淺析虛擬機(jī)備份技術(shù)原理和組網(wǎng)

虛擬化備份技術(shù)最早是由VMware提供和發(fā)起的，隨著虛擬化應(yīng)用在企業(yè)和各個(gè)行業(yè)的普及，主流的備份軟件(如CommVault等)都支持對(duì)VMware、Hyper-V、FusionSphere、Citrix和基于Xen或KVM派生出來(lái)的虛擬化軟件備份，目前，還有很多專為虛擬化(虛擬應(yīng)用或虛擬化桌面VMware View、MicroSoft VDI、XenDesktop)設(shè)計(jì)的備份軟件，如Veeam、eBackup、Avamar和Netvault vRanger等。

關(guān)于虛擬機(jī)備份功能，就如同虛擬機(jī)快照一樣，在很多是虛擬化軟件中作為一個(gè)數(shù)據(jù)保護(hù)基本功能存在。但是虛擬化的備份功能在執(zhí)行備份時(shí)，會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)性能產(chǎn)生影響，備份策略和組網(wǎng)不靈活，所以，針對(duì)虛擬化備份，常見(jiàn)的備份方式還是采用專業(yè)的備份軟件。

VMware在Infrastructure 3時(shí)推出了VMware Consolidation Backup備份工具，為虛擬機(jī)提供了一套易用的驅(qū)動(dòng)和備份腳本接口工具供備份軟件調(diào)用，這套工具需要安裝在備份代理服務(wù)器(VCB代理服務(wù)器，支持安裝在Windows操作系統(tǒng))，對(duì)支持的虛擬機(jī)或虛擬桌面進(jìn)行備份。

**VMware備份接口和原理 **

在VMware ESXi 4以上版本，針對(duì)VMFS和NFS磁盤格式，開(kāi)始支持VADP API備份接口，通過(guò)這種開(kāi)放接口形式讓主流備份軟件開(kāi)發(fā)適配和集成。目前主流支持虛擬機(jī)備份的備份軟件都支持VADP。實(shí)現(xiàn)不影響用戶VMs業(yè)務(wù)情況下的VMs備份、恢復(fù)。VADP的CBT(Changed Block Tracking)特性可以讓VMware VMkernel記住繼上次快照以來(lái)哪些數(shù)據(jù)發(fā)生了更新，從而原生支持虛擬機(jī)增量備份。

備份過(guò)程首先由備份管理服務(wù)器發(fā)起，連接需要備份虛擬機(jī)所在的ESX主機(jī)，獲取虛擬機(jī)相關(guān)信息。備份代理VSA通知ESX主機(jī)為備份目標(biāo)虛擬機(jī)創(chuàng)建備份快照，快照是虛擬機(jī)狀態(tài)和數(shù)據(jù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的視圖，虛擬機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行，但快照上的數(shù)據(jù)是靜止不變的。

備份服務(wù)器訪問(wèn)虛擬磁盤和快照文件，并將數(shù)據(jù)(已使用的磁盤數(shù)據(jù)和配置文件)備份到備份介質(zhì)中，最后通知ESX主機(jī)刪除備份快照。上圖把備份軟件代理VSA、備份管理服務(wù)器和介質(zhì)服務(wù)器合并了，這個(gè)將在下面詳細(xì)介紹。

VADP提供了免在業(yè)務(wù)VM中安裝備份客戶端的備份解決方案，其數(shù)據(jù)備份有三種模式，分別是SAN、Hot-add和NBD(Network Block Device)，這是根據(jù)備份軟件代理VSA獲取VMs備份列表和數(shù)據(jù)的方式不同來(lái)分類的。

在SAN備份模式下，備份數(shù)據(jù)直接通過(guò)SAN網(wǎng)絡(luò)從存儲(chǔ)讀取快照備份，而不需要通過(guò)LAN，屬于LAN Free備份組網(wǎng)模式。要求備份服務(wù)器能通過(guò)SAN（FC/iSCSI）直接讀取虛擬機(jī)的磁盤存儲(chǔ)。VSA和MA是可以獨(dú)立部署也可以一起部署在物理服務(wù)器上。物理MA服務(wù)器可以接磁帶庫(kù)、完成Auxcopy和重刪壓縮功能。

在生產(chǎn)存儲(chǔ)支持IntelliSnap(硬件快照)的情況下，ESXi Proxy和物理MA和能訪問(wèn)到Data Store所在的LUN，ESX Proxy通知虛擬機(jī)完成存儲(chǔ)硬件快照，快照以臨時(shí)Datastore的方式掛載到VSA(裝載快照)，MA通過(guò)SAN網(wǎng)絡(luò)提取備份列表和備份數(shù)據(jù)，直接從存儲(chǔ)讀取數(shù)據(jù)備份。備份數(shù)據(jù)不通過(guò)生產(chǎn)ESXi，屬于Server Free備份組網(wǎng)。

在生產(chǎn)存儲(chǔ)不支持硬件快照的情況下，物理MA(采用物理機(jī))和VSA能通過(guò)SAN訪問(wèn)到Data Store所在的LUN，通過(guò)VSA獲取備份VMs列表和變化數(shù)據(jù)(基于CBT技術(shù)的虛擬機(jī)軟件快照)，通過(guò)SAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行備份。

在Hot-add備份模式下，VSA備份代理安裝在需要備份的ESXi服務(wù)器的虛機(jī)中，這樣備份代理就能在ESXi內(nèi)直接讀取備份數(shù)據(jù)。VSA和MA可以虛擬化部署(MA無(wú)法接帶庫(kù)、性能低、可支持重刪)，或VSA虛擬化部署、MA物理部署。備份代理VSA直接以Hot-add方式獲取快照列表，并通過(guò)MA以LAN Base的方式備份到備份介質(zhì)。

如果生產(chǎn)存儲(chǔ)支持硬件快照(IntelliSnap)，ESX Proxy能訪問(wèn)到Data Store所在的LUN，ESX Proxy通知存儲(chǔ)完成硬件快照，并以臨時(shí)Datastore的方式掛載到VSA，MA通過(guò)LAN網(wǎng)絡(luò)提取備份列表和備份數(shù)據(jù)，對(duì)業(yè)務(wù)ESXi服務(wù)器來(lái)說(shuō)，屬于Server Free備份組網(wǎng)。

在NBD備份模式下，備份代理通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)讀取備份數(shù)據(jù)。VSA和MA可以虛擬化部署(MA無(wú)法接帶庫(kù)、性能低、可支持重刪)，或VSA虛擬化部署、MA物理部署。備份代理VSA和MA以LAN Base的方式備份數(shù)據(jù)到備份介質(zhì)。屬于LAN Base組網(wǎng)。

在VMware環(huán)境下，并非所有場(chǎng)景都可以采用VADP接口備份，像原始裸設(shè)備映射(RDM)方式就需要把虛擬機(jī)當(dāng)成物理機(jī)，安裝iDA代理進(jìn)行備份。

另外，基于VADP在備份時(shí)，是把虛擬機(jī)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)一起備份，如果只備份應(yīng)用和數(shù)據(jù)，也需要把虛擬機(jī)當(dāng)作物理機(jī)看待。

**Hyper-V備份接口和原理 **

Hyper-V也提供了基于Windows的VSS服務(wù)來(lái)簡(jiǎn)化虛擬機(jī)備份，目前支持Hyper-V虛擬化的備份軟件有NBU、Simpana、Veeam等軟件。但今天也是以Simpana進(jìn)行討論。在Hyper-V環(huán)境下，DataStor存儲(chǔ)方式主要有CIFS和CSV。CSV(集群共享卷) 是基于NTFS文件系統(tǒng)和Windows Failover Cluster集群機(jī)制的集群文件系統(tǒng)，在SAN組網(wǎng)下比較常用。

VSS卷影服務(wù)是微軟推出的數(shù)據(jù)保護(hù)架構(gòu)，可以和備份軟件配合完成快照和數(shù)據(jù)一致性保護(hù)。Simpana提供了針對(duì)Hyper-V多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)集群統(tǒng)一管理，可以更加精確的根據(jù)業(yè)務(wù)需求創(chuàng)建虛機(jī)保護(hù)策略。

首先還是要在每個(gè)Hyper-V服務(wù)器上安裝VSA備份代理，獲取備份信息和待備份的VMs目錄，然后再備份服務(wù)器的調(diào)度下，通過(guò)MA介質(zhì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬機(jī)數(shù)據(jù)備份。針對(duì)Hyper-V虛擬機(jī)中的Windows應(yīng)用，Simpana結(jié)合Hyper-V的VSS接口，在Hyper-V物理服務(wù)器上安裝VSA備份代理，可以實(shí)現(xiàn)VMs和應(yīng)用數(shù)據(jù)的備份；但針對(duì)虛擬機(jī)中的非Windows應(yīng)用和非Windows系統(tǒng)，需要把虛擬機(jī)當(dāng)成物理機(jī)，安裝iDA代理進(jìn)行備份。

Hyper-V也提供了硬件VSS功能，實(shí)現(xiàn)和硬件快照(IntelliSnap)的集成，備份管理服務(wù)器通過(guò)VSS架構(gòu)調(diào)用主存儲(chǔ)陣列的硬件快照，實(shí)現(xiàn)Server Free組網(wǎng)備份。目前Hyper-V通過(guò)VSS在備份場(chǎng)景下兼容IntelliSnap的存儲(chǔ)還不是太多，NetApp的FAS系列是其中之一。

Windows的VSS服務(wù)架構(gòu)應(yīng)用比VMware的VADP更廣泛，在存儲(chǔ)一致性數(shù)據(jù)保護(hù)、備份場(chǎng)景中，VSS都能為Windows應(yīng)用提供很好的數(shù)據(jù)一致性保護(hù)，而且目前很多存儲(chǔ)廠商如，HP Recovery manager、NetApp SnapManager等，在存儲(chǔ)管理軟件中集成該功能特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)SQL、Exchange、VMware等應(yīng)用進(jìn)行快照保護(hù)。

Citrix備份接口和原理

針對(duì)備份軟件，Citrix XenServer也提供了備份優(yōu)化的API，但是相比VMware和Hyper-V，Citrix Xen API的能力相對(duì)要弱一些。

XenServer是建立在底層硬件平臺(tái)基礎(chǔ)之上的虛擬化系統(tǒng)，多個(gè)Xen Server 的集合組成集群，共享底層存儲(chǔ)稱為Xen Pool。

對(duì)Simpana備份軟件來(lái)說(shuō)，備份代理VSA需要安裝到帶有Xen Pool存儲(chǔ)的Xen虛擬機(jī)中，MA介質(zhì)服務(wù)器需要部署在單獨(dú)的物理機(jī)或?qū)A安裝在虛擬機(jī)中。備份代理VSA通過(guò)Citrix Xen API交互獲取備份虛擬機(jī)列表信息，并通過(guò)MA備份數(shù)據(jù)到介質(zhì)。