IT系統運維 | 虛擬化備份原理

2020-04-18 19:40 作者：艾銻無限 瀏覽量：

 
虛擬化備份技術最早是由VMware提供和發起的，隨著虛擬化應用在企業和各個行業的普及，主流的備份軟件(如CommVault等)都支持對VMware、Hyper-V、FusionSphere、Citrix和基于Xen或KVM派生出來的虛擬化軟件備份，目前，還有很多專為虛擬化(虛擬應用或虛擬化桌面VMware View、MicroSoft VDI、XenDesktop)設計的備份軟件，如Veeam、eBackup、Avamar和Netvault vRanger等。

      關于虛擬機備份功能，就如同虛擬機快照一樣，在很多是虛擬化軟件中作為一個數據保護基本功能存在。但是虛擬化的備份功能在執行備份時，會對業務性能產生影響，備份策略和組網不靈活，所以，針對虛擬化備份，常見的備份方式還是采用專業的備份軟件。

VMware在Infrastructure 3時推出了VMware Consolidation Backup備份工具，為虛擬機提供了一套易用的驅動和備份腳本接口工具供備份軟件調用，這套工具需要安裝在備份代理服務器(VCB代理服務器，支持安裝在Windows操作系統)，對支持的虛擬機或虛擬桌面進行備份。
 
VMware備份接口和原理 

      在VMware ESXi 4以上版本，針對VMFS和NFS磁盤格式，開始支持VADP API備份接口，通過這種開放接口形式讓主流備份軟件開發適配和集成。目前主流支持虛擬機備份的備份軟件都支持VADP。實現不影響用戶VMs業務情況下的VMs備份、恢復。VADP的CBT(Changed Block Tracking)特性可以讓VMware  VMkernel記住繼上次快照以來哪些數據發生了更新，從而原生支持虛擬機增量備份。


      備份過程首先由備份管理服務器發起，連接需要備份虛擬機所在的ESX主機，獲取虛擬機相關信息。備份代理VSA通知ESX主機為備份目標虛擬機創建備份快照，快照是虛擬機狀態和數據在某個時間點的視圖，虛擬機可以繼續運行，但快照上的數據是靜止不變的。

      備份服務器訪問虛擬磁盤和快照文件，并將數據(已使用的磁盤數據和配置文件)備份到備份介質中，最后通知ESX主機刪除備份快照。上圖把備份軟件代理VSA、備份管理服務器和介質服務器合并了，這個將在下面詳細介紹。

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


     在SAN備份模式下，備份數據直接通過SAN網絡從存儲讀取快照備份，而不需要通過LAN，屬于LAN Free備份組網模式。要求備份服務器能通過SAN（FC/iSCSI）直接讀取虛擬機的磁盤存儲。VSA和MA是可以獨立部署也可以一起部署在物理服務器上。物理MA服務器可以接磁帶庫、完成Auxcopy和重刪壓縮功能。 

      在生產存儲支持IntelliSnap(硬件快照)的情況下，ESXi Proxy和物理MA和能訪問到Data Store所在的LUN，ESX Proxy通知虛擬機完成存儲硬件快照，快照以臨時Datastore的方式掛載到VSA(裝載快照)，MA通過SAN網絡提取備份列表和備份數據，直接從存儲讀取數據備份。備份數據不通過生產ESXi，屬于Server Free備份組網。


       在生產存儲不支持硬件快照的情況下，物理MA(采用物理機)和VSA能通過SAN訪問到Data Store所在的LUN，通過VSA獲取備份VMs列表和變化數據(基于CBT技術的虛擬機軟件快照)，通過SAN網絡進行備份。

      在Hot-add備份模式下，VSA備份代理安裝在需要備份的ESXi服務器的虛機中，這樣備份代理就能在ESXi內直接讀取備份數據。VSA和MA可以虛擬化部署(MA無法接帶庫、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MA以LAN Base的方式備份到備份介質。 
 
      如果生產存儲支持硬件快照(IntelliSnap)，ESX Proxy能訪問到Data Store所在的LUN，ESX Proxy通知存儲完成硬件快照，并以臨時Datastore的方式掛載到VSA，MA通過LAN網絡提取備份列表和備份數據，對業務ESXi服務器來說，屬于Server Free備份組網。


      在NBD備份模式下，備份代理通過TCP/IP網絡來讀取備份數據。VSA和MA可以虛擬化部署(MA無法接帶庫、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的方式備份數據到備份介質。屬于LAN Base組網。


 
      在VMware環境下，并非所有場景都可以采用VADP接口備份，像原始裸設備映射(RDM)方式就需要把虛擬機當成物理機，安裝iDA代理進行備份。另外，基于VADP在備份時，是把虛擬機、應用和數據一起備份，如果只備份應用和數據，也需要把虛擬機當作物理機看待。
 
Hyper-V備份接口和原理 

      Hyper-V也提供了基于Windows的VSS服務來簡化虛擬機備份，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進行討論。在Hyper-V環境下，DataStor存儲方式主要有CIFS和CSV。CSV(集群共享卷) 是基于NTFS文件系統和Windows Failover Cluster集群機制的集群文件系統，在SAN組網下比較常用。

      VSS卷影服務是微軟推出的數據保護架構，可以和備份軟件配合完成快照和數據一致性保護。Simpana提供了針對Hyper-V多個節點上的虛擬機集群統一管理，可以更加精確的根據業務需求創建虛機保護策略。


首先還是要在每個Hyper-V服務器上安裝VSA備份代理，獲取備份信息和待備份的VMs目錄，然后再備份服務器的調度下，通過MA介質服務器進行虛擬機數據備份。針對Hyper-V虛擬機中的Windows應用，Simpana結合Hyper-V的VSS接口，在Hyper-V物理服務器上安裝VSA備份代理，可以實現VMs和應用數據的備份；但針對虛擬機中的非Windows應用和非Windows系統，需要把虛擬機當成物理機，安裝iDA代理進行備份。
 
      Hyper-V也提供了硬件VSS功能，實現和硬件快照(IntelliSnap)的集成，備份管理服務器通過VSS架構調用主存儲陣列的硬件快照，實現Server Free組網備份。目前Hyper-V通過VSS在備份場景下兼容IntelliSnap的存儲還不是太多，NetApp的FAS系列是其中之一。


 
     Windows的VSS服務架構應用比VMware的VADP更廣泛，在存儲一致性數據保護、備份場景中，VSS都能為Windows應用提供很好的數據一致性保護，而且目前很多存儲廠商如，HP Recovery manager、NetApp SnapManager等，在存儲管理軟件中集成該功能特性，實現對SQL、Exchange、VMware等應用進行快照保護。
 
Citrix備份接口和原理

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


     XenServer是建立在底層硬件平臺基礎之上的虛擬化系統，多個Xen Server 的集合組成集群，共享底層存儲稱為Xen Pool。


     對Simpana備份軟件來說，備份代理VSA需要安裝到帶有Xen Pool存儲的Xen虛擬機中，MA介質服務器需要部署在單獨的物理機或將MA安裝在虛擬機中。備份代理VSA通過Citrix Xen API交互獲取備份虛擬機列表信息，并通過MA備份數據到介質。
 
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