バックアップの解説

リポジトリ

バックアップ戦略には、データ「ソース」のバックアップを集約するための「データの二次保存スペース」となる情報リポジトリが必要です。

情報リポジトリとは、データを維持するために相互に関連する情報をまとめた資料や場所のことです。

リポジトリは、DVDなどを含めすべてのバックアップメディアの一覧と作成日を記録するだけの簡単なものから、コンピュータ化されたインデックス、カタログ、リレーショナルデータベースを含むものまであります。

世代管理

バックアップにはローテーション(世代管理)の計画が必要となります。

ローテーションには、不要になったバックアップを上書きして、データ記憶媒体の適切な再利用を実現するために、個別に保持された異なる日付のバックアップの数を制限する仕組みが必要です。

この仕組みでは、各リムーバブルストレージがいつどのようにバックアップ操作に使用されるか、またバックアップデータが保存された後にどのくらいの期間保持されるかを決定します。

バックアッププロセスには「3-2-1ルール」というものがあります。 3-2-1ルールとは、少なくとも3つのデータのコピーを保持して、それを2つの異なるタイプのストレージメディアに保存し、1つのコピーを遠隔地(クラウドストレージを含む)に保管するというものです。

2種類以上の異なるメディアを使用することで、同様の理由によるデータ損失を防ぐことができます。 例えば、光ディスクは水中でも耐えられますが、LTO テープは耐えられません。また、SSDはハードディスクとは異なり可動部がないため、ヘッドの衝突やスピンドルモーターの損傷による障害が発生しません。

The 3-2-1 Backup Rule – An Efficient Data Protection Strategy

LTO（Linear Tape-Open）とは

コンピュータ用磁気テープ技術のひとつ。Seagate社、HP社、IBM社が共同開発した大容量高速の公開フォーマットです。大容量・低コストが特徴で、大量データの長期保管に向いています。 https://ltfs.jp/about_ltfs/lto.html

ioSafe社製 のような災害対策用ハードディスクは、オフサイト(離れた場所)・コピーの代替品ですが、限られた期間しか火災に耐えられないなどの制限があるため、やはりオフサイト・コピーが理想的な選択となります。

非構造化

非構造化リポジトリとは、テープ、DVD-R、外付けHDDなどを積み重ねたもので、何をいつバックアップしたかという最小限の情報しかありません。 この方法は、最も簡単に導入できますが、自動化されていないため、高いレベルの復元性を実現することができません。

フルバックアップ

すべてのファイルをコピーするのがフルバックアップです。この方法を使用したリポジトリには、1つまたは複数の特定の時点で取られた完全なソースデータのコピーが含まれています。

システムイメージング

システムイメージングは、ファイル単位ではなく、HDDやSSDの構成を丸ごとコピーする方法です。ある時点のディスク上の状態を保持するので、ときにはパーティションをはじめファイルの破損状態まで含んでいることがあります。

災害からの復旧の場合、ファイル単位のフルバックアップではコピーから復元する必要があるのに対して、システムイメージングはイメージから直接システムを起動することができるので復旧が素早く行えます。

システムイメージングは、既存の良好な構成を記録するためによく使われます。 イメージングは、多様なシステムの継続的なバックアップを取るためのツールというよりも、標準的な構成を多くのシステムに展開するための方法としての利用が一般的です。

増分バックアップ

増分バックアップでは、基準時点から変更されたデータだけを保存します。 変更されていないデータの重複コピーは保存されません。

通常、すべてのファイルのフルバックアップは1回または不定期に行われ、増分リポジトリの基準点となります。 その後、連続した期間の後にいくつかの増分バックアップが行われます。 リストアは最後のフルバックアップから始まり、増分を適用していきます。

バックアップシステムの中には、一連の増分バックアップから合成フルバックアップを作成し、頻繁にフルバックアップを行うのと同等の効果を得られるものもあります。

Near-CDP (ニア シー ディー ピー)

CDP(Continuous Data Protection, 継続的データ保護)とは、データに変更が加えられるたびに、そのコピーを瞬時に保存するバックアップを指します。これにより、任意の時点でのデータの復元が可能となり、最も包括的で高度なデータ保護となります。

CDP に近いバックアップアプリケーション(多くの場合「CDP」として販売されている)は、15分ごと、1時間ごと、24時間ごとなど、特定の間隔で自動的に増分バックアップを行います。 そのため、特定の間隔でのリストアしかできません。

CDP に近いバックアップ アプリケーションは、ジャーナリング(変更を記録する領域)を使用し、定期的な特定の時点で凍結されたデータの読み取り専用コピーである「 スナップショット 」に基づいているのが一般的です。

Near-CDP (Apple 社の Time Machineを除く) は、ホストシステム上のすべての変更をインテントログ(=ファイルシステムの動作の記録)に記録します。多くの場合、ファイルレベルの違いではなく、バイトレベルまたはブロックレベルの違いを保存します。

このバックアップ方法は、ログのロールバック(巻き戻し)を可能にし、データの古いイメージを復元できるという点で、単純なディスク ミラーリングとは異なります。

インテントロギングは、ライブデータの整合性を確保し、矛盾が起こらないようにファイルを保護できますが、アプリケーションを「静止してバックアップの準備をする」必要があります。

Near-CDP は、一般的な個人向けのバックアップアプリケーションに適しています。 一方、真の CDP は、仮想マシンまたは同等のものと組み合わせて実行する必要があるため、一般的には企業のクライアントサーバーのバックアップに使用されます。

逆増分バックアップ

逆増分バックアップ方式では、増分バックアップを合成していき、最新のバックアップがフルバックと同じ状態になるバックアップ方法です。

最初のフルバックアップ以降の増分バックアップを積み重ねて、再構築に必要なデータをすべて保存します。

リカバリが必要になったときに合成されたフルバックアップから素早く復旧できるのが特長です。

技術としては、Apple の Time Machineのようにハードリンクを使用するか、バイナリの差分を使用する方法があります。

Video: Reverse incremental backup and recovery explained

差分バックアップ

差分バックアップ方式は、前回のフルバックアップ以降に変更されたデータのみを保存します。 前回のフルバックアップからの時間が長くなると(つまりデータの累積変更量が多くなると)、差分バックアップを実行する時間も長くなります。 システム全体をリストアするには、最新のフルバックアップと、最後の差分バックアップを適用します。

Incremental vs Differential Backup, & Full - Explained

差分バックアップでは、他の差分バックアップの有無にかかわらず、最後のフルバックアップ以降に作成または変更されたファイルがコピーされます。

増分バックアップでは、フルバックアップまたは増分バックアップのいずれかの最新のバックアップ以降に作成または変更されたファイルがコピーされます。

ファイルの変更は、ファイル属性の最終更新日時、およびファイルサイズの変更によって検出されます。

磁気テープ

磁気テープは長い間、大量データの保存、バックアップ、アーカイブに最も一般的に使用されていたメディアでした。 以前はより安価なオプションでしたが、データ量が少ない場合には当てはまりません。

テープはシーケンシャル アクセス メディアであるため、データの継続的な書き込みまたは読み取り速度が非常に高速です。

多くのテープフォーマットは、メインフレームや特定のブランドのパーソナルコンピュータなど、特定の市場に特化したプロプライエタリなものでした。2014年には、 LTO (Linear Tape-Open) が主要なテープ技術となりました。

LTO 以外の技術では IBM 3592 (TS11xxシリーズとも呼ばれる) があります。

ハードディスク

ハードディスク ストレージの使用は、時代とともに安価になり使用される機会が増えてきました。ハードディスクは、使いやすく、すばやくアクセスでき 、広く普及しています。 しかし、ハードディスクは極めて精密な機械装置であり、テープに比べて損傷しやすく、特に輸送中に損傷することがあります。

2000年代半ばに、いくつかのドライブメーカーがランプロード(ramp load)と加速度センサー技術（「ショックセンサー」と呼ばれることもあります）を採用したポータブルドライブの製造が開始されました。2010年には、この技術を搭載したハードディスクの落下テストの業界平均は、工業用カーペットの上に非動作状態で36インチ(約91センチ)から落下させても、ドライブは無傷で動作することが示されました。

一部のメーカーは、ハードディスクの周りに衝撃吸収ケースを含む「高耐久性」のポータブルハードドライブも提供しており、より高い落下仕様の範囲をうたっているものもあります。 ハードディスク バックアップの安定性はテープバックアップよりも短いです。

外付けハードディスクの接続には、SCSI、USB、FireWire、eSATAなどのローカルインターフェイスと、イーサネット、iSCSI、ファイバーチャネルなどの長距離伝送技術をがあります。 ディスクベースのバックアップシステムの中には、仮想テープライブラリなどを介して、データの重複排除をサポートしているものがあり、毎日や毎週のバックアップデータで消費されるディスクストレージの容量を減らすことができます。

光学メディア

光学メディアはレーザーを利用してデータの保存や読み出しを行います。 記録型のCD、DVD、ブルーレイディスクは安価なので、パソコンで一般的に使用されています。

従来はハードディスクやテープに比べて容量や速度が劣っていましたが、光メディアの進歩によりその差は徐々に縮まっています。

メディアの劣化による将来のデータ損失の可能性は、修正可能な軽微なデータエラーの発生率を測定することで予測することができます。このエラーが連続して発生すると、修正不可能なセクタが発生するリスクが高まります。エラースキャンのサポートは、光ドライブのベンダーによって異なります。

多くの光ディスクは WORM(Write Once Read Many=書き込みは1度だけ。読み取り何度もできる) 型のためデータが変更されないため、アーカイブ目的で役立ちます。さらに、光ディスクは、ヘッドクラッシュ、磁気、水の浸入、電力サージでデータが損失することはありません。ただし、記録媒体が光にさらされると劣化が早まる可能性があります。

一部の光ストレージシステムでは、ディスクに人が触れることなくカタログ化されたデータのバックアップが可能であるため、データの整合性を長く保つことができます。 2008年にフランスで行われた調査では、一般的に販売されているCD-Rの寿命は2〜10年でしたが、あるメーカーは後に、金でスパッタリングされた層を備えたCD-Rの寿命を100年と推定しました。 ソニーの光ディスクアーカイブは、2016年に毎秒250MBの読み取り速度に達する可能性があります。

SSD (ソリッド ステート ドライブ)

ソリッド ステート ドライブ（SSD）は、集積回路の集合体を用いてデータを保存します。フラッシュメモリー、USBメモリー、コンパクトフラッシュ、スマートメディア、メモリースティック、セキュアデジタルカードなどのデバイスは、容量が少ない割には比較的高価ですが、比較的少ないデータ量をバックアップするのに便利です。 SSD は可動部がないため物理的な損傷を受けにくく、約500Mビット/秒から最大6Gビット/秒の大きなスループットを実現しています。SSDの容量も増え価格も安くなっています。 フラッシュメモリーのバックアップは、ハードディスクのバックアップよりも数年間安定しています。

Keeping Data For A Long Time

リモート バックアップ サービス

リモートバックアップサービスあるいはクラウドバックアップと呼ばれるものは、サービスプロバイダーがデータを遠隔地に保管します。火災や洪水、地震など、現在地に保存されているバックアップを破壊してしまう事態からデータを守るために利用されます。 クラウドベースのバックアップ( Google Drive や Microsoft OneDrive のようなサービス)は、データを保護するレイヤーを提供します。ただし、ユーザーは暗号化を使用して機密性を強化し、データのプライバシーと整合性を維持するためにプロバイダーを信頼する必要があります。 速度と可用性はユーザーのオンライン接続状況によって制限されるため、大量のデータを扱うユーザーはクラウドシーディングや大規模なリカバリーを利用する必要があります。

オンライン

オンラインバックアップストレージは通常、最もアクセスしやすいタイプのデータストレージであり、ミリ秒単位で復元を開始できます。 内蔵ハードディスクまたはディスクアレイ(SAN-Storage Area Networkに接続されている場合があります)は、オンラインバックアップの一例です。 このタイプのストレージは便利でスピーディーですが、偶然、悪意のある行為、またはデータを削除するウイルスによって、削除または上書きされる可能性があります。

ディスクアレイとは複数のハードディスクを束ねて一台の大容量のディスクのように利用する技術や機器のことです。

ニアライン(Near-line)

ニアライン ストレージとはオンラインとオフラインの中間地点にあたるストレージを意味します。 ニアライン ストレージは、オンライン ストレージに比べてアクセスしにくいですが、一般的に価格が安価なので、バックアップ データの保存に役立ちます。 一般的にオンラインストレージと同様の安全性を備えています。

オフライン

オフラインストレージでは、テープをテープドライブに挿入したり、ケーブルを接続したりするなど、ストレージメディアへアクセスするために、機器の接続が必要です。 データは、書き込みまたは読み取りが行われる限られた期間を除いて、どのコンピューターからもアクセスできないため、オンラインバックアップの障害モードの影響をほとんど受けません。 アクセス時間は、メディアがオンサイトかオフサイトかによって異なります。

オフサイトのデータ保護

バックアップメディアを現場から離れた場所に送り、災害をはじめとした、現地固有の問題から保護します。 保管場所は、システム管理者のホームオフィスのように単純な場合もあれば、バックアップメディアストレージの機能を備えた、耐災害性があり、温度制御された、セキュリティの高い大型施設の場合もあります。

バックアップサイト

バックアップ サイトまたはディザスタ リカバリ センターは、災害時にコンピュータシステムとネットワークを復元し、適切に構成できるように、データを保存するために使用されます。 独自のデータ復旧センターを持っている組織もあれば、サードパーティに委託している組織もあります。 コストが高いため、バックアップデータを災害復旧用の場所に移動する手段が推奨されることはめったにありません。 より一般的な方法は、災害復旧用データを可能な限り最新の状態に保つリモート ディスク ミラーリングです。

ファイル

ファイルシステム

ライブデータ

頻繁に更新されているファイルは、バックアップするのが困難です。 ライブデータ(=活動中のデータ)をバックアップする1つの方法は、一時的にデータを静止し(たとえば、すべてのファイルを閉じる)、「スナップショット」を作成してから、ライブ操作を再開することです。 この時点で、スナップショットは通常の方法でバックアップできます。

スナップショットは、一部のファイルシステムの瞬間的な機能であり、ファイルシステムのコピーを特定の時点で凍結したかのように表示します。多くの場合、コピーオンライトのメカニズムによって行われます。 変更中にファイルをスナップショットすると、ファイルが破損し、使用できなくなります。 これは、従来のデータベースや Microsoft Exchange Server などのアプリケーションに見られるように、相互に関連するファイルにも同じことが言えます。

ファジー バックアップ(fuzzy backup)という用語は、ライブデータのバックアップで一見正しく実行されたように見えるけれども、ある時点でのデータの状態を表していないものを指す言葉です。

活動を止めることができない、または止まらないデータファイルのバックアップオプションには下記の方法があります。

メタデータ

コンピュータに保存されている情報は、すべてがファイルに保存されているわけではありません。システム全体を最初から正確にリカバリーするには、ファイル以外のデータも把握しておく必要があります。

システムの説明

災害時に正確な代替品を調達するためには、システムの仕様が必要です。

ブートセクタ

ブートセクタは、保存するよりも簡単に再作成できる場合があります。ブートセクタは通常のファイルではありません。そしてこれがないとシステムは起動しません。

パーティションレイアウト

元のシステムを適切に再作成するには、元のディスクのレイアウト、およびパーティションテーブルとファイルシステムの設定が必要です。

ファイルのメタデータ

元の環境を適切に再作成するには、復元のために各ファイルのアクセス許可、所有者、グループ、ACL、などのメタデータをバックアップする必要があります。

システムメタデータ

オペレーティングシステムが異なれば、構成情報を格納する方法も異なります。 Microsoft Windows は、通常のファイルよりも復元が難しいシステム情報である「レジストリ」があります。

自動化されたデータグルーミング(データの手入れ)

エンタープライズ向けのクライアント サーバー バックアップ アプリケーションには、細かく「グルーミング(古いデータの削除)」を設定できるものがあります。

個人用バックアップアプリケーションの場合、システム全体として保持期間を設定して削除を遅延させるか、削除自体を無効にすることができます。

圧縮

保存するソースデータのサイズを縮小すると、使用するストレージスペースを減らすことができます。テープドライブのハードウェアには圧縮機能が組み込まれていることが多いです。

重複排除 / Deduplication

似たような構成のワークステーションをバックアップすることによる冗長性を減らすために、同じデータは1つのコピーだけを保存する方法があります。 この技術は、ファイルまたは raw ブロックレベルで適用できます。

重複排除は、データがバックアップメディアに移動する前にサーバー上で行うことができ、 ソース(クライアント)側の重複排除と呼ばれることもあります。 バックアップストレージに保存する前段階となる中間地点のサーバーを経由させて、この中間地点のサーバーで重複するデータを減らすこともあります。 このアプローチでは、バックアップデータを目的のメディアに送るために必要な帯域幅も削減されます。

重複データを取り除くプロセスはターゲットとなるストレージデバイス上でも行うことができます。これはインラインまたはバックエンド重複排除と呼ばれることもあります。

複製

バックアップ自体を2つ目のストレージメディアに複製することがあります。

これは、アーカイブファイルを再配置して復元速度を最適化するために行われます。 またはエンタープライズのクライアントサーバーバックアップの「Disk-to-disk-to-tape」機能のように、別の場所や別のストレージメディアに2番目のコピーを配置するために実行されます。

暗号化

バックアップテープなどの大容量のリムーバブルストレージメディアは、紛失または盗難にあった場合にセキュリティ上のリスクをもたらします。 メディア上のデータを暗号化すると、この問題を軽減できますが、暗号化はCPUを集中的に使用するプロセスがあり、バックアップ速度が低下する可能性があります。

暗号化されたバックアップのセキュリティは、鍵管理ポリシーのセキュリティと同じくらい効果的です。

多重化

バックアップするコンピューターの数がバックアップ先のストレージデバイスの数よりも多い場合は、単一のストレージデバイスを使用して複数のバックアップを同時に実行できると便利です。 しかし、「多重化バックアップ」によるスケジュールされたバックアップウィンドウの詰め込みは、テープを送り先とする場合のみ使用されます。

リファクタリング

アーカイブファイル内のバックアップのセットを再配置するプロセスは、リファクタリングと呼ばれます。 たとえば、バックアップシステムが保護されているすべてのコンピューターの増分バックアップを保存するために毎日1本のテープを使用する場合、コンピューターの1つを復元するには多くのテープが必要になる可能性があります。 リファクタリングを使用して、単一のコンピューターのすべてのバックアップを単一のテープに統合し、「合成フルバックアップ」を作成できます。 これは、絶えず増分バックアップを実行するバックアップシステムで特に役立ちます。

ステージング

バックアップをテープにコピーする前に、ステージングディスクにコピーすることがあります。このプロセスは「Disk-to-disk-to-tape」の頭文字をとって「D2D2T」と呼ばれることもあります。 ネットワークベースのバックアップシステムで頻繁に直面するように、最終的な宛先となるデバイスと送信元となるデバイスの速度の一致に問題がある場合に有効です。

ステージングは他のデータ操作技術を適用するための集中的な場所としても利用できます。