虚拟机备份的原理和架构



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虚拟化备份技术最早是由VMware提供和发起的，随着虚拟化应用【极通ewebs2008是一种应用虚拟化平台软件，其主要功能是向企业提供最佳性能、灵活快捷的应用交付服务。】在企业和各个行业的普及，主流的备份软件都支持VMware、Hyper-V、Fusion【Fusion指1、美国AMD公司研发的“Fusion（融合）”先进CPU平台。】Sphere【sphere n.】、Citrix【Citrix即美国思杰公司，是一家致力于云计算虚拟化、虚拟桌面和远程接入技术领域的高科技企业。】和基于Xen【Xen 是一个开放源代码虚拟机监视器，由剑桥大学开发。】或KVM【KVM：就是Keyboard Video Mouse的缩写。】派生出来的虚拟化软件【虚拟化软件（virtualization software）可以让一部主体电脑（host computer）建立与执行一至多个虚拟化环境（virtual environment）。】备份，目前还有很多专为虚拟化(虚拟应用或虚拟化桌面VMware View【VMWare View以托管服务的形式从专为交付整个桌面而构建的虚拟化平台上交付丰富的个性化虚拟桌面，而不仅仅是应用程序以实现简化桌面管理。】、MicroSoft VDI、XenDesktop【desktop.ini是系统可识别的一个文件，作用是存储用户对文件夹的个性设置；而病毒所创建的desktop.ini则不同（这么说也并不完全正确，见后文。】)设计的备份软件，如Veeam、eBackup【Backup是华为公司为用户精心打造的一款手机数据备份软件，可以方便快速地在本地或云端备份华为手机中的个人数据、应用程序、多媒体数据等，系统升级、刷机、换机安全无忧。】、Avamar和Netvault vRanger等。

关于虚拟机备份功能，就如同虚拟机快照一样，备份是虚拟化的一个数据保护基本功能。但是虚拟化的备份功能在执行备份时，会对业务性能产生影响，备份策略和组网不灵活，所以，针对虚拟化备份，常见的方式还是采用专业的备份软件。VMware在Infrastructure 3时推出了VMware Consolidation Backup备份工具，为虚拟机提供了一套易用的驱动和备份脚本接口工具供备份软件调用，需要安装在备份代理服务器(VCB代理服务器，安装在Windows操作系统【Microsoft Windows,是美国微软公司研发的一套操作系统，它问世于1985年，起初仅仅是Microsoft-DOS模拟环境，后续的系统版本由于微软不断的更新升级，不但易用，也慢慢的成为家家户户人们最喜爱的操作系统。】)，对支持的虚拟机或虚拟桌面进行备份。

VMware备份接口和原理

在VMware ESXi【《VMware ESXi》是一款虚拟化软件。】 4以上版本，针对VMFS【VMware Virtual Machine File System （VMFS ）是一种高性能的群集文件系统，它使虚拟化技术的应用超出了单个系统的限制。】和NFS【NFS（Network File System）即网络文件系统，是FreeBSD支持的文件系统中的一种，它允许网络中的计算机之间通过TCP/IP网络共享资源。】磁盘格式，开始支持VADP API备份接口，通过开放接口，让主流备份软件开发适配和集成。目前主流支持虚拟机备份的备份软件都支持VADP。实现不影响用户VMs【VMS有三个义项。】业务情况下的VMs备份、恢复。VADP的CBT【CBT，城市中最具代表性、地标特征的商务体、写字楼中央商务平台是继中央商务区CBD、中央生活区CLD之后新兴的商务载体概念，它不泛指城市中某个区域，而是更指向于城市中某个代表性的商务建筑体。】(Changed Block Tracking)特性可以让VMware VMkernel记住继上次快照以来哪些数据发生了更新，从而原生支持虚拟机增量备份。

备份过程首先由备份管理服务器发起，连接所需备份虚拟机所在的ESX主机，获取虚拟机相关信息。备份代理VSA通知ESX主机为备份目标虚拟机创建备份快照，快照是虚拟机状态和数据在某个时间点的视图，虚拟机可以继续运行，但快照上的数据是静止不变的。

备份服务器访问虚拟磁盘【虚拟磁盘（Virtual disk），就是在本地电脑里面虚拟出一个远程电脑里面的磁盘。】和快照文件，并将数据(已使用的磁盘数据和配置文件)备份到备份介质中，最后通知ESX主机删除备份快照。上图把备份软件代理VSA、备份管理服务器和介质服务器合并了，这个将在下面详细介绍。

VADP提供了免在业务VM中安装备份客户端的备份解决方案，其数据备份有三种模式，分别是SAN、Hot-add【定义：T_ADD是有效集增加门限（T_ADD）：若某个NodeB的Ec/Io超过有效集中最强的Ec/Io与有效集增加门限的差值，持续ΔT时间，且有效集未满，则该NodeB就进入有效集。】和NBD(Network Block Device)，这是根据备份软件代理VSA获取VMs备份列表和数据的方式不同来分类的。

在SAN备份模式下，备份数据直接通过SAN网络从存储读取快照备份，而不需要通过LAN，属于LAN Free备份组网模式。要求备份服务器能通过SAN（FC【FC是红白机全称是任天堂Family Computer的简写，任天堂红白机－FC（Family Computer）是日本任天堂公司1983年生产的游戏主机，现在很多游戏的前身就是来自于FC，FC为游戏" name="description">

在生产存储不支持硬件快照的情况下，物理MA和VSA能通过SAN访问到Data Store所在的LUN，通过VSA获取备份VMs列表和变化数据(基于CBT技术的虚拟机软件快照)，直接通过SAN网络进行备份。

在Hot-add备份模式下，VSA备份代理安装在需要备份的ESX服务器的虚机中，这样备份代理就能在ESXi内直接读取备份数据。VSA和MA可以虚拟化部署(MA无法接带库、性能低、可支持重删)，或VSA虚拟化部署、MA物理部署。备份代理VSA直接以Hot-add方式获取列表，并通过MA以LAN Base的方式备份到备份介质。

如果生产存储支持硬件快照(IntelliSnap)，ESX Proxy能访问到Data Store所在的LUN，存储硬件快照以临时Datastore的方式挂载到ESXi Proxy，VSA和MA通过LAN网络提取备份列表和备份数据，对业务ESXi服务器来说，属于Server Free备份组网。

在NBD备份模式下，备份代理通过TCP/IP网络来读取备份数据。VSA和MA可以虚拟化部署(MA无法接带库、性能低、可支持重删)，或VSA虚拟化部署、MA物理部署。备份代理VSA和MA以LAN Base的方式备份数据到备份介质。属于LAN Base组网。

在VMware环境下，并非所以场景都可以采用VADP接口备份，像原始裸设备映射(RDM)方式就需要把虚拟机当成物理机，安装iDA代理进行备份；另外，基于VADP在备份时，是把虚拟机、应用和数据一起备份，如果只备份应用和数据，也需要把虚拟机当作物理机看待。

Hyper-V备份接口和原理

Hyper-V也提供了基于Windows的VSS服务来简化虚拟机备份，目前支持Hyper-V虚拟化的备份软件有NBU、Simpana、Veeam等软件。但今天也是以Simpana进行讨论。在Hyper-V环境下，DataStor存储方式主要有CIFS和CSV。CSV(集群共享卷) 是基于NTFS文件系统和Windows Failover Cluster集群机制的集群文件系统，在SAN组网下比较常用。

VSS卷影服务是微软【微软，是一家美国跨国科技公司，也是世界PC（Personal Computer，个人计算机）软件开发的先导，由比尔·盖茨与保罗·艾伦创办于1975年，公司总部设立在华盛顿州的雷德蒙德（Redmond，邻近西雅图）。】推出的数据保护架构，可以和备份软件配合完成快照和数据一致性保护。Simpana提供了针对Hyper-V多个节点上的虚拟机集群统一管理，可以更加精确的根据业务需求创建虚机保护策略。

首先还是要在每个Hyper-V服务器上安装VSA备份代理，获取备份信息和待备份的VMs目录，然后再备份服务器的调度下，通过MA介质服务器进行虚拟机数据备份。针对Hyper-V虚拟机中的Windows应用，Simpana结合Hyper-V的VSS接口，在Hyper-V物理服务器上安装VSA备份代理，可以实现VMs和应用数据的备份；但针对虚拟机中的非Windows应用和非Windows系统，需要把虚拟机当成物理机，安装iDA代理进行备份。

Hyper-V也提供了硬件VSS功能，实现和硬件快照(IntelliSnap)的集成，备份管理服务器通过VSS架构调用主存储阵列的硬件快照，实现Server Free组网备份。目前Hyper-V通过VSS在备份场景下兼容IntelliSnap的存储还不是太多，NetApp的FAS系列是其中之一。

Windows的VSS服务架构应用比VMware的VADP更广泛，在存储一致性数据保护、备份场景中，VSS都能为Windows应用提供很好的数据一致性保护，而且目前很多存储厂商如，HP Recovery manager、NetApp SnapManager等，在存储管理软件中集成该功能特性，实现对SQL、Exchange、VMware等应用进行快照保护。

Citrix备份接口和原理

针对备份软件，Citrix XenServer也提供了备份优化的API，但是相比VMware和Hyper-V，Citrix Xen API的能力相对要弱一些。

XenServer是建立在底层硬件平台基础之上的虚拟化系统，多个Xen Server 的集合组成集群，共享底层存储称为Xen Pool。

对Simpana备份软件来说，备份代理VSA需要安装到带有Xen Pool存储的Xen虚拟机中，MA介质服务器需要部署在单独的物理机或将MA安装在虚拟机中。备份代理VSA通过Citrix Xen API交互获取备份虚拟机列表信息，并通过MA备份数据到介质。

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