虛擬化環境下的資料保護方案

ecioforum發表於2011-03-18
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    伺服器虛擬化，尤其是VMware形式的伺服器虛擬化使IT人員獲益良多，這麼說一點也不為過。據我們所見，伺服器虛擬化能解決伺服器擴張、資源消耗、伺服器擴張、能源消耗、高可用性等相關問題。伺服器虛擬化也使我們有更多的時間解決其它的迫切問題，如企業資源預案升級、儲存專案再三遷移或者為什麼《星艦迷航記 11》要到2009年才上映。

　　儘管VMware提供封裝技術和抽象技術，使我們受益匪淺，但資料保護領域發生的基本變革也帶來了各項挑戰。即使出現了VMware虛擬化，備份人員依然是牢騷最多的IT人員。最大的挑戰在於保證資料的一致性，解決VMware物理資源過度消耗的問題。

　　VMware能將物理伺服器封裝成大型的硬碟影像檔案——虛擬機器磁碟格式(VMDK)檔案，因此我們不禁認為：備份整臺伺服器應該和備份這些VMDK檔案(當然也包括相關的配置檔案)一樣簡單。

　　但是在大多數情況下，事實並非如此。除非已經關閉虛擬機器(VM)，否則，在執行狀態下備份VM不能覆蓋所有檔案。換句話說，這種備份方式不能保證資料的一致性，因而也不能保證已恢復的VM包含足夠的精確資訊，不能說明伺服器已成功恢復。

　　至於資源過度消耗的問題，這是虛擬化的副作用。利用VMware使系統虛擬化的一個關鍵原因是，將資源消耗集中在較少的物理伺服器中，從而減少大多數IT伺服器架構都存在的空閒週期。但是，這麼也做帶來了不良影響——無法找到足夠資源，使資料備份不受阻礙地執行。

　　備份觸到了VMware內部的脆弱之處：VMware處理過量磁碟和網路I/O的能力很弱。實際上，決定是否將物理伺服器虛擬化取決於物理伺服器中的磁碟密度、網路I/O。毋庸置疑，備份負載是VMware伺服器承擔的最大負載。

　　但是，的確有方法能解決這些問題，並且在某些情況下，比標準的物理伺服器備份和恢復方法更加出眾。但是，人們對這些方法存在一些誤解，對第三方備份/恢復產品提供的實施措施也存在誤解。實際上，許多管理員依然缺乏有效實現備份和恢復的方法，道路充滿挫折。

　　方法1：在每個VM中安裝本地備份程式

　　工作原理：這是一種傳統的備份方法，在每個VM中安裝備份程式，就像以前在每臺物理伺服器中安裝備份程式。如下圖所示，資料通過LAN流入備份/恢復設施，以往在本地物理伺服器中安裝備份程式時，資料流向也如此。

　　這種方法的優點如下：

　　備份程式的安裝和配置與在物理伺服器中的安裝和配置十分相似，所以無需專門技巧和程式變化。

　　恢復過程沒有發生變化，與將檔案恢復到物理伺服器的過程十分相似。

　　這樣，就有可能恢復檔案;這一點在我們採用其它方法時顯得更加重要。

　　也有可能實現完全備份和增量備份，同樣，在我們討論其它方法時，這一點顯得尤為重要。

　　如果你採用專門的應用感知備份程式，如SQL或Exchange，這將有助於實現應用程式資料的一致性，由此實現的備份在應用程式上具有一致性。

　　這種方法的缺點如下：

　　由於所有的備份都在同一臺伺服器中執行，因而你需要十分小心，不要過度消耗VMware主機資源。

　　儘管伺服器能封裝成少量的大型VMDK檔案，但備份程式對此一無所知，也就不能利用這一點提供快速的備份或恢復能力;而進行災難恢復時，需要快速、全面地恢復伺服器，從這點上講，這種方法價值不大。

　　部署技巧

　　在物理伺服器中，同時執行資料備份可能問題不大，因為物理伺服器具有充足的閒置資源，但是對VMware虛擬架構而言，閒置資源已得到充分利用，多個備份操作就有可能阻塞物理伺服器。從而，在進行虛擬化以後，應該修改備份手冊，通過備份視窗避免資源過度重疊。

　　一個VM只允許一條資料流。VM的VMDK檔案通常寄存在一個VMFS卷中，多條資料流操作很容易覆蓋VMFS卷。因此，除非VMDK檔案隔離在獨立卷(RDM、 iSCSI LUN、或獨立的VMFS卷)中，否則備份就應該單流執行，而不是多流執行。

 

　　方法2：ESX Service Console中安裝備份程式

　　工作原理：這種方法是在ESX Service Console在安裝備份程式，按下圖備份VM中潛在的VMDK檔案組。Service Console採用紅帽子Linux作業系統，因此能夠使用Linux備份程式。

　　這種方法的優點包括：

　　只需一個備份程式就能備份所有的VM，而不是一臺VM配備一個備份程式。

　　通過這種方法，VM資源能完全備份，只需簡單備份少量的大型VMDK檔案。

　　影像能快速恢復，因為只需恢復大型影像，而不必查詢大量的小型影像。

　　這種方法的缺點包括：

　　需要指令碼才能自動關閉、快照和啟動VM。為了保證備份過程應用程式資料的一致性，必須這麼做。

　　不可能恢復檔案，這種方法只能備份和恢復影像。另外，這也意味著不能實現增量備份。

　　VNware指出，其開發流程包括從ESX Server移除Service Console。VMware的ESX Server 3i在這一點上邁出了第一步。

　　部署技巧

　　為了保證應用程式的一致性，在備份VMDK之前應該關閉VM。

　　VMDK檔案在備份視窗中靜止不動。

　　很不幸，備份過程中VM失去效用。

　　VMDK檔案利用Service Console中的備份程式進行備份。

　　如果不能關機，可以利用VMware快照功能拍攝執行中的VM，獲取即時備份。

　　備份資料停留在相同的狀態，因而不能保證資料的一致性。

　　同樣，實現自動化也需要指令碼。

　　不是所有的備份程式都支援這種方法，所以你需要事先進行調查。

　　對於應用程式資料一致性的備份，利用VSS使應用程式在備份之前停止執行。但是，這需要非常複雜的指令碼。

　　你可以利用ESX Service Console 中的VCB設施，獲取執行狀態下虛擬機器的快照：

　　vcbMounter設施：

　　建立VM的靜態快照。

　　將快照投射到一組檔案中，檔案可能處於控制檯的本地目錄中，也可能處於LAN的遠端目錄中。

　　利用ESX控制檯支援的備份軟體對本地檔案進行備份和恢復。

　　vcbRestore設施：

　　將VM恢復到初始站點或者其它站點，

　　如果你決定冒險採用指令碼技術，就會發現錯誤校驗和更正是指令碼技術最難的一個方面，需要編寫大量程式碼。

 
　　方法3：VMware集中備份(VCB-Proxy)

　　工作原理：這種方法涉及一組VMware設施，通常稱為VMware集中備份。這種方法使集中的Windows 2003代理伺服器中的非LAN備份與相同的SAN卷相連，稱為ESX Server。隨後，資料通過第三方備份軟體傳送到代理伺服器中，作為後序備份。這種方法比上述兩種方法更為複雜，包括以下元件：

　　備份代理伺服器：

　　伺服器能與VMware主機訪問相同的卷。

　　代理伺服器中載入/輸出VMDK檔案的影像。

　　這種載入/輸出影像通過寄存在代理伺服器中的備份程式實現備份。

　　VCB框架：

　　ESX伺服器中的“同步推動器”能重新整理檔案系統，建立快照。

　　VCB代理伺服器中的“vLUN推動器”允許伺服器中存在VMDK檔案。

　　採用VCB自動工作流，命令列設施(vcbMounter/vcbRestore)發揮作用。

　　備份軟體整合模組：

　　模組整合到VCB框架的元件中。

　　VMware和備份程式都能開發並支援這種模組。

　　備份程式之間的整合和使用變數相對簡單。

　　在此點選，檢視採用備份代理伺服器的VMware集中備份示意圖。

　　採用備份代理伺服器的VMware集中備份能夠執行非LAN檔案備份和非LAN影像備份。但是，這兩種方法的實現途徑截然不同。

　　VCB檔案備份/恢復是在VCB代理伺服器中載入VMDK檔案，具體步驟如下：

　　1備份工作要求VCB框架獲取VM快照，在VCB代理伺服器中載入VB快照，載入路徑包括SAN、C:\mnt等。

　　2利用備份程式備份(完全、增量、差異備份)目錄/檔案。

　　3備份程式要求VCB框架解除安裝VM快照，使VM不再具有快照功能。

　　4通過安裝在VM中的備份程式，檔案經由LAN恢復到初始VM中。

　　在此點選，檢視檔案備份和恢復的VCB-Proxy工作流。

　　VCB影像備份/恢復是將VMDK檔案輸出到VCB代理伺服器中，具體步驟如下：

　　1.備份工作要求VCB框架獲取VM快照，並輸出快照，輸出路徑包括SAN、C:\mnt等。

　　2.系統檔案等輸出的影像檔案通過備份程式進行備份。

　　3.備份軟體要求VCB框架解除安裝VM快照，使VM不再具有快照功能。

　　4.利用備份程式，將輸出的VM影像恢復到一個VMware能夠訪問的臨時區域，該區域可能位於Proxy Server 或ESX Service Console，由此完成恢復工作。

　　5.VM影像載入到ESX主機中的指定位置。

　　在此點選，檢視影像備份和恢復的VCB-Proxy工作流。

　　這種方法的優點包括：

　　你可以利用VCB Proxy中一個備份程式，備份所有的VM，而不必每個VM配備一個程式。

　　通過這種方法，VM資源能完全備份，只需簡單備份少量的大型VMDK檔案。

　　影像能快速恢復，因為只需恢復大型影像，而不必查詢大量的小型影像。

　　將備份過程轉移到VCB代理伺服器中，降低了ESX伺服器的開銷。

　　這種備份方法無需LAN，在SAN中也能實現，從理論上講，備份速度比基於LAN的備份方法要快。

　　這種方法的缺點包括：

　　能否實現自動化、能否方便地加以使用取決於第三方備份軟體的能力。

　　如果沒有某種形式的備份軟體整合到備份過程中，要部署這種方法就變得非常複雜。

　　如果你想將檔案直接恢復到VM中，就需要在VM中安裝備份軟體。

　　對於沒有整合VSS的Windows系統，由VCB提供的影像備份會使資料處於相同的狀態。

　　VCB不提供Windows系統狀態的恢復機制，儘管有可能成功實現伺服器完全恢復，但是如果在操作VM時，系統狀態紊亂，就不能保證完全恢復。

　　部署技巧

　　請記住，VCB不是備份/恢復程式，而是一組能整合到第三方備份應用程式中的設施。

　　Proxy Server不是虛擬機器。

　　VCB不能安裝在虛擬中心的伺服器中，也不能註冊。

　　Proxy Server需要安裝Windows 2003 Server、SP1或R2。

　　Proxy Server必須和ESX Servers安裝在相同的LUN區域中。

　　VCB Proxy Server不支援多路徑。

　　如果需要恢復檔案，但你又不想為每個VM都安裝備份程式，你就可以建立一個僅用於恢復的VM，這個VM包含備份和恢復程式，將檔案恢復到這個VM中，然後通過網路共享將檔案遷移到正確的目標VM中。 
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