Karbor全面使能OpenStack云数据保护

Karbor(原名Smaug)是一个OpenStack中提供应用数据保护服务的项目，让各个厂商的数据保护软件通过标准接口接入OpenStack，为OpenStack提供增强的备份、复制、迁移等数据保护即服务(Data Protection as a Service)能力，Karbor致力于解决虚拟机备份难、无标准备份的接口的现状。云平台的数据保护对客户而言至关重要，所以该项目从一开始就受到OpenStack生态的关注。

Karbor项目由华为和几家数据保护公司主导，目前并已经成为OpenStack正式项目。OpenStack的开放性允许不同厂商的虚拟化平台软件可以直接接入，但这种开放性也导致了异构平台很难统一进行数据保护，现有的数据保护方式都是以各个厂商的虚拟化平台为核心。

Karbor的出现将会通过标准接口、服务编排框架和规范工作流，让不同厂商通过统一接口和工作流保护OpenStack中的任何资源以及资源的依赖项，包含虚拟机、卷和网络拓扑等。下面我们从保护资源、APIs、Services、Plugins等方面进行详细介绍。

Karbor可保护的资源

在Karbor保护架构中，把云应用分了Web、基础应用和数据库3个层级，但是在OpenStack中需要保护的资源还包括VMs、网络、卷、项目、服务和依赖等等安装在OpenStack中的组件和服务。为了保护好这3层应用，Karbor必须保护好上诉所有资源才行。

Karbor所保护的对象(Protectable)就是一个个关联的资源，对每种资源的保护是由定义在Karbor中的Plugin引擎执行完成的，Plugin引擎会加载各种资源保护时所需的Plugin，通过保护计划来保护相关资源。

这些资源可以分配到不同组(工程)，每组包含不同资源，各个资源可通过不同厂商的Plugin来保护。下面对每种资源进行简单描述。

• 卷：一般就是映射到VMs上的可进行读写的数据存储载体或设备。

• 虚拟机：是由元数据、配置、描述和相关依赖组成的业务部署单元。

• 虚拟网络：虚拟机运行通信网络。

• 工程：一组虚拟机和相关卷、镜像、网络等资源。

• 镜像：虚拟启动镜像或软件包。

上图是一个工程实例，一个工程保护多个应用VMs(Web应用和DB应用)，每个VMs都有对应镜像、网络(包含路由器)、数据卷等。

Karbor涉及的Plugin

由于Karbor主要是针对不同厂商的虚拟化平台、数据保护软件等定义一套标准接口和工作流程，为了实现标准流程化、开放化和异构兼容，还需要不同厂商根据标准定义实现Plugin和Provider屏蔽厂商差异和细节。

对用户或租户来说，用户可以选择管理员授权的Provider类型配置和管理保护计划，这些Provider由系统管理维护。

系统管理员需要定义那些Provider是对具体用户可见，一个Provider通常是由一组资源保护插件Plugin和一个Bank组成，管理员还要负责为每个用户或租户配置一个Bank帐号。

对不同的第三方厂商来说，需要按照标准APIs规范提供不同资源保护Plugin和Provider供通用架构调用。

Karbor标准APIs介绍

前面谈到Karbor提供了一套数据保护框架和APIs，为了完成数据保护任务创建、任务触发、保护、数据一致性、数据恢复等整个流程，Karbor为每个任务阶段都提供了标准APIs，这些接口都可以暴露给用户，以便提高保护灵活性和增加资源保护范围，下面我们逐一简单介绍下。

• 资源(保护对象) API用来给用户提供有关保护资源的信息、以及实际的可保护资源实例清单，如资源类型，那些资源可以被Smaug保护等。

• 保护计划API让用户使用可选的Provider创建保护计划或编辑相关计划参数。

• Provider API让用户列出所有可用的Provider和参数，甚至得到每个具体Provider中所包含的Plugin视图。

• Checkpoints API让用户访问和管理保护资源的Checkpoints(类似快照)，并且支持查询和列出某个Provider现有的Checkpoints，另外当恢复保护数据时，Checkpoints API可以给Restore API提供Checkpoint读访问能力。调用Checkpoint创建API将会在用户的Bank帐号创建一个Vault，这个Vault会对应具体Provider中定义的Plugins数据保护动作，Vault定义了数据如何保存、存放在哪。

• Schedule Operation API用来完成关联保护任务和触发条件，Restore API完成保护数据跟踪和恢复，恢复数据可根据Checkpoints选择需要恢复的不同时间点数据。

Karbor架构介绍

Karbor系统基于模块化模式设计，这样不但有助于系统的扩展，而且可以确保每个子模块可以作为一个独立的服务运行。例如保护计划工作流引擎就使用一个单独的服务。

Karbor API Service

是由上面介绍几个API服务模块组成，这些API服务最大限度地提高灵活性，并容可以纳任何类型的保护资源，无论是基本的OpenStack资源 (例如虚拟机，卷和镜像等)或一些不在OpenStack管理范围内的辅助资源(例如硬件设备，数据库)。

Operation Schedule Service

负责安排和协调保护计划的执行，所有实际的保护有关的活动都是通过操作Karbor API Service提供的北向API实现的。Karbor Operation Schedule Service维护Karbor数据库的所有操作记录，并从Karbor Protection Service分离出计划调度的实现。

• Trigger Engine基于一个计时器或一个事件收集器实现，是在调度服务中负责生成触发器，并执行的计划业务流程。

• Scheduled Operation负责触发器和操作之间的关系映射。

Karbor Protection Service

负责操作执行(保护、恢复、验证、删除)、保护插件管理、银行插件管理和银行事务服务管理。

• WorkFlow Engine运行注册有具体保护定义的保护计划，将所有的元数据和事务信息写入到银行帐户中。

• Protection Plugin保护一个或多个资源，负责保护、验证和恢复工作流程，提供保护参数选项，元数据和事务信息被写入银行，保护插件决定使用哪个数据存储来存储实际数据。

• Banks建立了银行模型，实现数据保护和恢复。

• Banks Plugin存储每一个保护计划的全局元数据和事务历史。银行是一个全局性的实体，是可以跨云访问的。保护插件把所有事务元数据存入银行。

Freezer是OpenStack平台的一套自动备份、还原的服务，从 OpenStack Kilo版本开始支持。Freezer 已经支持Winbdows和Linux系统,还可以备份数据文件、数据库(Mysql、 MS Sql和MongoDB等)、OpenStack 虚拟机数据、OpenStack云硬盘等数据。

1. Freezer保护插件首先在Swift设备中创建CheckPiont。

2. Freezer保护插件随后调用Freezer API创建Backup Job。

3. Freezer Scheduler定期从Freezer API获取Backup Job，并调用Freezer Agent执行Job将备份数据写到Swift存储中。

4. Freezer保护插件定时调用Freezer API查询Job状态

5. Freezer保护插件将资源备份状态更新到CheckPiont。

Karbor与其集成可以实现更好的数据保护服务，上面是Karbor基于OpenStack基础组件，如Keystone、Glance、Nova和Neutron等组件备份数据到Swift的一个实例。