快照是存儲系統中的一種數據保護技術，主要是實現數據的邏輯保護。所謂邏輯保護，就是當數據出現誤刪除或者病毒等原因導致數據破壞的情況。通過快照技術，可以將數據恢復到某一個時間點的數據。

從名字上可以猜出來，快照就好像給數據拍了一個照片，就好像我們日常生活中給人拍照片類似。以生活中拍照片為例，比如給你家娃娃拍了他2歲的照片，等他到5歲的時候，樣子變化很大。這個時候你想看看他2歲的時候長什么樣，那你就可以拿出他2歲的照片看看。

對于存儲中的快照技術也是類似，在某個時間點，你給某個磁盤（或者存儲中的LUN）打一個快照，相當于讓存儲系統給這個磁盤拍了一個照片。當之后的使用過程中發生了意外，比如病毒把數據搞壞了等等。這個時候你就可以通過快照知道原來的數據是什么樣的，這樣數據就可以找回來了。

快照可以在文件系統或者塊設備層面實現，我們以塊存儲為例。塊存儲從普通用戶的角度來看就是磁盤。從用戶的角度磁盤其實就是一個線性空間，可以理解為一個很大的數組，比如512G或者4TB等。但磁盤的讀寫最小單位是一個扇區，也就是512字節。這樣可以不用關心，這個跟我們后面講的快照的原理也沒有太大關系。

有了磁盤的這個概念，那么快照就比計較容易理解了。對于存儲系統而言，磁盤實際上是從存儲池劃分的一塊空間而已，假設原始磁盤在存儲池中有如圖的一塊空間，而磁盤在存儲系統中其實就是一個數據結構而已，只不過這個數據結構描述了磁盤在存儲池中的空間范圍。

磁盤是一個數據結構，快照實際上也是一個數據結構。對磁盤做快照，其實就是在存儲系統中創建一個數據結構，讓其描述的數據范圍指向原始磁盤指向的存儲池的范圍即可。這樣快照的數據就和磁盤的數據一模一樣。

但是原始磁盤的數據是會變化的，也就是會被重新寫新數據的。這個時候怎么保證快照的數據還是打快照那個時間點的數據呢？問題的關鍵就在磁盤對數據的描述和管理。在存儲系統中，將磁盤劃分為固定大小的塊（比如4KB），然后通過某種機制（比如位圖）對這些磁盤塊進行管理和標記。當有應用對磁盤寫新的數據的時候，磁盤管理軟件就會將原始數據拷貝到新的地方，然后讓快照的指向改為這個新地址，而磁盤原來的地方就可以將數據寫入。這樣對于磁盤而言，數據發生了變化；而對于快照而言，快照的數據還是打快照那個時間點的數據。

是的，目前快照有2中實現方式，一種是我上面介紹的方式，稱為COW，全稱為Copy-On-Write。也就是在原始磁盤寫數據的時候會將原始數據拷貝到新的地方。當然，并不是每次寫數據都會拷貝，而是第一次寫數據的時候才會拷貝。這里有一個位圖記錄著已經拷貝過的數據，如果已經拷貝過，則下次再寫數據的時候將不會再拷貝了。

另外一種實現方式成為ROW，全稱為Redirect-On-Write，也就是寫時重定向。這種實現方式的基本原理是當原始磁盤寫數據的時候并不在原始位置寫入數據，而是分配一個新的位置。這種情況下就需要維護磁盤邏輯地址與實際數據位置的對應關系。

比如在數據庫應用領域，使用關系型數據庫的業務通常是關鍵業務。因此，需要保證數據庫在出現數據損壞或者丟失的情況下能夠恢復到某個時間點。這樣，通過快照，比如每個小時打一個快照，這樣即使出現問題，最多丟失1個小時的數據，從而保證數據的安全。

數據庫為了提升性能可能會同時使用好幾個磁盤，比如Oracle數據庫會用不同的磁盤存放不同的數據。比如數據文件會單獨放在一個磁盤，Redo日志又會放在另外一個磁盤。并且，Oracle數據庫會校驗兩者的一致性，任何差異可能會導致整個數據庫的不一致。

在我們存儲層面我們是不知道那些IO是某一個事務的，而我們做快照是以IO為粒度進行的。換而言之，也就是我們做了一個快照，可能對于數據庫而言正在處于中間過程。這樣的話，當我們恢復到這個時間點的時候，數據庫并不能直接啟動，而是處于一種數據不一致的狀態，需要手動做恢復處理。