【备份专题】虚拟机备份原理和架构



虚拟机备份原理和架构

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虚拟化备份技术最早是由VMware提供和发起的，随着虚拟化应用在企业和各个行业的普及，主流的备份软件都支持VMware、Hyper-V、FusionSphere、Citrix和基于Xen或KVM派生出来的虚拟化软件备份，目前还有很多专为虚拟化(虚拟应用或虚拟化桌面VMware View、MicroSoft VDI、XenDesktop)设计的备份软件，如Veeam、eBackup、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)，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 4以上版本，针对VMFS和NFS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业务情况下的VMs备份、恢复。VADP的CBT(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/iSCSI）直接读取虚拟机的磁盘存储。VSA和MA是可以独立部署也可以一起部署在物理服务器上。物理MA服务器可以接磁带库、完成Auxcopy和重删压缩功能。

在生产存储支持IntelliSnap(硬件快照)的情况下，ESXi Proxy和物理MA和VSA服务器能访问到Data Store所在的LUN，存储硬件快照以临时Datastore的方式挂载到ESX Proxy(装载快照)，VSA和MA通过SAN网络提取备份列表和备份数据，直接从存储读取数据备份。备份数据不通过生产ESXi，属于Server Free备份组网。

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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