于SCSI磁带机的设备节点情况如下：
　　
　　crw-rw-rw- 1 root operator 9, 0 Dec 1 04:10 /dev/st0
　　
　　第一个“c”表示该设备是一个字符设备(意味着该设备在I/O操作时每次仅仅处理一个字符)，主号为9，从号为0。主号就象一个地址来通知内核使用哪个设备驱动器，而从号则被用来定义该设备的某个特定实例的功能。如果该节点文件不存在呢？Linux提供了一个命令来方便的创建一个设备节点文件－mkmod，命令格式如下：
　　
　　mknod /dev/nodename [c|b] major minor
　　
　　然而若系统中没有合适的设备节点，则需要检测内核是否支持了这种类型的设备。这可以通过命令cat /proc/devices的输出来察看，在我的系统中，情况如下：
　　
　　Character Devices
　　1 mem 10 misc
　　2 pty 14 sound
　　3 ttyp 21 sg
　　4 ttyS 29 fb
　　5 cua 37 ht
　　7 vcs 128 ptm
　　9 st 136 pts
　　Block Devices
　　1 ramdisk
　　2 fd
　　3 ide0
　　9 md
　　22 ide1
　　
　　很多管理员在操作回卷设备时都会遇到关于mt命令的问题。mt命令实现操作一个“磁带”设备。例如，命令mt -f /dev/st0 eod 命令设置磁带为进行新的附加备份做好准备，磁带机/dev/st0将前进到数据结束处以准备新的附加备份操作，但由于st0是回卷设备，磁带机在定位到数据结束以后马上回卷到开始处并关闭磁带设备(因为st0是一个回卷设备)。这时候如果进行备份操作则会覆盖磁带中的数据信息，而不是将新数据附在磁带数据结束处。若使用非回卷设备，mt将会把磁带停留在eod的位置，随后的备份操作将被添加到上次备份结束以后的地方。
　　
　　对于这种问题的推荐解决方法是在为希望使用的非回转设备建立符号链接，如：/dev/tape，mt命令在没有提供-f参数时则可以使用/dev/tape来操作该设备。若系统拥有多个磁带设备，则你可以不使用符号链接的方式，而使用环境变量TAPE=/dev/nst[x]来达到一样的结果。对于上面两种方法，在使用mt命令时不需要使用－f参数，例如：mt eod，则会自动使用正确的介质位置，而无需关心使用的是哪个/dev设备。
　　
　　4、Linux环境下的基本备份方法
　　
　　现在我们已经讨论了如何调用磁带设备，并且我们已经知道如何决定使用回卷或非回卷设备。但是如何实现将系统的文件从系统中搬移到磁带设备上呢？这是各种备份工具的功能了。所有的Linux发布都提供了所有备份工具的祖先：tar(当然实际上dbppt和bppt, a/k/a dump and restor,才是Unix系统的备份工具的亚当)。tar命令在Unix Version 7中出现的。该命令的名字来自于"Tape ARchiver"。该命令被设计为能非常容易的实现将数据从系统备份到磁带中或者从磁带中恢复数据。
　　
　　tar命令的基本语法为：
　　
　　tar -mode -option [files]
　　
　　这里c表示创建(backup)，－x提取（restore)或者-t内容列表(list)，选项包括如下元素：如－v表示详细输出，－f file表示目的(创建模式)或源(提取或者列表模式)，更详细的信息，请看系统tar命令的手册(man tar)。
　　
　　使用tar做最简单的备份如下所示：
　　
　　tar -cvf /dev/st0
　　lost+found/
　　var/
　　var/adm/
　　var/adm/LST/
　　var/adm/LST/log/
　　var/adm/LST/log/debug
　　var/adm/LST/log/history
　　var/adm/LST/log/cmd.trace
　　var/adm/LST/log/install.success
　　var/adm/LST/log/postin.failed
　　var/adm/LST/log/install.failed
　　var/adm/LST/analyse/
　　var/adm/LST/analyse/boot.img
　　var/adm/LST/analyse/boot.msg
　　var/adm/LST/analyse/boot.info
　　var/adm/LST/analyse/boot.diag
　　var/adm/LST/analyse/boot.params
　　var/adm/LST/database/
　　var/spool/
　　[...]
　　
　　该命令的c选项表示创建一个新的备份(c)，并且使用详细模式(v),并且将整个系统备份输出到/dev/st0(f)。在这种情况下，tar操作将打开/dev/st0文件(设备)，将数据流以tar的数据格式的写入到那个打开的文件，并且在所有的数据被写入以后，关闭文件。因为我们这里选择了回卷设备/dev/st0，文件(存储介质)将使设备驱动在tar关闭文件以后回卷磁带。
　　
　　下一步将是验证数据被正确的写入到磁带中。不幸的是，Linux环境下的tar命令仅仅提供了一种比较模式的验证手段－磁带内容被重新读入，并和原始文件逐字节进行比较。然而，这仍然比没有验证要好很多。因为在进行恢复时发现磁带中有坏数据是一个非常糟糕的事情。
　　
　　在恢复结束并且被验证以后，一切并没有结束，因为系统中的数据是不断变化的，一个保持不断变化的系统的备份的方法是持续进行定期的对发生变化的数据进行备份。有很多方法可以实现这样的备份，但是最方便的是增量(incremental)和差分(differential)备份。
　　
　　这两种方法的备份方法都是依赖于时间，或者是基于上一次备份(增量)，或者基于上一次完全备份。增量备份仅仅备份那些上次备份以来修改过的数据，有时候也被称为常规备份；而差分备份则仅仅备份上次完全备份以来变化过的文件。下表是几种备份方案的特点比较：
　　
　　5、完全备份 增量备份 差分备份
　　
　　空间使用 Most Least Less than Full
　　备份速度 Slowest Fastest Faster than Full
　　恢复速度 Fastest Slowest Faster than Incremental
　　
　　差分备份可能会备份增量备份忽略的数据，但是差分备份恢复速度要比增量快，因为它仅仅需要上一次完全备份和最近的一次差分备份；而增量备份