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So funktioniert Time Machine

Bei der Vorstellung von Mac OS X 10.5 Leopard im Jahre 2007 sprach Apple davon, dass gerade einmal 4 Prozent aller Mac-Benutzer ihre Daten in einem Backup sichern würden. Apple sei deshalb bemüht, den Benutzern eine Technologie zu bieten, die möglichst einfach und automatisch Sicherungen der eigenen Daten anlegt. «Time Machine» ist das Resultat dieser Bemühungen. Die Backup-Technologie ist seit Leopard Teil von OS X und wurde seither stetig verbessert und in seinen Funktionen ausgebaut.

Das Besondere an Time Machine ist, dass die Backup-Technologie tief in das Betriebssystem verwurzelt ist. Aus Programmen, die Time Machine unterstützen, lässt die Technologie — getreu seinem Namen — den Benutzer sprichwörtlich durch die Zeit reisen und ehemals verfügbare Daten wiederherstellen. Im Finder kann das komplette Dateisystem in der Zeit zurückgespult werden — so können zum Beispiel auch Daten von Programmen, die Time Machine nicht direkt unterstützen, wiederhergestellt werden.

Das Aktivieren der Time Machine ist ausserdem Apple-typisch einfach gestaltet. Ist Time Machine einmal eingerichtet, wird der ganze Backup-Prozess automatisch im Hintergrund ausgeführt — der Benutzer bekommt davon meist nichts mehr mit. Im Stundentakt wird nun für die ganze Festplatte ein Backup erstellt.

Das Backup-Volume

Alles, was es zum Betrieb der Time Machine braucht, ist ein mit dem Dateisystem HFS+ formatiertes Volumen. Bei diesem Volumen kann es sich um eine externe Thunderbolt-, FireWire- oder USB-Festplatte, ein Netzwerk-Volumen oder auch eine andere Partition auf der System-Festplatte handeln.

Letzteres ist zwar möglich, aber nicht all zu schlau: Gibt es bei der System-Festplatte einen Defekt, ist höchstwahrscheinlich auch die Backup-Partition davon betroffen. Backups sollten deshalb immer auf eine externe Festplatte oder ein Netzwerk-Volumen gespeichert werden.

Netzwerk-Volumen können nur dann für Time Machine benutzt werden, wenn mit dem Apple Filling Protocol (AFP) darauf zugegriffen werden kann. Apple bietet mit der «Time Capsule» eine Netzwerk-Festplatte an, die extra für Time Machine entwickelt wurde.

Seit Version 10.7 «Lion» kann OS X Time-Machine-Backups auch verschlüsseln. Dazu muss das Backup-Volumen mit «HFS+ Journaled, Encrypted» formatiert werden und ein Passwort für den Zugang definiert werden.

Seit Version 10.8 «Mountain Lion» kann OS X auch mehrere Volumen für Time Machine verwenden. Dies ist besonders für Besitzer von MacBooks interessant, können diese so z.B. ein stationäres Volumen zuhause und ein portables Volumen für unterwegs (auf Reisen, oder am Arbeitsplatz) als Backup-Volumen einrichten.

Local Snapshots

Das Backup funktioniert natürlich nur dann, wenn auch ein Backup-Volumen verfügbar ist.
Seit OS X 10.7 Lion kann Time Machine auf einem Mac-Notebook aber auch sogenannte «local snapshots» anlegen. Diese «lokalen Sicherungen» legt Time Machine an, wenn das Backup-Volume nicht verfügbar ist — Dazu muss Time Machine aber aktiviert bleiben. Mit den lokalen Sicherungen kann der Benutzer also auch dann auf ein Backup zurückgreiffen, wenn das eigentliche Backup-Volume nicht verfügbar ist — natürlich nur auf die Zeitspanne der lokalen Sicherungen und nicht auf das komplette Time-Machine-Backup.
Sobald das Backup-Volume wieder an das MacBook angeschlossen wird, werden die lokalen Sicherungen in das normale Time-Machine-Backup übertragen.

Wie bereits weiter oben erwähnt ist ein «Backup», welches sich auf der gleichen Festplatte befindet wie das System, kein richtiges «Backup». Steigt die System-Festplatte aus, ist auch die lokalen Sicherungen weg. Nicht zuletzt aus diesem Grund erinnert Time Machine den Benutzer jeweils nach 10 Backup-Volumen-freien Tagen daran, die Time-Machine-Festplatte wiedereinmal anzuschliessen.

Power Nap: Backup während Ruhezustand

Das Backup funktioniert natürlich auch dann nicht, wenn der Computer ausgeschalten ist — selbiges gilt auch für den Ruhezustand. Ist der Mac am schlafen, wird kein Backup durchgeführt.

Seit OS X 10.8 Mountain Lion bringt das System mit «Power Nap» aber eine Abhilfe für dieses Problem. Macs, die die Funktion «Power Nap» unterstützen, können auch während dem Ruhezustand stündlich Time-Machine-Backups (oder lokale Sicherungen) durchführen.

Alle Macs ab «Mitte 2011» mit Flash-Speicher unterstützen die «Power Nap»-Funktion ab OS X 10.8 Mountain Lion.

Wie Time Machine Sicherungen erstellt

Der Ablauf

Bei der ersten Sicherung wird von Time Machine eine fast eins-zu-eins Kopie der zu sichernden Festplatte(n) auf dem Time-Machine-Volume erstellt. Dabei nutzt Time Machine nicht wie viele andere Backup-Systeme ein komprimiertes Archiv oder eine entsprechende Datenbank, sondern kopiert die Dateien eins-zu-eins auf das Backup-Volume. Dies macht das Durchsuchen und Wiederherstellen der Time-Machine-Backups derart schnell.

Bei jedem darauffolgenden Backup legt Time Machine nun aber nicht immer eine komplette Sicherung des Systems ab. Time Machine hält die Backups möglichst klein, sodass man mit den Backups eine möglichst grosse Zeitspanne abdecken kann.  Das System greift dabei auf einen Hintergrundprozess zurück, der ähnlich funktioniert wie jener für die Suche «Spotlight»: Der Prozess notiert sich all jene Dateien, die seit dem letzten Backup geändert wurden. Nach jeder Stunde kopiert Time Machine nun also nur jene Dateien erneut, die seit dem letzten Backup geändert wurden. Für alle anderen Dateien und Verzeichnisse wird ein Link erstellt, der auf die zuletzt geänderte Version verlinkt. Diese Links benötigen beinahe kein Speicherplatz, simulieren zusammen mit den tatsächlich kopierten (= seit dem letzten Backup geänderten) Dateien den kompletten Inhalt der Festplatte zum Backup-Zeitpunkt.

Der Interval, in welchem Time Machine Sicherungen anlegt, kann übrigens konfiguriert werden — genau so wie einige andere Einstellungen. Vorgenommen können diese Änderungen in der com.apple.backup-auto.plist-Datei unter /System/Library/LaunchDeamons.

Nicht gespeichert werden von Time Machine übrigens Cache-Inhalte oder Indizes, welche nach dem Restore wahrscheinlich eh neu angelegt werden müssen. Das heisst im Konkreten: der Spotlight-Index, Inhalte des Papierkorbes und sonstige temporäre Dateien oder Caches. Auch die Log-Dateien des Systems werden von Time Machine standardmässig nicht berücksichtigt. Dritthersteller können übrigens Time Machine auch dazu veranlassen etwaige Programm-Daten aus dem Backup auszuschliessen.

Welche Dateien Time Machine ignorieren soll, wird übrigens in der StdExclusions.plist-Datei unter /System/Library/CoreServices/backupd.bundle/Contents/Resources/ definiert. Hier vorgenommene Änderungen kommen erst nach einem Neustart des backupd-Prozesses zum Zuge.

Time Machine Verzeichnisse

Bei der ersten Sicherung wird auf dem Backup-Volumen das Verzeichnis «Backups.backupdb» angelegt. In diesem Ordner werden alle Sicherungen abgelegt. Als Unterverzeichnis wird nun ein Ordner mit dem Namen des Computers angelegt, von welchem das Backup erstellt wird. Das deutet bereits darauf hin dass das gleiche Backup-Volumen für mehrere Computer verwendet werden kann. In diesen «Computer-Ordnern» werden nun die eigentlichen Sicherungen abgelegt. Als Ordner-Name wird dabei jeweils der Zeitpunkt des Backups angegeben — z.B. «2013-04-06-170428» für den 6. April 2013 um 17:04:28 Uhr. Das Alias «Latest» zeigt immerzu auf den letzten von Time Machine erstellten Snapshot.

Die lokalen Sicherungen befinden sich im Ordner «.MobileBackups» im obersten Verzeichnis des System-Volumens (/.MobileBackups) und werden in einer ähnlichen Struktur abgelegt wie normale Time-Machine-Backups.

Haltbarkeit einer Sicherung

Damit das Backup-Volume nicht mit unnötigen «Zwischenspeicherungen» zugepflastert wird, führt Time Machine einzelne Sicherungen periodisch zusammen. Time Machine behält:

• Stündliche Backups während einem Tag
• Tägliche Backups während einer Woche
• Wöchentliche Backups bis die das Backup-Volume voll ist

Sobald das Backup-Volume voll ist, beginnt Time Machine die ältesten Sicherungen zu löschen. Bevor dies geschiet wird der Benutzer über diesen Vorgang informiert. Auch wenn alte Backups gelöscht werden: Time Machine behällt immer mindestens eine Version aller aktuell auf der zu sichernden Fesplatte verfügbaren Dateien.

Wo Time Machine nicht perfekt ist

Die eben angesprochene «Löschaktion» sobald das Backup-Volume voll ist, macht aus Time Machine keine perfekte Backup-Lösung. Die Tiefe des Backups ist bei Time Machine immerzu von der verfügbaren Grösse des Backup-Volumens abhängig. Sobald kein Platz mehr auf dem Backup-Volumen ist, verkleinert sich die mögliche Zeitspanne, aus de mit Time Machine alte Dateien wiederhergestellt werden können.

Das ist insbesondere deshalb ein Problem, weil Time Machine mit grossen Dateien — wie zum Beispiel einem grossen iMovie-Projekt oder einer grossen Datenbank — so seine Probleme hat. Werden als Beispiel bei einer grossen Datenbank nur ein paar wenige Bytes geändert, kann Time Machine diese einzelne Änderung nicht erkennen und sichert dagegen die komplette Datenbank erneut. Bei einer Datei die mehrere GB gross ist, gibt das sehr schnell mal Plaztprobleme.

Auch die Tatsache, dass es sich bei einer Time-Machine-Sicherung nicht jedes Mal um eine komplette Sicherung des ganzen Dateisystems handelt, macht Time Machine je nach Einsatzgebiet als Backup-Lösung unbrauchbar. Genau wie die Tatsache, dass je nach Grösse des Backup-Volumens irgendwann die ältesten Backups gelöscht werden, um Platz für neue Backups zu machen.

Time Machine bietet aber für das, was es entwickelt wurde — nämlich um Datenverlust zu vermeiden — einen hervorragenden Job. Die Bedienung ist einfach, die Technologie ist tief ins System integriert und die Sicherungen laufen automatisch im Hintergrund ab.

Wer auf eine zwingende Archivierung aller Dateien angewiesen ist (z.B. aus rechtlichen Gründen), sollte sich zusätzlich aber noch um eine andere profesionelle Backup-Lösung umsehen.

Von Stefan Rechsteiner
Veröffentlicht am Donnerstag, 18. April 2013 um 08:00 Uhr

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