快照實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的邏輯保護(hù)，如果底層硬件層面的故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失則無法通過快照恢復(fù)。另外，由于快照和原始卷共享數(shù)據(jù)，可能會(huì)由于存儲(chǔ)軟件內(nèi)部的Bug引起數(shù)據(jù)的丟失（鏈接關(guān)系的損壞）。

有別于快照與原始卷共享數(shù)據(jù)，克隆（Clone）是對(duì)原始卷的完整拷貝。克隆的實(shí)現(xiàn)原理與快照類似，通常也是采用RoW和CoW兩種技術(shù)。采用上述兩種技術(shù)可以保證即刻創(chuàng)建一個(gè)克隆。但是克隆技術(shù)與快照不同的是，其后臺(tái)有任務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的剝離，最終保證克隆卷的數(shù)據(jù)與原始卷的數(shù)據(jù)完全隔離。如下圖所示，最終克隆的數(shù)據(jù)甚至可以在另外一個(gè)存儲(chǔ)池中，實(shí)現(xiàn)與原始卷數(shù)據(jù)的完全隔離。這樣，即使原始卷所在的存儲(chǔ)池出現(xiàn)故障，我們依然可以通過克隆恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

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存儲(chǔ)行業(yè)其實(shí)并沒有對(duì)克隆的實(shí)現(xiàn)做嚴(yán)格的限制，各個(gè)存儲(chǔ)廠商的實(shí)現(xiàn)也有差異。其中如華為的HyperClone實(shí)現(xiàn)的克隆是對(duì)原始卷的全拷貝，而Dell PowerStore的ThinClone則并非全拷貝，而只是支持寫數(shù)據(jù)的功能。

以華為的HyperClone為例，其是一個(gè)全拷貝的克隆，但是在創(chuàng)建之初并不能馬上保證克隆卷是原始卷數(shù)據(jù)的完全拷貝，而只能保證從訪問角度完全一致。在創(chuàng)建之初，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)同步位圖，同步位圖記錄了哪些數(shù)據(jù)已經(jīng)從原始卷同步到了克隆卷。如下圖是華為HyperClone創(chuàng)建后的狀態(tài)視圖，可以看到同步的進(jìn)度。

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克隆創(chuàng)建后，克隆卷本身也是一個(gè)邏輯卷，此時(shí)會(huì)建立原始卷和克隆卷的配對(duì)關(guān)系，并創(chuàng)建同步位圖。位圖用于標(biāo)記克隆卷與原始卷之間數(shù)據(jù)的同步進(jìn)展，另外，對(duì)于克隆卷的訪問也是依賴位圖的。這里位圖的功能與前面介紹的RAID1的位圖的功能有些類似的地方，大家可以類比理解一下。 

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通常在存儲(chǔ)引擎中會(huì)有一個(gè)后臺(tái)線程進(jìn)行原始卷到克隆卷數(shù)據(jù)的同步。當(dāng)完成一個(gè)數(shù)據(jù)塊的同步后，克隆卷的指針和位圖都會(huì)做相應(yīng)的更新。如上圖上半部分是克隆卷剛創(chuàng)建成功后的數(shù)據(jù)引用關(guān)系和位圖的狀態(tài)，下半部分則是完成第1個(gè)數(shù)據(jù)塊的同步后的數(shù)據(jù)引用關(guān)系和位圖的狀態(tài)。

由于克隆卷是創(chuàng)建后即可使用的，因此在數(shù)據(jù)的同步過程中原始卷和克隆卷都有可能有新的IO。對(duì)于讀IO來說就無所謂了，克隆卷根據(jù)引用關(guān)系讀取數(shù)據(jù)就行了；但對(duì)于寫IO則不同，無論是原始卷的寫IO還是克隆卷的寫IO都需要進(jìn)行特殊的處理。如上圖所示，如果寫IO位于第1個(gè)數(shù)據(jù)塊，由于此數(shù)據(jù)已經(jīng)分離，所以可以直接寫。如果寫IO位于2個(gè)數(shù)據(jù)塊（不算空洞），則需要做處理，對(duì)于來自克隆卷的IO不能按照原來的引用關(guān)系寫入數(shù)據(jù)，而是寫入新的位置，并更新指針和位圖信息，如下圖上半部分所示；對(duì)于來自原始卷的IO則需要先將數(shù)據(jù)搬移到克隆卷所在的存儲(chǔ)池，更新克隆卷的指針，最后才能寫入數(shù)據(jù)并更新位圖信息，如下圖下半部分所示。

在實(shí)際的產(chǎn)品中還要復(fù)雜一些，因?yàn)樯鲜霾僮魃婕岸鄠€(gè)數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)的更新，任何兩步中間都有可能出現(xiàn)問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。為了解決上述問題，通常將上述操作封裝為一個(gè)事務(wù)，以事務(wù)的方式提交所有數(shù)據(jù)的更改。

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上文我們只是介紹了一種可能的實(shí)現(xiàn)方案，但每個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)差異起始還是挺大的。比如NetApp的FlexClone，其聲稱為基于快照的克隆。當(dāng)基于原始卷創(chuàng)建克隆時(shí)，存儲(chǔ)引擎在底層會(huì)創(chuàng)建一個(gè)快照，并建立克隆卷與快照的關(guān)聯(lián)，大體如下圖所示。由于快照基于原始卷創(chuàng)建，因此快照具備了原始卷這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)。而克隆建立了與該快照的關(guān)聯(lián)，當(dāng)訪問克隆卷的時(shí)候就可以根據(jù)快照找到真實(shí)的數(shù)據(jù)。

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快照的特性我們?cè)谇拔囊呀?jīng)詳細(xì)介紹過，原始卷更改的時(shí)候快照數(shù)據(jù)不會(huì)變化。因此，快照的存在隔離克隆卷與原始卷寫數(shù)據(jù)時(shí)的相互影響。具體而言，如果原始卷寫入了一塊新數(shù)據(jù)，由于快照的隔離作用，在克隆卷中并不會(huì)感知到這個(gè)變化。如果在克隆卷寫入新的數(shù)據(jù)也是如此，因?yàn)榭寺【砀季硎峭耆綦x的空間，自然不會(huì)影響原始卷的數(shù)據(jù)。

繼續(xù)深入克隆卷的細(xì)節(jié)，我們知道邏輯卷通過指針的方式引用數(shù)據(jù)，在創(chuàng)建之初，克隆卷的所有指針為空。此時(shí)如果讀數(shù)據(jù)，直接從其配對(duì)的快照相同的偏移地址讀取數(shù)據(jù)即可，如果指針有有效值，直接根據(jù)指針的位置讀取數(shù)據(jù)即可。如果寫數(shù)據(jù)，直接在克隆卷的物理空間寫數(shù)據(jù)，完成寫數(shù)據(jù)后更新指針即可。

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本節(jié)我們介紹了克隆的原理，并結(jié)合主流存儲(chǔ)產(chǎn)品介紹了更多的細(xì)節(jié)。由于廠商開放的資源有限，很多細(xì)節(jié)也是作者猜測(cè)的，并不一定就是作者所描述的那樣。不過大體原理不會(huì)有大的出入，大家可以舉一反三。