L'évolution de la technologie de snapshot : révolutionner la manière de protéger les données

Dans le contexte de l’évolution rapide de l’ère numérique, l’un des plus grands défis auxquels font face les entreprises et les organisations est la protection efficace d’une quantité de données en constante augmentation. La technologie des snapshots est une solution innovante apparue pour résoudre ce problème, dépassant les limites fondamentales des méthodes traditionnelles de sauvegarde des données et s’établissant comme une technologie clé dans l’infrastructure des systèmes IT modernes d’entreprise.

La nécessité de la protection des données : pourquoi les snapshots attirent l’attention

Aujourd’hui, grâce aux avancées en technologies de l’information, la gestion de données à grande échelle est devenue une pratique courante dans des secteurs tels que la banque, les télécommunications, le commerce électronique et les plateformes cloud. Selon la règle empirique proposée par Jim Gray, lauréat du prix Turing, la quantité de données générée dans un environnement réseau tous les 18 mois équivaut à la somme de toutes les données accumulées dans l’histoire de l’humanité. Dans ce contexte d’explosion de données, la perte de données d’une entreprise ne se limite pas à une simple perte d’informations, mais entraîne également d’importantes pertes économiques et une baisse de confiance.

Les menaces telles que le piratage, les virus, les défaillances matérielles ou les catastrophes naturelles peuvent à tout moment menacer les données essentielles d’une entreprise. En particulier après des catastrophes majeures comme le 11 septembre, les entreprises ont pris conscience de l’importance de la protection des données et de la reprise après sinistre. Cependant, les méthodes traditionnelles de sauvegarde présentent des problèmes graves, notamment :

Limites des méthodes de sauvegarde traditionnelles et nécessité des snapshots

Les techniques de sauvegarde classiques ne répondent pas pleinement aux exigences de l’ère des données massives. Les opérations de sauvegarde imposent une charge importante au système, ce qui limite leur exécution aux périodes de faible activité, comme la nuit. Ce processus pose le problème de la “fenêtre de sauvegarde”, durant laquelle les services métier doivent être temporairement interrompus.

Avec l’augmentation continue de la taille des données, passant de gigaoctets (Go) à téraoctets (To), puis à pétaoctets (Po), la durée de la fenêtre de sauvegarde s’allonge. En particulier, dans des institutions financières ou de télécommunications qui doivent fonctionner 24h/24 et 7j/7 sans interruption, même quelques secondes d’arrêt de service dus à la sauvegarde sont inacceptables. Les objectifs de temps de récupération (RTO) et de point de récupération (RPO) deviennent également difficiles à atteindre.

Pour résoudre ces problèmes, la technologie des snapshots a été introduite. Les snapshots permettent de dépasser les limites des sauvegardes traditionnelles en offrant une protection des données quasi en temps réel.

Définition et concepts clés des snapshots

Un snapshot est une copie complète et utilisable d’un ensemble de données à un moment précis, également appelée copie instantanée ou copie à un instant donné (Point-in-Time Copy). Selon la définition de l’Association de réseautage de stockage (SNIA), un snapshot est “une copie complète et utilisable d’un ensemble de données désigné au moment où la copie commence”.

La différence essentielle entre un snapshot et une sauvegarde classique réside dans la rapidité et la flexibilité. La sauvegarde traditionnelle nécessite un temps considérable pour copier physiquement les données, tandis que le snapshot ne traite que des métadonnées pour générer instantanément une image des données. De plus, il peut être créé à tout moment selon les besoins, permettant une protection plus fine des données grâce à plusieurs snapshots quotidiens.

Les principales utilisations des snapshots sont :

• Servir de source pour la sauvegarde
• Fournir une source pour l’analyse et la data mining
• Jouer le rôle de point de contrôle pour les applications
• Offrir un environnement de test et de développement

Méthodes d’implémentation des snapshots : trois techniques principales

Selon la classification de la SNIA, la technologie des snapshots se divise principalement en trois méthodes.

1. Méthode du miroir split (Split Mirror)

Cette méthode consiste à préconfigurer un volume miroir complet du données originales avant la sauvegarde. Au moment de la copie, le processus de mise en miroir est interrompu et le volume miroir est immédiatement converti en volume snapshot.

Avantages :

• Création de snapshot très rapide (généralement en millisecondes)
• Fenêtre de sauvegarde presque négligeable
• Fournit une copie physique complète

Inconvénients :

• Manque de flexibilité (impossible de créer un snapshot à tout moment)
• Nécessite un espace de stockage supplémentaire équivalent à la taille des données originales
• La mise en miroir peut impacter la performance du système

2. Méthode de copie à l’écriture différée (Copy-On-Write, COW)

Cette méthode ne copie pas physiquement les données au moment de la création du snapshot. Elle ne copie que les métadonnées de l’ensemble de données d’origine, et ne sauvegarde les données originales que lorsqu’elles sont modifiées.

Principe de fonctionnement :

• Le snapshot est créé immédiatement
• Lorsqu’une donnée est modifiée, l’ancienne version est copiée dans l’espace du snapshot
• Un tableau de pointeurs est maintenu pour suivre la localisation des données

Avantages :

• Création extrêmement rapide (instantanée)
• Consommation minimale d’espace initial
• Ne nécessite une copie physique que lors de modifications
• Permet la création de snapshots à tout moment pour tous les volumes
• Haute flexibilité

Inconvénients :

• Ne constitue pas une copie physique complète
• Si les données modifiées dépassent l’espace réservé, le snapshot peut devenir invalide
• Nécessite un espace réservé suffisant dans le volume du snapshot

3. Méthode de redirection à l’écriture (Redirect-On-Write, ROW)

Similaire à la COW, cette méthode enregistre les nouvelles données dans un espace séparé lors de la modification, en mettant à jour les pointeurs.

Principe de fonctionnement :

• Lorsqu’une donnée est modifiée, la nouvelle version est écrite dans un espace séparé
• Le pointeur de la donnée est redirigé vers la nouvelle localisation (re-mapping)
• Le pointeur du volume snapshot reste inchangé

Avantages :

• Amélioration des performances en écriture (une seule opération d’écriture)
• Plus efficace que la COW pour la lecture et l’écriture

Inconvénients :

• Gestion plus complexe de plusieurs snapshots
• Risque de fragmentation rapide du jeu de données original

Niveau d’implémentation des snapshots

Les snapshots peuvent être implémentés à différents niveaux de la pile de stockage :

Niveau matériel (contrôleur) :

• Implémenté directement dans le contrôleur du stockage
• Indépendant du système d’exploitation et du système de fichiers
• Offre de hautes performances et une meilleure résilience
• Fonctionne au niveau LUN (bloc)

Niveau logiciel (hôte) :

• Implémenté dans le gestionnaire de volume ou le système de fichiers
• Gestion plus flexible
• Fonctionne sur une vue logique des données
• Offre une indépendance vis-à-vis du stockage physique

Actuellement, la majorité des implémentations se situent au niveau du stockage physique ou du gestionnaire de volumes.

Techniques avancées de snapshots

1. Clonage de snapshots (utilisation de la copie en arrière-plan)

Combine les avantages de la COW et du miroir split :

• Création rapide initiale via COW
• Réalisation de la copie physique en arrière-plan
• Obtention d’une copie complète équivalente à celle du miroir split

2. Protection continue des données (Continuous Data Protection, CDP)

Enregistre automatiquement toutes les modifications de données pour une récupération quasi en temps réel :

• Capture continue de toutes les modifications
• Restauration à n’importe quel instant précis
• Minimisation du RPO, avec des pertes de données quasi nulles

Avantages :

• Faible couplage avec les applications
• Haute performance et efficacité
• Fonctionnement sans interruption du système

Inconvénients :

• Exige beaucoup d’espace de stockage

3. Snapshots basés sur les journaux (log-based snapshots)

Utilisent le journal de transactions du système de fichiers :

• Enregistrent toutes les opérations d’écriture
• Supportés par des systèmes modernes comme ZFS, JFS, EXT3, NTFS
• Permettent de revenir à un état précis à un instant donné

Comparaison globale des techniques de snapshots

Évolution et perspectives futures des snapshots

Au cours des 20 dernières années, la technologie des snapshots a connu une évolution remarquable :

• Temps de création : réduit de plusieurs secondes à instantané
• Fréquence de création : multiple selon les besoins
• Impact sur la performance : réduit à l’échelle micro
• Gestion : automatisation en constante amélioration
• Scalabilité : support de snapshots multiples et de volumes massifs

Les principaux fournisseurs tels qu’EMC TimeFinder, HDS ShadowImage, NetApp Snapshot, Veritas Snapshot continuent d’améliorer ces technologies et de lancer de nouvelles versions.

Cependant, il reste encore beaucoup à faire. Des solutions plus performantes, flexibles et faciles à gérer sont nécessaires. Avec la croissance du cloud, l’augmentation des infrastructures hybrides et l’ère du big data, la technologie des snapshots continuera probablement à évoluer.

Conclusion : une technologie essentielle pour la protection des données modernes

La technologie des snapshots est une solution innovante qui dépasse les limites des sauvegardes traditionnelles, devenant un élément indispensable de l’infrastructure IT d’entreprise. Elle a permis de résoudre le problème des fenêtres de sauvegarde, de réduire drastiquement les temps de récupération et de définir une norme industrielle quasi universelle.

À mesure que les besoins des entreprises continueront de croître, des solutions de snapshots plus rapides, plus flexibles et plus faciles à gérer seront développées. Dans un environnement axé sur les données, le rôle des snapshots ne fera que s’accroître.