8) Zálohování

Zálohování dat

Co způsobí ztrátu dat?

• Selhání části počítače - hardwarová chyba, nejčastěji poškození HDD
• Chyba systému - znepřístupnění dat selháním složitého operačního systému
• Lidská chyba - mazání a úpravy dokumentů
• Viry - malware - druh viru, který zašifruje po spuštění počítače uživatelská data a požaduje finanční úhradu za jejich obnovu
• Krádež - notebook, přenosná média, externí disk
• Katastrofa (např. přírodní) - povodeň, ...

Starší druhy - magnetooptické disky, Bernoulliho mechaniky, páskové zálohovací mechaniky, optické disky, zálohovací mechaniky

Magnetické signály používané u konvenčních disketových mechanik a pevných disků ukládají data v mikroskopických proužcích. Ze širšího hlediska jsou však magnetické signály primitivním prostředkem. Jako kontrast si můžeme uvést paprsek světla vyzářený laserem, který lze zaostřit do oblasti mnohem menší, než oblast ovlivňovaná i tou nejcitlivější magnetickou čtecí/zápisovou hlavou. Je zřejmé, že pomůžeme-li si při zápisu a čtení laserem, podaří se nám na stejné místo dostat daleko více dat.

Jedno řešení je v konstrukci disků WORM, ale data nelze zcela libovolně změnit nebo mazat. Chceme-li výkonnou velkokapacitní výměnnou paměť, můžeme sáhnout po magneto-optických mechanikách (MO), které kombinují technologii konvenčních magnetických mechanik a laserových mechanik. Podobně jako u magnetického disku můžeme zapisovat, měnit a vymazávat data, na disk se vejdou stovky megabytů informací, disk lze přenášet od jednoho stroje k druhému.

Zápis dat na magneto-optický disk:

Intenzivní laserový paprsek se zaostří na povrch disku, který je složen z krystalické kovové slitiny jejíž tloušťka činí jen několik atomů. Slitina, která polarizuje světlo je nanesena na hliníkovém substrátu. Jak slitina, tak hliníkový substrát jsou z obou stran pokryty plastickou hmotou. Laserový paprsek zahřeje tenký proužek nad kritickou teplotu zvanou Curieův bod. Při této teplotě, která je pro různé materiály různá, jsou krystaly ve slitině dostatečně volné na to, aby s nimi pohnulo magnetické pole.

Zápisová hlava, podobná mechanikám HDD, vytvoří magnetické pole, které přeskupí krystaly pro reprezentaci log. 1 do jednoho směru a pro reprezentaci log. 0 do jiného směru. Oblast, ovlivněná laserovým paprskem je velmi malá, na disk o průměru 5 1/4" se vejde 500MB dat.

Čtení dat z magnetooptických disků Při čtení dat se na stopu zaměří slabší laserový paprsek. Paprsek prochází přes slitinu, která jej polarizuje, takže až na reflexní hliníkovou vrstvu projde jen ta část paprsků, které kmitají v určitém směru. Čidlo pak snímá odražené světlo a určuje směr jeho polarizace. Seskupení krystalů znamenající logickou 1 polarizuje světlo v jednom směru, seskupení krystalů znamenající 0 je polarizuje v jiném směru.

Jak pracují Bernoulliho mechaniky

Švýcarský matematik 18. století, David Bernoulli, byl prvním člověkem, který popsal jev týkající se dynamiky kapalin, jenž je patrný v pohybující se vodě nebo vzduchu. Bernoulliho princip, umožňuje letadlu vzlétnout ze země. Potřebná vztlaková síla vzniká změnou tlaku při obtékání zakřiveného tělesa tekutinou.

Tento princip inspiroval firmu Iomega Corporation (1980) k vytvoření neobvyklého paměťového zařízení. Bylo neobvyklé, protože mělo paměťovou kapacitu jako pevné disky tehdejší doby, ale disk bylo možné vyjmout jako disketu.

Pokud je měkký materiál, ze kterého je disk vyroben v klidu, prohne se dolů - dál od čtecí mechaniky. Jakmile se disk otáčí, začne vzduch nad povrchem disku rychleji proudit, pod povrchem disku je relativně klidný a nastane zdvih směrem ke čtecí a zápisové hlavě. Disk se hlavy nedotkne, protože horní nepohyblivý talíř vytváří vzduchovou překážku mezi hlavou a diskem. Opačné síly vztlaku a vzduchová překážka vyústí v ustálení disku ve vzdálenosti několik mikrometrů od čtecí/zápisové hlavy. V případě situace jako je ztráta napětí nebo otřesu dojde ke ztrátě vztlaku a disk odpadne od čtecí/zápisové hlavy.

Jak pracují mechaniky zálohovacích magnetických pásek

Zálohovací mechaniky na magnetické pásky jsou schopny za poměrně nízké pořizovací náklady zálohovat gigabyte nebo více dat na jedinou pásku. Nejznámější jsou mechaniky QIC (Quarter Inch Cartrige) a DAT (Digital Audio Tape).

A) Zálohovací mechanika se čtvrtpalcovou kazetou QIC

Pokud dáme povel pro zálohování a použijeme příslušný software mechaniky QIC, tak program přečte tebulku FAT na HDD a najde soubory, jejichž zálohování se požaduje. Software pak zapíše do 32 KB oblasti v paměti DRAM adresářovou informaci. Vzápětí se do téže oblasti zapíší i příslušná data. Je-li řadič páskové mechaniky osazen čipem pro ošetření chyb, přenese se celá tato 32 KB oblast do paměti řadiče, kde čip přidá kód pro opravu chyby (EC, error correction). Pokud řadič tento čip nemá, vypočte kód pro opravu chyby sám software. Když jsou data v řadiči, je oblast paměti DRAM volná pro zápis dalšího bloku dat z HDD a proces se může opakovat.

Řadič se dále stará o ovládání samotné páskové mechaniky. Mnoho páskových mechanik má trojdílnou hlavu - dvě čtecí hlavy obklopují střední zápisovou hlavu. V závislosti na směru pohybu pásky čte jedna z čtecích hlav data, která byla právě zapsána zápisovou hlavou, aby se zkontrolovalo, zda se data na pásce shodují s daty, které tam zápisová hlava vysílala.

Formát pásky obsahuje až 32 rovnoběžných stop. Když se cívka přetočí na konec, pohyb se obrátí a tok dat jde spirálovým způsobem směrem k vnějšku pásky. Každá stopa je rozdělena na bloky po 512 nebo 1024 B a segment obvykle obsahuje 32 bloků.

Záložní mechanika s páskou DAT

Rozdílná koncepce čtecí/zápisové hlavy mechanik DAT spočívá v mechanismu rotujícího válce se čtyřmi hlavami posunutými o 90 stupňů. Dvě z těchto hlav, zápisová hlava A a B, zapisují zálohovaná data a dvě odpovídající čtecí hlavy data přezkušují. Válec je lehce nakloněn a vzhledem k pásce se otáčí pod určitým úhlem. Zaminutu se otočí 2000 krát, zatímco páska před válcem běží proti směru otáčení válce rychlostí 8,5 mm za sekundu.

Během doby, po kterou je zápisová hlava A ve styku s páskou, zapíše okolo 128 KB dat a opravných kódů. Jelikož je válec nakloněn, setká se páska s hlavou na svém jednom okraji a pak se hlava pohybuje diagonálně přes pásku, až se dostane na druhou stranu. Výsledkem je úzká úhlopříčná stopa, asi 8 krát delší než je šířka pásky. Čtecí hlava A znovu čte data a kontroluje obsah.

Zápisová hlava B při přechodu pásky zapisuje data na stopu pod 40 stupňovým sklonem vůči stopě A, čímž vytváří stromečkový vzor. Překrývání dat směstná na palec pásky více dat. Později při čtení nedochází k chybě, protože magnetické bity zapsané dvěma zápisovými hlavami mají rozdílnou polaritu.

Nověji - archivace dat na optické disky

CD neboli Compact Disk nabízí v tomto směru nové možnosti. První CD se na trhu objevily v roce 1982. Dnes existují 4 základní typy optických nosičů – CD-ROM, CD-R, CD-RW a disky s technologií DVD-ROM, případně DVD-R.

Disk CD-R (Recordable)

Originální disky CD-ROM vyráběné ve velkovýrobě lisováním mají zpravidla stříbrnou barvu, kdežto disky CD-R nemají stříbrnou barvu nikdy. Obvykle mají barvy různých odstínů modré, zelené a žluté. Výrobci udávají prvotřídní kvalitu zápisu na disku minimálně 10 let. Tvrdí, že během jednoho roku dojde ke ztrátě asi 1% dat, což údajně způsobuje snaha materiálu postupně nabývat původního stavu.

Disk CD-RW (ReWriteble)

Tyto disky umožňují zaznamenávat data opakovaně – podobně jako je tomu například u disket. Zápis se opět provádí laserovým paprskem o vlnové délce 650 – 780 nm.Ten způsobí ohřátí úseků aktivní vrstvy (Ag-In-Sb-Te) nad teplotu tání, která okamžitě přejde do tekutého stavu. Následným ochlazením dojde k fázové přeměně látky z tekutého do amorfního stavu. Zápis je tedy tvořen řetězcem amorfního a krystalického stavu aktivní datové vrstvy. Při čtení se pak využívá toho, že amorfní stav má menší odrazivost než stav krystalický. Je-li aktivní vrstva opětovně zahřátá nad krystalizační teplotu (asi 200 °C) po dostatečně dlouhou dobu, dojde opět k fázové přeměně a aktivní vrstva nabude opět krystalického stavu (mazání dat). V současné době existují disky, které lze takto opakovaně přepsat více než 1 000 krát a životnost těchto disků je více než 30 let. Disky CD-RW mají nižší odrazivost než disky CD-ROM a CD-R, ale přesto jsou spolehlivě čitelné v mechanikách CD-ROM a DVD-ROM.

Disk DVD (Digital Versatile Disk)

Na trhu jsou od roku 1996. Čtou se laserovým paprskem kratší vlnové délky než klasické CD-ROM. To umožňuje vytvářet jemnější strukturu zápisu a oboustranný zápis dat. Další technologie umožňuje až zdvojnásobení kapacity disku. Jedná se o nanesení poloprůhledné zlaté vrstvy na povrch odrazové stříbrné vrstvy. Čtení pak probíhá tak, že laserový paprsek mění vlnové délky – jedna vlnová délka je určena pro čtení dat ze zlaté vrstvy a druhá vlnová délka pro čtení dat ze stříbrné vrstvy. Disky DVD-R umožňují zatím zápis zhruba do 4,7 GB dat. ~

Optická média nelze zcela doporučit, pokud se k tomu s menším množství dat odhodláme,měli bychom zvolit raději média s keramicko-kovovými vrstvami než s běžnými organickými. Disky s anorganickými vrstvami jsou dražší, ale jejich životnost při správném skladování trvá desítky let.

Externí disk

Více než záloha zde vzniká archiv dat. Obvykle volíme buď notebookovou velikost 2,5", která vystačí s napájení z USB portu nebo klasický 3,5" disk, verze s rozhraním USB 3.0. V případě USB flashdisku budeme omezeni přijatelnou kapacitou paměti. Běžně používané 16GB nebo 32GB flashdisky jsou vhodné spíše pro přenos dat denní potřeby. Je zde také riziko jejich ztráty nebo poškození.

Jednodiskový NAS (datové úložiště)

Síťové úložiště s jedním diskem není zálohou, opět se jedná o archivaci dat. Výhodou je jejich sdílení mezi více uživateli, většinou bez ohledu na používané operační systémy, s různými síťovými protokoly. Při administraci NASu musíme dbát na to, že toto zařízení nerozlišuje typy souborů, které ukládáte, uživatel musí udržovat pořádek ve složkách a souborech.

Dvoudiskový NAS

Toto řešení lze považovat za jednoduchou zálohu - NAS se dvěma sloty pro pevné disky. U tohoto zařízení lze nastavit základní RAID pole - RAID 1 - zrcadlení. Při nenadálém selhání jednoho z disků tak data zůstanou v identické podobě na druhém disku. Po vložení náhrady (nového nebo záložního disku), dojde opět k sestavení RAID pole a zkopírování dat na nový disk. Nevýhoda: obnovit data při poruše samotného NASu nelze, ani tím, že vložíme disky do jiného identického NASu. Záchrana dat je možná, ale složitějším způsobem. Vždy je výhodnější mít data uložena ještě jinde, případně zašifrovat. Vhodný je například NAS s větším počtem USB portů pro připojení externích disků.

Vícediskový NAS

Pro větší výkon a větší kapacitu než mají současné HDD (např. 4TB). Je zde kladen větší požadavek na procesor a paměťový subsystém, lepší chlazení a dimenzované napájení (posílit proti výpadkům). Nejčastěji se používá čtyřpozicové síťové úložiště, vhodná RAID pole a informační LCD displej.

Cloudové služby

Lze je rozdělit na dva druhy:

• synchronizační
• zálohovací

Synchronizační služby (Dropbox, Copy nebo Skydrive, ..) představují jen částečnou zálohu, nechrání před lidskou chybou. Pokud si sami smažeme složku nebo přepíšeme obsah souboru, promítne se tato změna i do souborů umístěných v cloudu. Drpbox však umožňuje obnovu předchozích verzí souborů nebo smazaných souborů a adresářů (verzování, verifikace).

Zálohovací služby nabízí pokročilejší funkce:

• prioritní zálohování vybraných adresářů
• pozdržení zálohy při připojení na bezdrátovou síť nebo slabé baterii notebooku
• uchování starších verzí souborů, smazaných souborů, ...
• synchronizace s více zařízeními

Záloha na virtuální úložiště má své přednosti - celosvětová síť umožňuje duplikaci dat na více míst po celém světě, větší bezpečnost, přístup k datům odkudkoliv.

Rychlé a efektivní zálohování

Jaké jsou požadavky na zálohování?

• výběr umístění záložních dat
  • místo na disku
  • externí disk, DVD, ..
  • úložiště typu NAS
  • cloud
• předvolby zálohy
  • volba dat, která chceme zálohovat
  • záloha klíčových součástí Windows, e-mailů, souborů vytvořených v aplikacích Microsoft Office, obrázků, videí, PDF souborů, elektronických knih
  • obsah pracovní plochy, synchronizovaný obsah iPhonů
    • nastavení archivu se zálohou
      • aktivace komprese zálohovaných dat, šifrování
      • určení intervalu vytváření zálohy
      • omezení celkové velikosti záložního archivu
      • povolení automatického mazání starších záložních dat
      • informace o zálohování pomocí e-mailu, mobilní aplikace (iPhony, iPady)
• obnova dat
  • okno s historií záložních dat nabízí výběr podobný průzkumníku Windows, pravé tlačítko myši nabídne:
    • otevření souboru ze záložního disku
    • obnovu souboru do původního umístění
    • obnoví soubor do vybrané složky
• záchrana dat
  • kolaps operačního systému nebo havárie disku
  • použití startovacího disku - USB Drive, ISO obraz startovacího disku (flash disk je rychlejší)

Zálohování dat ze smartphonu

Fotografie a videa pořizované ze smartphonů může být při manuálním způsobu práce dost nepohodlné. Cloudová úložiště jsou velmi pohodlná, ne každý však chce ponechat svá důvěrná data na cizích serverech.

V tomto případě stačí open-source řešení pod Androidem - syncthing.net, stáhnout aplikaci SyncTray-zor, ... po nastavení a spárování smartphonu s počítačem může nastat synchronizace určitých složek z paměti smartphonu s diskem počítače, automaticky se detekuje složka s fotografiemi, lze zvolit i jiné složky.