Executando backup do GPFS: Guia de backup do sistema de arquivos IBM Spectrum Scale

O que é GPFS e por que o backup de dados é importante?

O cenário empresarial moderno está se tornando cada vez mais orientado por dados com o passar do tempo, exigindo uma estrutura subjacente capaz de gerenciar grandes volumes de dados em sistemas distribuídos e apresentando desafios únicos para a maioria dos sistemas de arquivos comuns. Nesse contexto, gostaríamos de analisar mais detalhadamente o IBM Spectrum Scale, uma solução anteriormente conhecida como General Parallel File System ou GPFS.

O GPFS é uma solução incrivelmente útil para empresas que lutam contra o crescimento explosivo de dados e, ao mesmo tempo, precisam de acesso confiável e proteção para todas as informações cobertas. No entanto, antes de nos aprofundarmos nas especificidades das estratégias de backup para esse ambiente, é importante explicar o que torna esse FS tão único e por que é tão difícil proteger as informações nesse ambiente usando meios convencionais.

Entendendo o IBM Spectrum Scale e o GPFS

O IBM Spectrum Scale surgiu do General Parallel File System, que foi originalmente desenvolvido para ambientes de computação de alto desempenho. O IBM Spectrum Scale é uma solução de armazenamento complexa para gerenciar informações em recursos dispersos, operando com vários dispositivos de armazenamento físico como uma entidade lógica. O fato de o Spectrum Scale poder fornecer acesso simultâneo a arquivos de vários nós significa que ele praticamente elimina os gargalos normalmente associados aos sistemas de arquivos tradicionais que trabalham com cargas de trabalho massivas.

A transição do GPFS para o Spectrum Scale é mais do que apenas uma mudança de nome. A tecnologia central continua baseada na arquitetura GPFS, mas a IBM expandiu com sucesso seus recursos para atender aos requisitos comerciais modernos, como suporte à análise de dados, recursos de segurança aprimorados, integração com a nuvem e muito mais. Apesar de todos os esforços de reformulação da marca, a maioria dos administradores e fontes de documentação ainda se referem a este sistema como GPFS ao discutir seus aspectos operacionais.

Também nos referimos ao sistema como GPFS ao longo deste guia, para manter a consistência e a clareza com os recursos técnicos existentes.

A importância dos backups de dados no GPFS

A natureza crítica das cargas de trabalho com as quais os sistemas operam torna a perda de dados em um ambiente Spectrum Scale especialmente devastadora. Os aplicativos em execução no GPFS muitas vezes não toleram longos períodos de inatividade ou indisponibilidade de dados, seja na produção de mídia, treinamento de IA, modelagem financeira, pesquisa científica etc. Esse é um dos principais motivos pelos quais estratégias de backup robustas não são apenas recomendadas para esses ambientes, mas absolutamente essenciais.

A natureza distribuída do GPFS pode criar desafios não convencionais nas abordagens tradicionais de backup. Com informações potencialmente espalhadas por dezenas ou até centenas de nós, a coordenação adequada de backups consistentes exigiria técnicas altamente especializadas. Além disso, o grande volume de informações gerenciadas regularmente em ambientes GPFS (muitas vezes atingindo petabytes de informações em escala) significa que as janelas de backup e os requisitos de armazenamento também exigem um planejamento muito cuidadoso.

As empresas que executam o GPFS também precisam lidar com fatores de conformidade regulatória que muitas vezes exigem políticas específicas de retenção de dados. A falha na implementação de estruturas adequadas de backup e recuperação não é apenas um risco para a continuidade operacional, mas também pode sujeitar a organização a penalidades legais e financeiras substanciais em setores regulamentados.

Principais recursos do IBM Spectrum Scale para gerenciamento de backup

A IBM conseguiu integrar vários recursos poderosos diretamente no Spectrum Scale, aprimorando significativamente os recursos relacionados a backup de forma nativa. Esses recursos formam a base para estratégias abrangentes de proteção de dados, equilibrando desempenho com confiabilidade e eficiência.

Os exemplos mais notáveis desses recursos no Spectrum Scale são:

• Gerenciamento de arquivos orientado por políticas – Recursos de automação para operações de ciclo de vida, seleção de backup e movimentação de dados com base em regras personalizáveis.
• Snapshots globalmente consistentes – Criação de cópias pontuais em todo o sistema de arquivos sem interrupções nas operações em andamento.
• Integração com TSM/Spectrum Protect – A conexão direta com a plataforma de backup empresarial da IBM simplifica muito os backups.
• Opções de redundância de dados – Recursos de replicação e codificação de apagamento protegem contra falhas de hardware.
• Recuperação em cluster – Disponibilidade mantida mesmo durante falhas parciais do sistema.

Nenhum desses recursos elimina a necessidade de estratégias de backup adequadas, mas eles fornecem ao pessoal administrativo recursos poderosos para criar esquemas de proteção complexos. Quando aproveitados adequadamente, os recursos nativos do Spectrum Scale melhoram drasticamente a eficiência e a confiabilidade das operações de backup, especialmente quando comparados com abordagens genéticas aplicadas a sistemas de arquivos convencionais.

No entanto, o verdadeiro poder do Spectrum Scale surge quando as empresas personalizam suas ferramentas para atender aos seus próprios objetivos de tempo de recuperação, hierarquias de valor de dados e padrões específicos de carga de trabalho. Uma estratégia de backup adequadamente projetada para ambientes GPFS deve se basear em seus recursos nativos e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos específicos dos processos de negócios que o sistema suporta.

Quais são as diferentes opções de backup disponíveis no GPFS?

A concepção de uma estratégia sólida de proteção de dados para o IBM Spectrum Scale exige que os administradores analisem várias abordagens de backup com vantagens distintas em cenários específicos. A enorme complexidade das implementações GPFS de nível empresarial exige um grau muito elevado de compreensão de todas as opções disponíveis. Escolher a combinação certa de métodos de backup não é apenas uma decisão técnica; também tem um impacto direto na utilização dos recursos, na continuidade dos negócios e nas capacidades de conformidade, sem custos operacionais ou financeiros desnecessários.

Backups completos vs. backups incrementais

O backup completo é a abordagem mais direta no campo da proteção de dados. Uma operação de backup completo copia todos os arquivos do sistema de arquivos ou diretório selecionado para o destino do backup, independentemente de seu status atual. Essa abordagem abrangente cria um instantâneo completo e independente das informações, que pode ser restaurado inteiramente por conta própria, sem nenhuma dependência de outros conjuntos de backup.

A maior vantagem de um backup completo é a simplicidade de restauração: os administradores precisam apenas ter acesso a um único conjunto de backup quando uma operação de recuperação é necessária. Dessa forma, os tempos de recuperação ficam mais rápidos, o que é uma vantagem significativa durante várias situações estressantes relacionadas à falha do sistema. Dito isso, os backups completos podem consumir quantidades significativas de recursos de armazenamento e largura de banda da rede, tornando os backups completos diários impraticáveis para a maioria das implantações GPFS em grande escala.

O backup incremental é uma das alternativas mais comuns aos backups completos, fornecendo um método eficiente de proteção de dados ao capturar apenas as informações que foram alteradas desde a operação de backup anterior. Ele reduz drasticamente as janelas de backup e os requisitos de armazenamento, tornando muito mais fácil realizar operações de backup frequentes. A desvantagem aparece durante os processos de restauração, em que cada processo de recuperação deve acessar vários conjuntos de backup em uma sequência muito específica, o que tende a prolongar o tempo total de recuperação. Os backups incrementais são considerados particularmente eficazes em ambientes GPFS, com os recursos robustos de rastreamento de alterações do GPFS, pois o sistema pode identificar de forma rápida e eficiente os arquivos modificados sem a necessidade de operações de comparação exaustivas.

Quando usar backups diferenciais no GPFS?

Falando em meio-termo, os backups diferenciais são um meio-termo entre as abordagens completas e incrementais. Os backups diferenciais capturam todas as alterações desde o último backup completo, especificamente, em vez de desde qualquer backup recente. Os backups diferenciais merecem consideração especial em ambientes GPFS, considerando como certos padrões de carga de trabalho desse ambiente tornam os backups diferenciais particularmente valiosos.

Uma das maiores vantagens dos backups diferenciais é a simplicidade da recuperação para conjuntos de dados com taxas de alteração moderadamente altas. Ao restaurar qualquer backup diferencial, os administradores precisam apenas adicionar o último backup completo para concluir toda a operação. É um processo de recuperação muito mais simples do que executar cadeias potencialmente longas de backups incrementais em uma sequência precisa. Essa diferença na complexidade pode significar muito para sistemas de arquivos GPFS de missão crítica com RTOs rigorosos, onde o longo processo de recuperação de um backup incremental pode se estender além dos acordos de nível de serviço existentes.

Ambientes GPFS em aplicativos com muitas transações são outro exemplo de um ótimo caso para backups diferenciais. Quando os dados passam por alterações frequentes em um subconjunto menor de arquivos, uma abordagem incremental tradicional certamente criará cadeias de backup altamente ineficientes, com uma miríade de pequenos conjuntos de backup que devem ser restaurados de uma só vez quando necessário. Os backups diferenciais são muito melhores para consolidar essas alterações em unidades muito mais gerenciáveis, ao mesmo tempo em que são mais eficientes do que os backups completos. Muitas cargas de trabalho de banco de dados que executam GPFS exibem exatamente esse padrão: sistemas financeiros, aplicativos ERP e uma variedade de cargas de trabalho semelhantes com atualizações regulares em pequena escala de informações críticas.

Usando a GUI para gerenciamento de backup no IBM Spectrum Scale

Embora as interfaces de linha de comando possam fornecer recursos de controle poderosos para usuários experientes, a IBM também reconhece a necessidade de ferramentas de gerenciamento mais acessíveis. Esse é um tópico especialmente importante para ambientes em que os especialistas em armazenamento podem não ter conhecimento e experiência suficientes com o GPFS. A GUI do Spectrum Scale oferece uma interface baseada na web que tende a simplificar muitos aspectos do gerenciamento de backup usando visualização intuitiva e orientação conveniente do fluxo de trabalho.

Os recursos de gerenciamento de backup na GUI ajudam os administradores a:

• Configurar políticas de backup usando criadores de políticas visuais.
• Gerar relatórios detalhados sobre o sucesso, a falha e o consumo de armazenamento do backup.
• Visualizar as dependências do backup para evitar o máximo possível de erros de configuração.
• Agendar e monitorar tarefas de backup usando um painel centralizado.
• Gerenciar instantâneos e recuperações usando operações simples de apontar e clicar.

Ao mesmo tempo, certas configurações avançadas de backup ainda podem exigir intervenção usando a interface de linha de comando em casos específicos. A maioria das empresas maduras tenta manter a proficiência em ambos os métodos, realizando operações de rotina na GUI e deixando as ferramentas de linha de comando para scripts automatizados ou casos complexos.

Entendendo as diferentes opções de armazenamento para backups

Surpreendentemente, o destino dos backups GPFS tem um impacto substancial na eficácia de uma estratégia de backup. Os métodos de execução do backup podem permanecer semelhantes, mas a tecnologia de armazenamento subjacente tende a diferir muito, influenciando a velocidade de recuperação, a eficiência de custos e os recursos gerais de retenção. Administradores inteligentes devem avaliar as opções em um espectro de possibilidades, em vez de se concentrar na capacidade bruta.

Armazenamento em fita é um bom exemplo de uma opção de armazenamento um tanto não convencional que ainda desempenha um papel crucial em muitas arquiteturas de backup GPFS. Não há praticamente nenhuma alternativa à fita quando se trata de armazenar grandes volumes de dados para fins de retenção de longo prazo com recursos de segurança air-gapped. Os recursos modernos de fita para empresas são bastante convenientes para dados de backup que raramente são acessados, com gerações LTO atualizadas que oferecem vários terabytes de capacidade por cartucho por uma fração do custo do armazenamento em disco. A integração do IBM Spectrum Scale e do Spectrum Protect (solução de backup da IBM) ajuda a otimizar a movimentação de dados para bibliotecas de fitas, mantendo catálogos pesquisáveis que podem mitigar as limitações de acesso das fitas.

Os destinos de backup baseados em disco são substancialmente mais rápidos do que as operações de restauração de fitas, mas também são uma forma muito mais cara de armazenamento. Nessa categoria, as empresas podem escolher entre matrizes de armazenamento de uso geral e dispositivos de backup dedicados, sendo que estes últimos geralmente usam recursos de desduplicação dedicados integrados para melhorar a eficiência do armazenamento. O armazenamento de objetos também deve ser mencionado aqui como uma espécie de meio-termo que tem ganhado cada vez mais popularidade nos últimos anos, oferecendo uma combinação de desempenho razoável para cargas de trabalho de backup e uma situação econômica melhor do que as soluções SAN/NAS tradicionais.

Como realizar backups de dados no GPFS?

Passando do conhecimento teórico para a implementação prática, os backups no IBM Spectrum Scale exigem o domínio de ferramentas e técnicas específicas projetadas com esse complexo sistema de arquivos distribuídos em mente. A execução bem-sucedida depende de muitos fatores diferentes, desde a emissão dos comandos corretos até a compreensão de todas as considerações arquitetônicas que influenciam o comportamento do backup em ambientes de sistema de arquivos paralelos. Esta seção revisa os principais aspectos operacionais dos backups GPFS, desde utilitários de linha de comando até garantias de consistência.

Usando o comando mmbackup para backups completos

O comando mmbackup é a espinha dorsal das operações de backup padrão para ambientes IBM Spectrum Scale. Ele foi projetado especificamente para funcionar com as características exclusivas do GPFS, com suas extensas estruturas de metadados, padrões de acesso paralelo e natureza distribuída. O comando mmbackup pode fornecer uma abordagem especializada para backups com desempenho e confiabilidade superiores em comparação com qualquer utilitário de uso geral, o que é mais perceptível ao operar em escala.

De modo geral, o mmbackup cria uma interface eficiente entre o Spectrum Scale e o Spectrum Protect, lidando com praticamente tudo, desde a movimentação de dados e a seleção de arquivos até a preservação de metadados, tudo ao mesmo tempo. Sua sintaxe básica usa um padrão lógico direto:

• Limitar operações a conjuntos de arquivos específicos,
• Definir padrões para exclusão ou inclusão,
• Controlar o paralelismo e assim por diante.

A consideração cuidadosa desses parâmetros se torna especialmente importante em ambientes de produção, onde as janelas de backup são frequentemente restritas, sem espaço para qualquer disputa de recursos.

Para organizações que não utilizam o Spectrum Protect, também existem várias alternativas de terceiros no mercado para software de backup com suporte para integração com GPFS, mesmo que muitas vezes não tenham a integração profunda do mmbackup.

Também existe um caminho totalmente personalizado, utilizando o comando mmapplypolicy para identificar arquivos que requerem backup e scripts complexos para movimentação de dados. É a abordagem mais flexível disponível, mas requer um esforço e recursos significativos para desenvolvimento e manutenção contínua.

Etapas para criar instantâneos no IBM Spectrum Scale

Os instantâneos são muito úteis quando usados em conjunto com backups tradicionais em ambientes GPFS, com pontos de proteção quase instantâneos, sem o impacto no desempenho ou a duração dos backups completos. Ao contrário dos backups convencionais, que copiam os dados para uma mídia externa, os instantâneos usam a estrutura interna do sistema de arquivos para preservar visualizações pontuais, enquanto ainda compartilham blocos inalterados com o FS ativo.

O processo de criação de um snapshot básico no Spectrum Scale é relativamente simples, exigindo apenas algumas etapas:

1. Identificação do destino: determine se você precisa de um snapshot de um conjunto de arquivos específico ou de todo o sistema.
2. Estabelecimento de convenção de nomenclatura: escolha um esquema de nomenclatura consistente que possa ser usado para identificar a finalidade do backup, incluindo também um carimbo de data/hora.
3. Criação do snapshot: execute a variante do comando apropriada para uma das opções na etapa 1:
   1. Snapshots em nível de conjunto de arquivos – mmcrsnapshot FILESYSTEM snapshot_name -j FILESET
   2. Snapshots em nível de sistema de arquivos – mmcrsnapshot FILESYSTEM snapshot_name
4. Verificação de arquivos: confirme a integridade do novo snapshot usando mmlssnapshot.

Os instantâneos se tornam ainda mais poderosos quando integrados a estratégias de proteção mais amplas e complexas. Muitas empresas criam instantâneos imediatamente antes e depois de operações de grande porte, como atualizações de aplicativos, integrações com aplicativos de backup etc. Os instantâneos também podem ser executados em intervalos fixos regulares como parte dos esforços contínuos de proteção de dados.

Apesar de seus muitos benefícios, os instantâneos nunca devem ser confundidos com backups verdadeiros. Eles ainda são vulneráveis a falhas de armazenamento físico e geralmente têm períodos de retenção limitados em comparação com cópias de backup externas. Estratégias eficientes de proteção de dados geralmente usam uma combinação de instantâneos e backups tradicionais para ter proteção fora do sistema de longo prazo e pontos de recuperação rápidos e frequentes.

Como garantir a consistência em instantâneos e backups GPFS

A consistência dos dados é um fator crítico em qualquer estratégia de backup eficaz. Em ambientes GPFS, pode ser difícil alcançar consistência completa. A natureza distribuída do sistema de arquivos GPFS e o potencial para modificações simultâneas de vários nós criam uma série de desafios únicos. Mecanismos de consistência adequados são necessários para garantir que os backups não capturem estados inconsistentes de aplicativos ou transações parciais, o que tornaria esses backups ineficazes para cenários de recuperação futuros.

A coordenação com o software que usa o sistema de arquivos é essencial para backups consistentes com o aplicativo. Muitos aplicativos corporativos fornecem seus próprios ganchos exclusivos para sistemas de backup. Por exemplo, os sistemas de gerenciamento de banco de dados oferecem comandos para limpar transações no disco e pausar temporariamente os processos de gravação durante operações críticas de backup. É necessário criar scripts e orquestração cuidadosos para integrar esses processos específicos do aplicativo às operações de backup do GPFS, muitas vezes envolvendo comandos pré-backup e pós-backup que sinalizam aos aplicativos para entrar ou sair dos modos de backup.

A funcionalidade de snapshot do Spectrum Scale oferece vários recursos projetados especificamente para combater os desafios de consistência:

• Grupos de consistência
• Consistência global
• Suspensão de gravação

Dito isso, a consistência em ambientes mais exigentes geralmente requer ferramentas adicionais, como ao executar bancos de dados ou sistemas de processamento de transações. Algumas empresas implantam tecnologias de consistência de terceiros para coordenar as camadas de aplicativos, bancos de dados e armazenamento. Outras optam por implementar abordagens específicas para aplicativos, contando com APIs de backup de banco de dados para manter a integridade das transações enquanto geram cópias de backup para locais GPFS.

Estratégias de backup híbrido: combinando backup completo, incremental e instantâneo

As estratégias de proteção de dados mais eficazes em ambientes GPFS raramente dependem de uma única abordagem de backup, aproveitando uma combinação de técnicas para obter melhores velocidades de recuperação, eficiência de armazenamento, etc. As abordagens híbridas reconhecem a necessidade de adaptar as medidas de proteção a tipos de dados específicos, dependendo do valor, da taxa de alteração e dos requisitos de recuperação das informações. As abordagens híbridas permitem que as organizações concentrem recursos onde eles oferecem o maior valor comercial, reduzindo o uso de sobrecarga para dados menos importantes.

Uma abordagem híbrida bem projetada tende a incorporar:

• Backups completos semanais como pontos de recuperação independentes.
• Backups incrementais diários para capturar com eficiência as alterações em andamento.
• Snapshots mais frequentes para fornecer pontos de recuperação quase instantâneos para as informações mais recentes.
• Replicação contínua para subconjuntos de dados de missão crítica para reduzir ao máximo o tempo de recuperação.

O poder dessa abordagem fica claro quando se comparam vários cenários de recuperação. As abordagens híbridas permitem que os administradores restaurem exclusões acidentais recentes a partir de instantâneos em questão de minutos, mantendo um conjunto abrangente de recursos de proteção contra falhas catastróficas por meio da cadeia de backup tradicional.

No entanto, implementar estruturas de backup híbridas não é um processo fácil; requer uma orquestração cuidadosa para garantir que todos os componentes da configuração possam operar em harmonia e não interfiram uns com os outros. Disputa por recursos, duplicação desnecessária e ameaças inerentes à tomada de decisões manuais são apenas alguns exemplos de como uma configuração híbrida pode ser configurada incorretamente, causando mais danos do que benefícios.

O custo de propriedade a longo prazo é onde as empresas podem ver o verdadeiro valor das abordagens híbridas. A capacidade de alinhar os custos de proteção com o valor dos dados tende a proporcionar economias significativas ao longo do tempo, mais do que compensando quaisquer investimentos iniciais na formação de várias camadas de proteção de backup. Um backup híbrido configurado corretamente pode oferecer proteção intensiva para dados críticos, garantindo que os dados menos valiosos consumam menos recursos e exijam ciclos de backup menos frequentes; coisas que uma abordagem tradicional não pode fazer.

Como gerenciar processos de backup no GPFS?

Uma estrutura de gerenciamento robusta está por trás de toda estratégia de proteção de dados bem-sucedida, transformando recursos técnicos em confiabilidade operacional. A configuração adequada das tarefas de backup ainda é necessária, mas a verdadeira segurança só aparece quando as medidas de backup são combinadas com processos disciplinados de solução de problemas, monitoramento e programação. Em ambientes GPFS, esses aspectos operacionais exigem atenção especial, considerando sua escala e complexidade médias. Resposta rápida a problemas, automação e verificação são alguns bons exemplos de recursos de gerenciamento que ajudam a transformar sistemas de backup funcionais em uma estrutura de proteção verdadeiramente resiliente.

Agendamento de tarefas de backup no IBM Spectrum Scale

O agendamento estratégico é o que transforma processos de backup manuais e imprevisíveis em operações automatizadas confiáveis, capazes de manter um equilíbrio delicado entre os requisitos de disponibilidade do sistema e as necessidades de proteção da organização. Encontrar janelas de backup adequadas em ambientes GPFS requer uma análise cuidadosa dos padrões de uso, o que é um passo além do simples agendamento noturno.

Os agendadores nativos do GPFS podem oferecer recursos básicos de temporização, mas há muitas empresas no setor que usam regras de agendamento muito mais complexas com ferramentas externas, com gerenciamento de dependências, notificação inteligente, temporização com reconhecimento da carga de trabalho e outros recursos avançados.

Quanto aos ambientes com operações globais ou requisitos 24 horas por dia, 7 dias por semana, o conceito de janelas de backup é frequentemente substituído por estratégias de proteção contínua. Essas abordagens podem distribuir operações de backup menores ao longo do dia, evitando picos substanciais de consumo de recursos, o que é muito diferente das tarefas de backup “monolíticas” padrão. Os mecanismos de política do GPFS podem ser particularmente úteis aqui, automatizando a identificação de arquivos alterados para essas operações de proteção contínua, ajudando a direcioná-los para processos de backup com pouca ou nenhuma sobrecarga administrativa.

Monitoramento e verificação dos resultados das tarefas de backup

A verificação e o monitoramento de backup são recursos que devem combater o problema de backups não verificados, criando uma ilusão de proteção quando não há garantia total de que um backup possa ser restaurado corretamente quando necessário. O monitoramento abrangente deve resolver esse problema, transformando a incerteza em confiança, fornecendo visibilidade das operações de backup e identificando problemas antes que eles possam afetar a recuperabilidade. Em ambientes Spectrum Scale, essa visibilidade se torna especialmente importante para garantir proteção completa, uma vez que uma operação de backup média nesse ambiente abrange vários nós e camadas de armazenamento ao mesmo tempo.

Muitas empresas implementam painéis de monitoramento dedicados para agregar métricas de proteção em todo o ambiente GPFS. Essas ferramentas de visualização podem ajudar o pessoal administrativo a identificar rapidamente possíveis problemas, tendências e assim por diante. Sistemas de monitoramento eficazes também tendem a ter respostas de alerta multifacetadas, dependendo da prioridade do negócio e da gravidade do impacto, em vez de produzir notificações excessivas e criar algo chamado “fadiga de alerta”. Uma das situações mais comuns em grandes ambientes GPFS é o uso de ambientes de monitoramento automatizado com revisões manuais periódicas para identificar padrões sutis de degradação que poderiam ter sido perdidos pelos sistemas automatizados.

Retomar operações para backups interrompidos

Quando os processos de backup encontram interrupções inesperadas, a capacidade de retomar as operações de maneira eficiente é o que diferencia os esquemas de proteção frágeis dos poderosos. Felizmente, o IBM Spectrum Protect possui recursos de retomada integrados que foram projetados especificamente para ambientes distribuídos, mantendo metadados detalhados do progresso que devem permitir que as operações interrompidas continuem a partir do ponto em que foram interrompidas, em vez de reiniciar completamente.

No entanto, para obter o desempenho de retomada ideal, é necessário prestar atenção a vários detalhes de configuração, tais como:

• Persistência de metadados – para garantir que as informações de rastreamento sobrevivam à reinicialização do sistema.
• Independência dos componentes – garantir que os trabalhos de backup permitam a conclusão parcial.
• Frequência dos pontos de verificação – um equilíbrio delicado entre o potencial de retrabalho e a sobrecarga.
• Mecanismos de verificação – garantir que os componentes que já foram copiados para backup permaneçam válidos.

Também há situações em que os recursos nativos de retomada podem ser insuficientes. Nesse caso, scripts wrapper personalizados podem ajudar a dividir grandes operações de backup em componentes separados que são mais fáceis de rastrear. Esse método pode criar uma sobrecarga de gerenciamento adicional, mas também se mostra muito mais flexível em situações em que as janelas de backup são severamente restritas ou quando as interrupções são comuns e frequentes.

Tratamento de falhas de backup e recuperação no GPFS

Falhas de backup podem ocorrer mesmo nos ambientes mais meticulosamente projetados. Um grande sinal de uma estrutura verdadeiramente poderosa é quando um sistema pode responder de forma eficaz a qualquer problema a qualquer momento, em vez de tentar evitar todas as falhas completamente (considerando que isso é praticamente impossível). Uma abordagem estruturada para o gerenciamento de falhas pode transformar as situações mais caóticas em processos de resolução bem lubrificados.

Um bom primeiro passo para o diagnóstico de falhas de backup seria estabelecer procedimentos padronizados de análise de log para distinguir entre restrições de acesso, problemas de consistência, limitações de recursos, erros de configuração e falhas de infraestrutura desde o início. Uma vez que a categoria do problema tenha sido descoberta, as estratégias de resolução devem seguir de acordo com manuais predefinidos que são personalizados para cada categoria de falha – com caminhos de escalonamento, modelos de comunicação, etapas de correção técnica, etc.

O processo de transição da correção da falha para as operações normais também requer verificação, em vez de simplesmente presumir que o problema foi resolvido. Backups de teste, verificações de integridade e outros métodos são uma boa maneira de verificar isso, e empresas maduras têm até mesmo análises pós-mortem de falhas de backup dedicadas que tentam examinar as causas raiz do problema, em vez de apenas tratar os sintomas.

Quais são as práticas recomendadas para backups de dados no GPFS?

O conhecimento técnico é o que possibilita a funcionalidade de backup, mas os esforços de proteção de dados genuinamente resilientes em ambientes IBM Spectrum Scale precisam ter uma perspectiva muito mais ampla, que transcenda comandos e ferramentas. As organizações bem-sucedidas abordam a proteção do GPFS como uma disciplina de negócios própria, em vez de uma mera tarefa técnica, alinhando os investimentos em proteção com o valor dos dados, criando estruturas que estabelecem processos de governança para execução consistente e assim por diante. As práticas recomendadas apresentadas abaixo são o resultado da sabedoria coletiva de implementações empresariais em diversos setores, na tentativa de preencher a lacuna entre as realidades práticas e os ideais teóricos em ambientes complexos e multifacetados.

Criação de uma estratégia de backup para suas necessidades de acesso aos dados

Uma análise completa dos requisitos de negócios é o ponto de partida de toda estratégia de backup, articulando claramente os objetivos de recuperação de negócios que refletem as realidades operacionais da empresa, em vez de metas e objetivos arbitrários. A maioria dos ambientes GPFS com cargas de trabalho diversificadas nessas situações precisa implementar níveis de proteção em camadas para adequar a intensidade da proteção ao valor dos dados e outros fatores.

O processo de desenvolvimento da estratégia deve abordar muitas questões fundamentais de uma forma ou de outra, tais como objetivos de tempo de recuperação para diferentes cenários, dependências de aplicações, requisitos de conformidade, objetivos de ponto de recuperação, etc. Uma estratégia de backup bem-sucedida também requer a colaboração entre diferentes equipes, com todos os tipos de partes interessadas contribuindo com suas perspectivas, a fim de formar estratégias que possam equilibrar prioridades concorrentes com a viabilidade técnica.

Testar regularmente as restaurações de backup

Como mencionado anteriormente, backups não testados são apenas uma ilusão de proteção, e empresas maduras devem ter uma compreensão clara do fato de que os testes são obrigatórios, não opcionais. Processos de validação abrangentes podem ajudar a transformar a proteção teórica em recuperabilidade comprovada, ao mesmo tempo em que desenvolvem a expertise e a confiança da organização nas operações de recuperação antes que ocorram emergências.

Estruturas de teste complexas devem incluir vários níveis de validação, como simulações em escala real de grandes interrupções, amostragem rotineira de arquivos aleatórios, etc. Testes completos de recuperação de aplicativos podem exigir recursos significativos, mas esse investimento compensa quando surgem emergências reais, revelando problemas técnicos e lacunas no processo em exercícios controlados, em vez de situações de alta pressão. Um elemento surpresa também é importante para esses processos de teste, a fim de ajudá-los a simular melhor situações do mundo real (limitando avisos prévios, restringindo o acesso à documentação primária, etc.).

Documentação dos processos e procedimentos de backup

Quando ocorre uma emergência, uma documentação clara e detalhada pode ajudar a resolver o problema de maneira ordenada, em vez de caótica. A documentação completa é especialmente importante para ambientes GPFS complexos, onde os processos de backup e recuperação afetam dezenas de componentes e várias equipes ao mesmo tempo. A documentação abrangente também deve incluir não apenas referências de comandos simples, mas também o raciocínio por trás de todas as escolhas de configuração, dependências e árvores de decisão para ajudar na solução de problemas comuns.

Estratégias de documentação eficientes reconhecem as diferentes necessidades do público, formando recursos em camadas que vão desde manuais técnicos detalhados até resumos executivos. Dessa forma, cada parte interessada pode acessar rapidamente as informações em seu nível de detalhe preferido, sem a necessidade de passar por materiais que consideram excessivos ou complexos.

Ciclos de revisão regulares sincronizados com as alterações do sistema também devem ser realizados para toda a documentação em uma organização, para que essas informações sejam tratadas como um componente crítico do sistema, e não como algo secundário. Plataformas de documentação interativas têm se tornado mais populares nos últimos anos, combinando procedimentos escritos tradicionais com verificações de validação automatizadas, ferramentas de apoio à decisão, vídeos incorporados e outros recursos convenientes.

Como proteger backups GPFS contra ameaças cibernéticas

As estratégias modernas de proteção de dados devem estar preparadas para lidar não apenas com modos de falha regulares, mas também com ameaças cibernéticas altamente complexas que visam especificamente os sistemas de backup. É verdade que os backups historicamente se concentravam na recuperação de falhas de hardware ou exclusão acidental, mas as estruturas de proteção atuais também protegem as empresas contra ataques de ransomware que podem reconhecer e tentar eliminar as opções de recuperação.

É necessária uma abordagem complexa e em várias camadas para proteger os backups GPFS, combinando imutabilidade, isolamento, controles de acesso e criptografia para formar recursos de recuperação resilientes. As medidas de segurança mais essenciais aqui incluem:

• Proteção com isolamento físico por meio de sistemas isolados da rede ou mídia offline.
• O princípio de backup 3-2-1 – três cópias dos dados existentes em dois tipos de mídia diferentes, com uma cópia armazenada fora do local.
• Criptografia de backup em trânsito e em repouso.
• Verificação regular do repositório de backup.
• Imutabilidade do backup para impedir qualquer modificação em cópias específicas de informações.
• Controles de acesso rigorosos com credenciais separadas para sistemas de backup.

As empresas com a proteção mais flexível também aprimoram essas medidas técnicas usando várias salvaguardas processuais – avaliações de segurança regulares por terceiros, procedimentos de verificação complexos, equipes separadas para gerenciar backups e produção, etc.

Desafios comuns e solução de problemas em backups GPFS

Mesmo o planejamento mais meticuloso não impediria que os ambientes de backup GPFS encontrassem algum tipo de erro ou problema que exigisse solução. A natureza distribuída do Spectrum Scale, combinada com grandes volumes de dados, cria muitos desafios incomuns que diferem daqueles encontrados em ambientes de backup regulares. Aqui, tentamos abordar os problemas mais comuns e suas possíveis soluções de maneira clara e concisa.

Tratamento de falhas e erros de backup

As falhas de backup em ambientes GPFS tendem a se manifestar com mensagens de erro crípticas que exigem muito contexto para serem compreendidas, em vez de poderem ser lidas diretamente. O troubleshooting eficaz deve começar com a compreensão da complexidade de uma arquitetura em camadas nas operações de backup do GPFS, reconhecendo como os sintomas de um componente podem ter se originado de um componente totalmente diferente.

As categorias de falhas mais comuns incluem problemas de conectividade de rede, incompatibilidade de permissões, restrições de recursos em períodos de pico e inconsistências nos metadados que acionam estruturas de verificação. A resolução eficiente para esses problemas sempre envolve tentar ser proativo em vez de reativo – encontrar e resolver os problemas principais em vez de lutar contra os sintomas.

Administradores experientes tendem a desenvolver suas próprias abordagens estruturadas que ajudam a examinar possíveis problemas usando uma sequência lógica, por exemplo:

• Logs do sistema
• Disponibilidade de recursos
• Produtividade dos componentes

Empresas com operações maduras também tendem a manter suas próprias bibliotecas de padrões de falhas, documentando problemas anteriores e como foram resolvidos, o que tende a acelerar drasticamente o troubleshooting enquanto constrói o conhecimento institucional na organização.

Gerenciando limitações de armazenamento durante backups

As restrições de armazenamento são um dos desafios mais persistentes para as operações de backup do GPFS, especialmente à medida que os volumes crescem enquanto as janelas de backup permanecem fixas ou até mesmo diminuem. Essas limitações se manifestam de diferentes formas, desde espaço insuficiente para o armazenamento temporário de backups até throughput inadequado para aquele momento dentro dos prazos exigidos.

Tentar adquirir armazenamento adicional raramente é uma solução para esses problemas, pois o crescimento dos dados geralmente supera os aumentos no orçamento. É por isso que estratégias eficazes se concentram em maximizar a eficiência do armazenamento atual usando técnicas como deduplicação de comprimento variável, backups incrementais em nível de bloco e algoritmos de compactação para tipos de dados específicos.

Muitas empresas também implementam esquemas de classificação de dados capazes de aplicar diferentes abordagens de proteção com base no valor e na frequência de alteração das informações, o que ajuda a direcionar os recursos para dados críticos, aplicando medidas de proteção menos poderosas às informações de menor prioridade. A análise do uso do armazenamento também é comumente usada em tais ambientes, examinando padrões de acesso e histórico de alterações para prever o comportamento futuro e ajustar automaticamente os parâmetros de proteção, a fim de otimizar a utilização dos recursos.

Prevenção da corrupção de dados durante backups GPFS

A corrupção de dados durante as operações de backup é um risco particularmente incômodo, pois esses problemas podem permanecer indetectáveis até que as tentativas de restauração revelem pontos de recuperação inutilizáveis. Os ambientes GPFS são suscetíveis a problemas comuns e vulnerabilidades exclusivas de corrupção, como estados inconsistentes do sistema de arquivos, fluxos de dados interrompidos, inconsistências de metadados, etc.

A prevenção de tais problemas requer disciplina operacional e salvaguardas arquitetônicas, mantendo a integridade dos dados ao longo do ciclo de vida da proteção. Os métodos essenciais de prevenção de corrupção também incluem verificação de soma de verificação, procedimentos de verificação de prontidão do backup e muito mais.

A validação pós-backup também é uma recomendação comum, indo além da simples verificação de conclusão para incluir também a validação da consistência dos metadados, testes de restauração completa em uma base periódica, verificação de conteúdo baseada em amostras, etc. Muitos ambientes modernos até usam abordagens de backup de fluxo duplo, criando cópias paralelas por meio de caminhos independentes, permitindo a comparação cruzada para identificar corrupções que poderiam passar despercebidas.

Dicas para gerenciamento eficiente de backup em grandes clusters

A escala dos ambientes GPFS tende a introduzir complexidade em muitos aspectos diferentes do gerenciamento de dados. Por exemplo, o gerenciamento de backup se torna muito mais difícil em tais ambientes, como já mencionamos várias vezes. As abordagens tradicionais raramente funcionam em grandes clusters GPFS que abrangem dezenas ou centenas de nós. Assim, são necessárias estratégias altamente especializadas para obter eficiência nesses ambientes — elas precisam ser projetadas especificamente para escala desde o início para funcionar.

As dicas mais importantes que podemos recomendar para o gerenciamento de backup em grandes clusters GPFS são:

• Implemente redes de backup dedicadas
• Configure mecanismos de limitação apropriados
• Aproveite a automação da verificação de backup
• Distribua a carga de backup
• Estabeleça políticas de retenção graduadas
• Projete com base na resiliência
• Mantenha os metadados de backup

Paralelização em vários níveis com alocação de recursos cuidadosamente gerenciada é comum em muitas implementações de backup de grandes clusters. Abordagens de backup contínuo também são altamente preferidas nesses casos, eliminando completamente as janelas de backup tradicionais. Dessa forma, os backups completos são substituídos por processos incrementais sempre em execução que podem manter a proteção constante e minimizar o impacto nos sistemas de produção.

Soluções de backup baseadas em POSIX para GPFS

Embora seja verdade que o IBM Spectrum Scale oferece integração nativa com o Spectrum Protect por meio de comandos especializados como mmbackup, as empresas também podem aproveitar as soluções de backup compatíveis com POSIX para proteger seus ambientes GPFS. POSIX significa Portable Operating System Interface (Interface de Sistema Operacional Portátil) e é um conjunto de padrões que define como os aplicativos interagem com os sistemas de arquivos, independentemente de sua arquitetura subjacente.

Como o GPFS se apresenta como um sistema de arquivos compatível com POSIX, praticamente qualquer software de backup que siga esses padrões deve ser capaz de acessar e fazer backup de informações de ambientes Spectrum Scale, mesmo que o desempenho e a compatibilidade de recursos possam variar muito de uma solução para outra.

O Bacula Enterprise seria um bom exemplo de uma dessas soluções – uma plataforma de backup empresarial com um núcleo de código aberto, operando como um sistema de backup baseado em POSIX puro para GPFS e ambientes semelhantes. É particularmente forte no mercado de HPC, provando sua eficácia em empresas que preferem operar em ambientes mistos com uma variedade de ferramentas e padrões especializados.

Pode não oferecer o conjunto de recursos de integração profunda disponível via mmbackup e Spectrum Protect, mas a flexibilidade e o extenso ecossistema de plug-ins do Bacula o tornam uma opção forte para estratégias de backup GPFS, especialmente quando as empresas precisam padronizar as ferramentas de backup em diferentes plataformas de armazenamento e sistemas de arquivos.

Perguntas frequentes

Como os backups GPFS se integram às plataformas de armazenamento em nuvem?

Os ambientes GPFS podem aproveitar o armazenamento em nuvem usando o recurso Transparent Cloud Tiering, que cria conexões diretas entre o Spectrum Scale e provedores como IBM Cloud, Azure, AWS, etc. As empresas que implementam essa abordagem devem avaliar cuidadosamente as implicações de latência, os requisitos de segurança e o custo total de propriedade antes de se comprometerem com repositórios de backup baseados em nuvem.

Quais considerações se aplicam ao fazer backup de ambientes GPFS com cargas de trabalho em contêineres?

Os aplicativos em contêineres em execução no armazenamento GPFS apresentam uma série de desafios exclusivos que exigem abordagens de backup dedicadas, com ênfase no estado do aplicativo e na persistência dos dados. Estratégias eficazes geralmente combinam instantâneos de volume com ferramentas sensíveis a aplicativos para garantir que os dados e a configuração ainda possam ser restaurados de maneira coerente.

Como as empresas podem testar com eficácia o desempenho do backup GPFS antes da implementação em produção?

A alta precisão nos testes de desempenho de backup requer o uso de perfis de dados realistas que correspondam às cargas de trabalho de produção, em vez de benchmarks sintéticos que tendem a falhar quando se trata de refletir as condições do mundo real. As empresas devem alocar tempo suficiente para testes iterativos que permitam a otimização da configuração, considerando o fato de que os resultados de desempenho iniciais raramente representam a eficiência mais alta que pode ser alcançada sem o ajuste direcionado dos parâmetros do GPFS e do aplicativo de backup.