CN101408856A

CN101408856A - 一种用于容灾备份的系统和方法

Info

Publication number: CN101408856A
Application number: CNA2008102271178A
Authority: CN
Inventors: 郑纬民; 余宏亮
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2009-04-15
Also published as: US20100131794A1; US8156373B2

Abstract

本发明公开了一种用于容灾备份的系统，所述系统包括：待转化设备，所述待转化设备安装有实体操作系统；USB转换设备，与所述待转化设备连接，包括USB盘操作系统、转化单元和虚拟系统，用于将所述待转化设备的实体操作系统转化为虚拟系统并进行备份。本发明还公开了一种用于容灾备份的方法和一种容灾系统的安装方法。本发明使基于虚拟化技术的容灾系统可以快速部署，不必对实体操作系统本身做任何更改；并且转化完毕后，实体操作系统上的应用程序不受到容灾过程的影响；此外，由于转化后的虚拟系统和原有实体操作系统的运行环境是同一台机器，不会因为性能上的差异而对转换后的虚拟系统的性能带来不必要的影响。

Description

一种用于容灾备份的系统和方法

技术领域

本发明涉及操作系统和网络存储技术领域，特别是涉及一种用于容灾备份的系统和方法。

背景技术

在互联网领域，数据在灾难面前的脆弱性愈加突出，而数据的丢失往往会带来重大的经济损失，因此人们的对数据安全性的需求越来越高。为抵御灾难而采取的技术称为容灾备份技术，容灾备份系统包括被容灾系统和容灾计算机两部分，被容灾系统在正常运转中将容灾数据通过网络传输到容灾计算机，并在灾难发生后从容灾计算机端获取恢复所需的全部数据。

传统的容灾备份技术一般只考虑将计算机所存储的数据通过远程备份方式复制到通过网络连接的远程容灾中心，并在出现灾难时从远程容灾中心重新获取所丢失的数据，从而达到降低灾难损失的目的。随着虚拟化技术的发展，出现了能够备份包括数据在内的整个运行环境的新型灾备技术，基于虚拟化技术的容灾备份技术拥有以下特点：

1)可以完全恢复被容灾系统的运行状态，包括正在进行的计算，以及未写入磁盘的缓冲区内容等。

2)容灾备份过程对被容灾系统上的应用透明，无需对现有程序的运行方式进行任何改动。

这种备份技术需要在被容灾系统上安装容灾系统客户端，其目的是将被容灾系统转换一个虚拟系统来运行。目前已有的技术包括将虚拟机中的实体机转化为虚拟机的技术等，这对被容灾系统，特别是对容灾系统中原有应用程序造成影响，导致这些应用程序需要重新进行安装或者配置等额外操作。典型的虚实转化过程如图1所示，包含以下步骤：

步骤101，人工读取待容灾系统的配置

步骤102，将待容灾系统上的数据转移至中转机器，再根据第一步读取的配置来创建虚拟机

步骤103，如果转换完毕的虚拟机需要继续在原计算机上运行，则还需要按照中转机的配置来重新配置原计算机，然后将虚拟机迁移过去。其中，步骤103为可选步骤。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1)有额外的硬件要求，并且配置复杂。一次实体机转化为虚拟机的操作需要另一台性能至少和原先一样的机器以容纳转换完毕的虚拟机。并且还需要人工先行收集被容灾系统的软硬件配置信息。

2)非常耗时，一次实体机转化为虚拟机的操作需要迁移大量的数据，因为需要复制容灾系统的全部硬盘数据。

3)可能会因为迁移前后机器硬件配置的差异而对转换后的虚拟机的性能带来不必要的影响。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种用于容灾备份的系统和方法，以实现在不对原实体操作系统及其中的应用进行任何修改的情况下，将实体操作系统转化为虚拟系统，从而使被容灾系统在虚实转换的过程中受到的影响最小化。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种用于容灾备份的系统，所述系统包括：待转化设备，所述待转化设备安装有实体操作系统；USB转换设备，与所述待转化设备连接，包括USB盘操作系统、转化单元和虚拟系统，用于将所述待转化设备的实体操作系统转化为虚拟系统并进行备份。

其中，所述USB盘操作系统包括：启动加载系统，存储有操作系统启动信息，用于加载操作系统映像并配置操作系统启动参数；操作系统映像，包括一套完整的操作系统，用于为所述虚拟系统提供宿主平台，以及挂载所述待转化设备上的操作系统。

其中，所述虚拟系统包括父虚拟系统内核和虚拟管理系统，其中，虚拟管理系统用于提供子虚拟系统的创建、配置、启动与停止功能，以及为子虚拟系统挂载所述待转化设备附属存储设备的功能。

其中，所述转化单元包括：统接管子单元，用于以所述USB盘操作系统启动，接管所述待转化设备；存储设备挂载子单元，用于挂载所述待转化设备上的存储设备，并获取所述实体操作系统的信息；系统转化子单元，用于创建和配置一个子虚拟系统，将所述待转化设备的实体操作系统的根设备映射为该子虚拟系统的根设备，将所述实体操作系统的其它设备依次映射为子虚拟系统的相应设备，并保持映射关系和次序；系统启动子单元，用于启动所述系统转化子单元创建的子虚拟系统。

本发明实施例的技术方案还提供一种用于容灾备份的方法，所述方法包括以下步骤：识别待转化设备的存储设备；识别并挂载所述待转化设备的存储设备的各分区；获取所述挂载的存储设备分区中的系统配置信息；根据获取的系统配置信息构造虚拟系统配置；根据所述虚拟系统配置创建一个虚拟系统并启动；对所述虚拟系统信息进行备份。

其中，所述识别并挂载待转化设备的存储设备的各分区的步骤，具体包括：识别所述存储设备上的文件系统；挂载所有已识别的文件系统。

其中，所述获取挂载的存储设备分区中的系统配置信息的步骤，具体包括：定位挂载的所述存储设备的各分区中的系统配置信息；读取定位的各类系统配置信息。

其中，所述对虚拟系统信息进行备份的步骤，具体包括：将虚拟系统的运行状态冻结；将所述冻结的虚拟系统整体复制到远端备份系统，并重新启动所述虚拟系统。

其中，在所述对虚拟系统信息进行备份之后，还包括数据恢复步骤，具体为：在发生灾难时，从所述远端备份系统获得冻结的虚拟系统映像，并加载于本地的虚拟系统上，使虚拟系统恢复到该映像被冻结时的运行状态。

其中，所述系统配置信息包括：网络配置信息、启动配置信息、内存及硬盘配置信息。

本发明实施例的技术方案还提供一种容灾系统的安装方法，所述方法包括以下步骤：使系统可读取步骤；读取配置并创建虚拟系统步骤；启动所述虚拟系统步骤。

其中，所述使系统可读取步骤，具体包括：设置系统以USB方式启动；启动所述USB盘操作系统；启动所述虚拟系统；启动所述转化单元的转化程序，使所述转化程序驻留内存并准备好进行操作；挂载所述待转化设备的存储设备。

其中，所述读取配置并创建虚拟系统步骤，具体包括：获取已挂载的所述存储设备的分区信息；获取挂载的存储设备分区中的系统配置信息；将获取的系统配置信息整合并生成虚拟系统可读取的虚拟系统配置文件；根据所述虚拟系统配置文件创建新的虚拟系统。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

本发明实施例使基于虚拟化技术的容灾系统可以快速部署，不必对实体操作系统本身做任何更改；并且转化完毕后，实体操作系统上的应用程序不受到容灾过程的影响；此外，由于转化后的虚拟系统和原有实体操作系统的运行环境是同一台机器，不会因为性能上的差异而对转换后的虚拟系统的性能带来不必要的影响。

附图说明

图1是现有技术的一种虚实转化过程的流程图；

图2是本发明实施例的一种用于容灾备份的系统的结构图；

图3是本发明实施例的一种虚实转化过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例以基于OPENVZ操作系统虚拟化技术和FEDORACORE 8LINUX操作系统的实现为例。

首先，叙述一种将实体操作系统转化为虚拟机的USB装置的构成以及操作步骤。本发明实施例的一种用于容灾备份的系统的结构如图2所示，包括待转化设备和将实体操作系统转化为虚拟系统的USB装置，其中该USB装置包括：

部件1：USB闪存。硬件部分为一个USB闪存盘，并格式化为合适的文件系统。此外，还需要待转化的计算机支持从USB启动，例如USB-HDD的模拟启动方式。

部件2：USB盘操作系统。操作系统软件被固化在USB闪存盘上，它需要满足以下要求：

A1.体积小于USB闪存的容量

A2.可以自启动

A3.支持自己定制启动后自动运行的程序。

一种可行的实现，可以制作可启动的LIVE CD再固化为USB盘上的系统。例如使用FEDORA CORE 8的LIVECD-TOOLS(下称LIVECD-TOOLS)，详细步骤为：

B1.获取一个FEDORA CORE项目提供的操作系统配置模板，通常可以使用LIVECD-TOOLS安装后自带的样例配置文件；

B2.使用LIVECD-TOOLS的自启动光盘制作工具，根据B1中所述配置文件创建一个自启动光盘的ISO映像；

B3.使用LIVECD-TOOLS的光盘映像与USB闪存系统转化工具，将B2中创建的ISO映像转化到一张USB闪存上。

B4.挂载B3中制作的USB闪存文件系统，使用SQUASHFS文件系统工具读取其中的操作系统映像文件(此映像文件格式为SQUASHFS)，将部件4安装于操作系统映像中，并设置自动启动。

B5.使用MKSQUASHFS文件系统工具重新压缩整合了部件4的操作系统映像。

部件3：虚拟系统。本实施例中采用虚拟机软件，该虚拟机软件安装在部件2的操作系统中，它需要支持以某种方式挂载待转化的计算机的硬盘以作为虚拟机的主分区，并需要支持计算机硬盘上的文件系统。一种可行的实现，是在部件2的操作系统固化之前把现有的虚拟机系统安装于部件2的操作系统中。例如基于OPENVZ的实现，需要在步骤B4之后，将OPENVZ的内核支持与部件4同时安装于USB盘操作系统中。

部件4：转化单元。该单元用于将待转化设备的实体操作系统转化为虚拟系统。该单元的虚实转化过程如图3所示，包括以下步骤：

步骤301识别待转化的计算机的硬盘，此步骤需要在部件2启动之后开始执行。这个步骤包括以下详细内容：

步骤311识别硬盘设备，此步骤需要待转化的计算机已置于部件2的控制之下。一种可行的实现是获取部件2的设备表并检查其中的硬盘设备，例如扫描LINUX操作系统中的/DEV目录，或者调用WINDOWS操作系统中的获取系统信息的API。

步骤302识别并挂载待转化的计算机的硬盘上的各分区。这个步骤包括以下详细内容：

步骤321识别硬盘设备上的文件系统，此步骤需要读取步骤311中已识别的硬盘设备的分区表，并识别其文件系统。

步骤322挂载所有已识别的文件系统，此步骤需要部件2的支持，即待转化的计算机的所有文件系统均可被识别，例如在LINUX系统中，识别一个文件系统需要内核支持该文件系统。

步骤303读取步骤302中挂载的硬盘分区中的系统配置信息。例如网络配置，分区表等典型配置信息。这个步骤包括以下详细内容：

步骤331定位步骤302中挂载的硬盘分区中的系统配置信息。例如在LINUX系统中，配置信息一般存在于/ETC目录，而WINDOWS系统中的配置信息一般记录于注册表中。

步骤332读取各类系统配置信息。例如网络配置，启动配置，内存及硬盘配置等。例如在一个常见的LINUX系统中，需要从/ETC/SYSCONFIG/NETWORK-SCRIPTS/目录中读取IP配置信息，以及从/ETC/RC*中读取自启动的服务列表等。

步骤304将步骤303中读取的信息转化为虚拟机的配置信息并构造虚拟机配置，其中关键的步骤是将虚拟机的主分区设置为步骤302中挂载的主分区。一种可行的实现是分析并构造一个虚拟机系统的虚拟机配置文件，包括内存、硬盘大小等各种配置信息。在使用OPENVZ操作系统虚拟化的实现中，这只需写入虚拟机的conf文件，例如编号为101的虚拟机，对应的CONF文件名为101.conf

此步骤包括：

C1.根据步骤303中读取的内存信息，为虚拟机设置内存参数，配置PRIVVMPAGES和SHMPAGES参数

C2.根据步骤303中读取的网络信息，为虚拟机设置IP地址，网关，子网掩码，DNS地址等

C3.步骤303中读取了硬盘信息，一般为/DEV目录下的设备，本步骤利用OPENVZ提供的DEVICE FORWARD接口，将这些设备全部转移给虚拟机

步骤305以步骤304中的配置创建一个虚拟机并启动。在使用OPENVZ操作系统虚拟化的实现中，此步骤利用OPENVZ提供的VZCTL虚拟机管理工具来启动虚拟机

至此，此计算机已经被转化为一个虚拟机，可以开展后续的基于虚拟机的容灾备份等过程。虚拟系统容灾步骤包括：

401冻结虚拟系统步骤。冻结虚拟系统步骤需要虚拟化技术的支持，执行这个步骤将虚拟系统的运行状态冻结，使之可以被复制和迁移。例如使用操作系统虚拟化技术实现的虚拟机容灾系统，冻结虚拟机需要冻结虚拟机中的进程；而使用指令虚拟机技术实现的虚拟机容灾系统，冻结虚拟机则需要冻结包括虚拟机操作系统在内的虚拟机的所有进程。

402远程备份步骤。远程备份步骤将上一步骤中冻结的虚拟机整体复制到远端备份系统，然后将虚拟机重新启动。

403恢复步骤。恢复步骤在发生灾难时执行，从远端备份系统获得冻结的虚拟系统映像，并加载于本地的虚拟系统上，从而使虚拟系统能够正常运行，恢复到该映像被冻结瞬间的运行状态。

本发明还提供了一种基于虚拟机的容灾系统的安装方法，包括虚实转化步骤和虚拟机容灾步骤，借助本发明提供的一种将实体操作系统转化为虚拟机的USB装置，虚实转化步骤的各个环节都可以自动完成：

步骤501使系统可读取步骤，由此USB装置的部件1和部件2完成，部件1和部件2可以将系统重启并置于部件2的控制之下。这个步骤包括以下详细内容：

步骤511设置系统以USB方式启动，例如USB-HDD模拟启动方式，通过在BIOS中设置启动顺序即可。

步骤512启动部件2中的操作系统，本步骤自动完成，例如使用GRUB启动管理器的FEDORA CORE 8系统即可自行启动

步骤513启动部件3的虚拟机系统，本步骤自动完成，在使用OPENVZ操作系统虚拟化的实现中，OPENVZ以内核的形式启动

步骤514启动部件4的转化程序，使其驻留内存并准备好进行操作，本步骤需要预先设置部件4为随系统启动，在LINUX系统中，只需要将部件4加入/ETC/RC.LOCAL即可

步骤515挂载待转化的计算机的硬盘，使之可以被部件2、部件3和部件4读取。在LINUX系统中，可以使用MOUNT命令来挂载硬盘

步骤502读取配置并创建虚拟机步骤，由此USB装置的部件3和部件4的步骤1～步骤4完成。这个步骤包括以下详细内容：

步骤521读取上一步骤已挂载的计算机硬盘的分区信息

步骤522从各分区中读取配置，例如利用部件2提供的接口来读取待转化的计算机的内存和硬盘信息，以及网络配置信息。

步骤523遵照部件3的规则，将步骤522中读取的信息整合并生成部件3可读取的虚拟机配置文件。

步骤524利用部件3提供的功能，以步骤523中创建的虚拟机配置文件创建新的虚拟机。

步骤503启动虚拟机步骤，该步骤包括以下详细内容：

步骤531部件4利用部件3提供的接口来启动虚拟机。

步骤532部件4利用部件2提供的接口将虚拟机配置为随系统自动启动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种用于容灾备份的系统，其特征在于，所述系统包括：

待转化设备，所述待转化设备安装有实体操作系统；

USB转换设备，与所述待转化设备连接，包括USB盘操作系统、转化单元和虚拟系统，用于将所述待转化设备的实体操作系统转化为虚拟系统并进行备份。

2、如权利要求1所述用于容灾备份的系统，其特征在于，所述USB盘操作系统包括：

启动加载系统，存储有操作系统启动信息，用于加载操作系统映像并配置操作系统启动参数；

操作系统映像，包括一套完整的操作系统，用于为所述虚拟系统提供宿主平台，以及挂载所述待转化设备上的操作系统。

3、如权利要求1所述用于容灾备份的系统，其特征在于，所述虚拟系统包括父虚拟系统内核和虚拟管理系统，其中，虚拟管理系统用于提供子虚拟系统的创建、配置、启动与停止功能，以及为子虚拟系统挂载所述待转化设备附属存储设备的功能。

4、如权利要求1所述用于容灾备份的系统，其特征在于，所述转化单元包括：

系统接管子单元，用于以所述USB盘操作系统启动，接管所述待转化设备；

存储设备挂载子单元，用于挂载所述待转化设备上的存储设备，并获取所述实体操作系统的信息；

系统转化子单元，用于创建和配置一个子虚拟系统，将所述待转化设备的实体操作系统的根设备映射为该子虚拟系统的根设备，将所述实体操作系统的其它设备依次映射为子虚拟系统的相应设备，并保持映射关系和次序；

系统启动子单元，用于启动所述系统转化子单元创建的子虚拟系统。

5、一种基于权利要求1所述系统的用于容灾备份的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

识别待转化设备的存储设备；

识别并挂载所述待转化设备的存储设备的各分区；

获取所述挂载的存储设备分区中的系统配置信息；

根据获取的系统配置信息构造虚拟系统配置；

根据所述虚拟系统配置创建一个虚拟系统并启动；

对所述虚拟系统信息进行备份。

6、如权利要求5所述用于容灾备份的方法，其特征在于，所述识别并挂载待转化设备的存储设备的各分区的步骤，具体包括：

识别所述存储设备上的文件系统；

挂载所有已识别的文件系统。

7、如权利要求5所述用于容灾备份的方法，其特征在于，所述获取挂载的存储设备分区中的系统配置信息的步骤，具体包括：

定位挂载的所述存储设备的各分区中的系统配置信息；

读取定位的各类系统配置信息。

8、如权利要求5所述用于容灾备份的方法，其特征在于，所述对虚拟系统信息进行备份的步骤，具体包括：

将虚拟系统的运行状态冻结；

将所述冻结的虚拟系统整体复制到远端备份系统，并重新启动所述虚拟系统。

9、如权利要求8所述用于容灾备份的方法，其特征在于，在所述对虚拟系统信息进行备份之后，还包括数据恢复步骤，具体为：

在发生灾难时，从所述远端备份系统获得冻结的虚拟系统映像，并加载于本地的虚拟系统上，使虚拟系统恢复到该映像被冻结时的运行状态。

10、如权利要求5至9任一项所述用于容灾备份的方法，其特征在于，所述系统配置信息包括：网络配置信息、启动配置信息、内存及硬盘配置信息。

11、一种基于权利要求1所述系统的容灾系统的安装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

使系统可读取步骤；

读取配置并创建虚拟系统步骤；

启动所述虚拟系统步骤。

12、如权利要求11所述容灾系统的安装方法，其特征在于，所述使系统可读取步骤，具体包括：

设置系统以USB方式启动；

启动所述USB盘操作系统；

启动所述虚拟系统；

启动所述转化单元的转化程序，使所述转化程序驻留内存并准备好进行操作；

挂载所述待转化设备的存储设备。

13、如权利要求12所述容灾系统的安装方法，其特征在于，所述读取配置并创建虚拟系统步骤，具体包括：

获取已挂载的所述存储设备的分区信息；

获取挂载的存储设备分区中的系统配置信息；

将获取的系统配置信息整合并生成虚拟系统可读取的虚拟系统配置文件；

根据所述虚拟系统配置文件创建新的虚拟系统。