虛擬化備份技術：VMware備份接口和原理

虛擬化備份技術最早是由VMware提供和發(fā)起的，隨著虛擬化應用在企業(yè)和各個行業(yè)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(shù)據(jù)保護基本功能存在。但是虛擬化的備份功能在執(zhí)行備份時，會對業(yè)務性能產(chǎn)生影響，備份策略和組網(wǎng)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(yè)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(qū)動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器（VCB代理服務器，支持安裝在Windows操作系統(tǒng)），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(fā)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(xiàn)不影響用戶VMs業(yè)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(shù)據(jù)發(fā)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(fā)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(chuàng)建備份快照，快照是虛擬機狀態(tài)和數(shù)據(jù)在某個時間點的視圖，虛擬機可以繼續(xù)運行，但快照上的數(shù)據(jù)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(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(zhì)服務器合并了，這個將在下面詳細介紹。

VADP提供了免在業(yè)務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)的方式不同來分類的。

在SAN備份模式下，備份數(shù)據(jù)直接通過SAN網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)絡提取備份列表和備份數(shù)據(jù)，直接從存儲讀取數(shù)據(jù)備份。備份數(shù)據(jù)不通過生產(chǎn)ESXi，屬于Server Free備份組網(wǎng)。

在生產(chǎn)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(shù)據(jù)（基于CBT技術的虛擬機軟件快照），通過SAN網(wǎng)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(nèi)直接讀取備份數(shù)據(jù)。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(zhì)。

如果生產(chǎn)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(wǎng)絡提取備份列表和備份數(shù)據(jù)，對業(yè)務ESXi服務器來說，屬于Server Free備份組網(wǎng)。

在NBD備份模式下，備份代理通過TCP/IP網(wǎng)絡來讀取備份數(shù)據(jù)。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(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(shù)據(jù)一起備份，如果只備份應用和數(shù)據(jù)，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(huán)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(tǒng)和Windows Failover Cluster集群機制的集群文件系統(tǒng)，在SAN組網(wǎng)下比較常用。

VSS卷影服務是微軟推出的數(shù)據(jù)保護架構(gòu)，可以和備份軟件配合完成快照和數(shù)據(jù)一致性保護。Simpana提供了針對Hyper-V多個節(jié)點上的虛擬機集群統(tǒng)一管理，可以更加精確的根據(jù)業(yè)務需求創(chuàng)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(diào)度下，通過MA介質(zhì)服務器進行虛擬機數(shù)據(jù)備份。針對Hyper-V虛擬機中的Windows應用，Simpana結(jié)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(xiàn)VMs和應用數(shù)據(jù)的備份;但針對虛擬機中的非Windows應用和非Windows系統(tǒng)，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(xiàn)和硬件快照（IntelliSnap）的集成，備份管理服務器通過VSS架構(gòu)調(diào)用主存儲陣列的硬件快照，實現(xiàn)Server Free組網(wǎng)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(gòu)應用比VMware的VADP更廣泛，在存儲一致性數(shù)據(jù)保護、備份場景中，VSS都能為Windows應用提供很好的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(yōu)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(tǒng)，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(zhì)服務器需要部署在單獨的物理機或?qū)A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(shù)據(jù)到介質(zhì)。