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Rsync Backup → Btrfs Snapshots

Aufgabenstellung: Zu sichern ist ein Ubuntu Server (20.04), der bei einem Online Webhoster steht. Der Backup-Server ist ein lokal gehosteter Debian Server (11). Gesichert werden soll das komplette Dateisystem des Remote-Servers, bis auf die generischen Dateisysteme (/proc; /sys; /dev; /run und das Swapfile, sofern vorhanden). Darüber hinaus soll auf dem Backup-Server eine Versionierung der Backups mit geeigneten Rotationsintervallen stattfinden.

Löungsansatz: Der Backup-Server synchronisiert täglich mit rsync das Dateisystem des Remote-Servers in ein Verzeichnis current auf ein btrfs formatiertes Volume und speichert jeden Lauf als btrfs-Snapshot ab. Somit steht je nach Rotationsschema für jeden Backuplauf ein Snapshot des Remote-Servers auf dem Backup-Server zur Verfügung. Sowohl rsync wie auch btrfs übertragen bzw. speichern nur die geänderten Daten auf den Backup-Server. Der Backup-Server soll die Verbindung zum Quell-Server aufbauen und nur während des Backups geöffnet lassen, damit bei einem kompromittierten Remote-Server die Daten auf dem Backup-Server nicht erreichbar sind.

Voraussetzungen: Folgende Voraussetzungen müssen für die Umsetzung des o.g. Lösungsansatzes erfüllt sein:

  • Btrfs-Dateisystem auf dem Backup-Volume im Backup-Server.
  • Der Remote-Server muss per SSH-Key-Authentication erreichbar sein.
  • Root-Rechte auf dem Remote-Server.

1. Backup-Server Setup

Der für dieses Tutorial verwendete Backup Server ist ein Linux Debian 11 System.

1.1 Btrfs-Partition

Btrfs ist ein modernes Copy-on-Write (CoW) Dateisystem für Linux Systeme und implementiert erweiterte Features, wie z.B. das Erstellen inkrementeller Snapshots von Subvolumes.

Empfehlenswert ist für das Speichern der Backups eine dedizierte btrfs formatierte Partition. Das restliche Betriebssystem installiere ich persönlich auf ext4 formatierten Partitionen, um etwaigen Problemen mit btrfs formatierten Boot-Partitionen aus dem Weg zu gehen.

Das Partitions-Layout auf dem Backup-Server stellt sich wie folgt dar:

# lsblk
NAME   FSTYPE   SIZE MOUNTPOINT
sda             200G 
├─sda1 ext4      14G /
├─sda2 swap     1,9G [SWAP]
└─sda3 btrfs  184,2G /backup

1.2 Verzeichnis-Hirachie

Das btrfs-Dateisystem bietet einen build-in Snapshot Support. Es können einzelne Verzeichnisse innerhalb eines btrfs formatierten Dateisystems als Subvolumes definiert werden, deren Inhalt dann mit Snapshots separiert und gesichert werden können. Zum Anlegen eines btrfs-Subvolume benutzen Sie das btrfs-Kommando:

# btrfs subvolume create /backup/current

Das Verzeichnis welches die Snapshots abspeichern soll, kann ganz normal mit mkdir anglegt werden. Im hier vorliegenden Fall wäre das dann noch /backup/snapshots.

# ls -l /backup/
insgesamt 0
drwxr-xr-x 1 root root 258 28. Dez 2020  current
drwxr-xr-x 1 root root   0 23. Okt 00:07 snapshots

1.3 Kommandos und Skripte

Für das Backup und für die Snapshot Rotation werden zwei Kommandos benötigt, die im Folgenden näher beschrieben werden.

1.3.1 Rsync

Initial wird mit rsync der gesamte Verzeichnisbaum des Remote-Servers in das Verzeichnis /backup/current gesynct, im weiterem Verlauf wird das Delta inkrementell in das selbe Verzeichnis gesynct. Auf dem Remote-Server gelöschte Dateien werden auch im Backup gelöscht (--delete), so dass im Verzeichnis /backup/current nach der Synchronisation immer der aktuelle Stand des Remote-Servers abgebildet wird.

Der Schalter --numeric-ids wird benutzt, um rsync anzuweisen die User- und Groupnames des Remote-Servers nicht mit denen des Backup-Servers zu ersetzen.

--numeric-ids
With this option rsync will transfer numeric group and user IDs rather than using user and group
names and mapping them at both ends.

By default rsync will use the username and groupname to determine what ownership to give files.
The special uid 0 and the special group 0 are never mapped via user/group names even if the
--numeric-ids option is not specified.

Die von der Synchronisation ausgeschlossenen Verzeichnisse werden in der Datei /root/orgfiles/exclude_dir.txt gepflegt:

/proc/*
/sys/*
/dev/*
/run/*
/media/*
/mnt/*
/swapfile

Das vollständige Kommando zum Aufruf von rsync:

rsync -avH --numeric-ids --delete --delete-excluded --exclude-from=/root/orgfiles/exclude_dir.txt root@[Remote_Server_IP_Address]:/ /backup/current/

1.3.2 btrfs

Zum Erstellen des Snapshots verwende ich ein fertiges Skript, welches auf Github heruntergeladen werden kann. Dieses Skript erstellt den btrfs-Snapshot und rotiert die gewünschte Anzahl vorgehaltener Versionen durch. Das Skript wird mit folgenden Parametern zusammen mit dem oben erwähnten rsync-Kommando in einem Skript ausgeführt.

btrfs-snap.sh -r -c -B $SNAPSHOT_DIR $MACHINE_DIR @$MACHINE 30

Der verwendete Parametersatz im einzelnen:

  • -r: Erstellt den Snapshot read-only. Erfordert btrfs-tools v0.20.
  • -c: Formatiert den Namen des Snapshots
  • -B $SNAPSHOT_DIR: Speichert den Snapshot im angegebenen Verzeichnis, ohne weitere Verzeichnisse wie zB das aktuelle oder übergeordnete Verzeichnis.
  • $MACHINE_DIR: Das Remoteverzeichnis, welches zu sichern ist.
  • @MACHINE: Ein Identifier des Snapshot im Dateinamen
  • 30: Anzahl der vorgehaltenen Versionen

1.3.3 Backup-Skript

Die Kommandos der beiden Skripte rsync und btrfs werden in einem Skript zusammengefasst und auf dem Backup Server regelmäßig ausgeführt:

#!/bin/bash
MACHINE=185.216.xxx.xxx
MACHINE_DIR=/backup/current_185.216.xxx.xxx/
SNAPSHOT_DIR=/backup/snapshots/
EXCLUDE_FILE=/root/orgfiles/exclude_dir.txt
SCRIPT_DIR=/root/orgfiles/scripts
# rsync server root from $MACHINE
rsync -avzH --numeric-ids --delete --delete-excluded  --exclude-from=$EXCLUDE_FILE root@$MACHINE:/ $MACHINE_DIR
# Create btrfs-snaphot; keep 30 versions 
$SCRIPT_DIR/btrfs-snap.sh -r -c -B $SNAPSHOT_DIR $MACHINE_DIR @$MACHINE 30

1.4 Cron Konfiguration

Folgender Aufruf in der /etc/crontab führt das Skript jeden Tag um 03:00 Uhr auf:

00 3 * * * root /root/orgfiles/scripts/backup_185.216.xxx.xxx.sh
Updated on 5. April 2023
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