CN103164295B - 基于zfs文件系统和kvm内核虚拟底层系统的企业it业务虚拟化容灾方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于ZFS文件系统和KVM内核虚拟底层系统的企业IT业务虚拟化容灾方法，包括数据定期块级增量备份步骤以及虚拟化救灾步骤，将所有的备份、存储、及虚拟化功能由一台服务器来提供。用户被保护电脑直接与一体化服务器相联，定期将变化增量数据备份到一体化服务器所管理的存储介质中。用户电脑受灾时，一体化服务器根据存储在本地的备份数据产生一台与用户原电脑一模一样的虚拟电脑，接替用户原电脑工作，以保证用户的业务的连续性。也可以将任何备份时间点的历史数据虚拟化成虚拟机，无须干扰原机的正常运行，而用虚拟机进行测试或诊断故障。本发明可消除传统架构多节点间的资源浪费、结构复杂、通信不稳定等缺点。

Description

基于ZFS文件系统和KVM内核虚拟底层系统的企业IT业务虚拟化容灾方法

技术领域

本发明涉及企业数据保护领域，尤其涉及一种集备份、存储以及虚拟化功能为一体的企业数据保护实现方法。

背景技术

在当今的企业运行环境中，计算机IT系统的基础设施日趋复杂,其中存储服务器、虚拟化服务器、及数据保护系统乃是很多企业需要的基础设施。为保护生产数据，用户需要创建定期存储备份，同时尽量减小所使用的存储容量、对生产I/O的影响以及恢复生产数据的时间。

典型存储服务器的使用如图1所示。典型存储服务器管理海量存储介质，其功能比较单一，就是为各种用户直接提供磁盘空间存储服务。存储服务器支持各种协议（例如SAN及NAS协议）。存储服务器的单机售价很高。

典型虚拟化服务器的使用如图2所示。典型虚拟化服务器允许用户在其上创建虚拟机（虚拟电脑）。虚拟化服务器本机可以为虚拟机提供有限存储空间。在较大规模的使用中，一般用户需要配套专用存储服务器。虚拟化服务器的单机售价很高。

数据保护目前最新的技术乃是采用块级（Block Level）增量备份。典型块级增量数据备份架构如图3所示。在该架构中，备份服务器为用户电脑和存储服务器牵线搭桥，使得用户电脑的数据可以备份至存储服务器中。每次备份的数据并非用户数据的全部，乃是变化的增量。备份服务器管理所保护的数据，操作备份/恢复等流程。

以上各服务器各自的领域专一，都需要单机部署，而且对硬件的要求非常高。如果用户需要所有的功能，则需要分别部署上述所有的服务器。在许多情况下，尤其是小企业，小规模使用下有以下诸多不便：1）部署多台专用服务器，安装成本和维护费用较高；2）部署多台专用服务器，架构较复杂，而且制造商不是同一家，不能保证它们之间可以正常通信；3）每台服务器基本配置很高，在较小规模使用下，闲置率往往很高，费电、费空间、浪费资源、不环保；4）各种服务器的服务领域专一，但在各自领域内的功能则可能很丰富，用户在各个领域需要有相当的专业知识才可以很好使用这些服务器，这对很多企业尤其是小企业来说，是个很大的困难。

另外当需要使用备份数据时，典型的做法是将备份数据恢复到原机或拷贝到别处，处理时间较长。在紧急需要时，尤其是原机故障，无法继续运行时，如何快速恢复数据，或更重要的如何保证企业业务的不间断，成为当前IT技术的巨大挑战。新兴的虚拟化技术可以很好地应用在此领域。

有鉴于此，人们迫切寻求一种能将备份、存储及虚拟化这三个功能在一台一体化服务器上实现的方式。然而一体化服务器首先对服务器的操作系统和文件系统有一定的要求。一体化服务器对文件系统的要求包括：1）可以管理超大容量磁盘介质；2）支持多种存储协议，至少支持iSCSI协议；3）支持大数目（最好数目不限）磁盘快照；4）支持将只读快照克隆成可读写卷，并且克隆数度快、代价低。一体化服务器对操作系统及硬件系统的要求包括：1）支持虚拟化服务；2）产生的虚拟机可以运行流行的32位或64位Windows或Linux；3）虚拟机硬盘可以直接使用本地卷。

传统的操作系统和文件系统少有能同时满足上述所有要求的。但随着OpenSolaris及其继任者Illumos的技术发展，能满足所有要求的操作系统已经出现！OpenSolaris所支持的ZFS文件系统有卓越的性能，超强容错能力，超快无限量磁盘快照，零代价克隆等功能，完全满足一体化服务器对文件系统的要求。最新Illumos增加了内核模式KVM虚拟底层系统，其虚拟机可以直接使用ZFS卷做为硬盘。所以用户备份数据的ZFS克隆卷通过驱动程序注入技术，就有可能在其上建立虚拟机。启动后的虚拟机几乎和原机是一模一样的，包括机器名称和网络配置。另外各台虚拟机可在隔离的区域（zone）内运行，互不干扰，稳定系数比其他的虚拟化平台更进一筹。

将备份、存储、以及虚拟化集成于一体的技术最近才开始发展，目前使用ZFS和内核模式KVM来实现一体化服务器的备份存储虚拟化的设计和实施还没有出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZFS文件系统和KVM内核虚拟底层系统的企业IT业务虚拟化容灾方法，使企业生产数据的备份、存储、服务器虚拟化功能在一台服务器上实现成为可能。

本发明的技术方案如下：

一种基于ZFS文件系统和KVM内核虚拟底层系统的企业IT业务虚拟化容灾方法，包括数据定期块级增量备份步骤以及虚拟化救灾步骤：

所述数据定期块级增量备份步骤包括以下分步骤：

步骤1-1：定义定期自动备份时间表，到期进步骤1-2；

步骤1-2：判断是否为第一次备份，是进步骤1-3，否进步骤1-7；

步骤1-3：在用户端收集被保护电脑磁盘卷信息，包括磁盘卷大小，以及主机的其他信息；

步骤1-4：在服务器端根据步骤1-3收集的磁盘卷大小，创建同等大小的ZFS卷作为备份卷使用；

步骤1-5：获取用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-6：计算用户端被保护磁盘卷快照中已使用空间的位图，进步骤1-10；

步骤1-7：通过数据库，在服务器端定位已有备份ZFS磁盘卷的位置；

步骤1-8：获取用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-9：计算用户端被保护磁盘卷快照中自上次备份以来变化过空间的位图，进步骤1-10；

步骤1-10：在服务器端备份ZFS磁盘卷上创建iSCSI LUN及目标；

步骤1-11：在用户电脑和服务器之间建立iSCSI数据传输通道；

步骤1-12：根据步骤1-6或步骤1-9所获取的位图，将用户被保护磁盘块增量数据复制到服务器备份磁盘卷上；

步骤1-13：释放步骤1-10所创建的LUN及目标；

步骤1-14：获取服务器端备份ZFS磁盘卷快照；

步骤1-15：释放步骤1-5或步骤1-8所获取的用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-16：更新本次增量备份的管理信息；

步骤1-17：结束本次增量备份；

所述虚拟化救灾步骤包括以下分步骤：

步骤2-1：接受虚拟化救灾请求，参数包括用户原电脑的信息、需要使用哪一时间点的备份数据、以及虚拟机的目标参数；

步骤2-2：通过数据库定位用户电脑磁盘卷在服务器上的备份卷及其快照；

步骤2-3：克隆步骤2-2所定位的ZFS卷快照，使其成为可读写；

步骤2-4：基于克隆卷创建在单独区域上运行的虚拟机；

步骤2-5：为虚拟机注入合适的驱动程序；

步骤2-6：启动虚拟机；

步骤2-7：完成一次救灾，所产生并启动的虚拟机和用户原始电脑有几乎一样的配置，可以代替原机使用。

本发明的有益技术效果是：

传统的备份、存储及虚拟化技术是横向分层的，各层功能独立，层与层之间需要通信，各层基础设施建设可能过于用户所需。本发明采用纵向分隔，所有功能集成在一台服务器上，功能之间通信是内部的，资源可以共享。当用户规模扩大时，可以增加一体化服务器的数目。一体化服务器之间可以通信，但信息量远少于横向分层架构。采用本发明方法实现的一体化服务器带来的好处有：1）降低成本；一台一体化服务器可以等效于传统技术的三台服务器；在中小规模使用环境下，效果尤其显著。2）部署灵活；当一台一体化服务器不能满足用户规模要求时，增加同类服务器的数目就可解决。3）操作简便；一体化服务器是专用设备，备份、存储、及虚拟化各模块属内部预设调试好的模块。无需用户安装或干预。4）安全可靠；首先一体化服务器是封闭式设备，用户不能移作他用，免除因用户误操作等带来的各种问题。其次备份、存储、及虚拟化等各模块间属内部通信，效率高，更安全可靠。避免了传统技术各服务器间外部通信可能遇到的各种不可预测的环境因素以及安全隐患。再其次各台虚拟机在隔离的区域（zone）内运行，互不干扰，稳定系数更高。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是典型存储服务器的使用图。

图2是典型虚拟化服务器的使用图。

图3是典型块级增量数据备份架构图。

图4是基于本发明所实现的备份、存储及虚拟化一体化系统图。

图5是本发明的定期块级增量备份步骤流程图。

图6是本发明的虚拟化救灾步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图4所示，在一个理想的一体化系统中，所有的备份、存储及虚拟化功能只需由一台一体化服务器来提供，被保护的用户电脑直接与一体化服务器相联。需要实现的功能是：一、定期将变化增量数据备份到一体化服务器所管理的存储介质中。二、用户电脑受灾时，一体化服务器根据存储在本地的备份数据产生一台与用户原电脑一模一样的虚拟电脑，接替用户原电脑工作，保证用户的业务的连续性。

本发明为实现上述在一台服务器上实现备份、存储、及虚拟化的方案，设计了全新的步骤流程，其包括数据定期块级增量备份步骤，以及虚拟化救灾步骤两大步骤。上述两者的流程分别描述如下：

如图5所示，数据定期块级增量备份的步骤为：

步骤1-1、定义定期自动备份时间表。到期进步骤1-2。

步骤1-2、判断是否为第一次备份。是进步骤1-3，否进步骤1-7。

步骤1-3、在用户端收集被保护电脑磁盘卷信息，包括磁盘卷大小，以及主机的其他信息。

步骤1-4、在服务器端根据步骤3收集的磁盘卷大小，创建同等大小的ZFS卷作为备份卷使用。

步骤1-5、获取用户端被保护磁盘卷快照。

步骤1-6、计算用户端被保护磁盘卷快照中已使用空间的位图，进步骤1-10。

步骤1-7、通过数据库，在服务器端定位已有备份ZFS磁盘卷的位置。

步骤1-8、获取用户端被保护磁盘卷快照。

步骤1-9、计算用户端被保护磁盘卷快照中自上次备份以来变化过空间的位图，进步骤1-10。

步骤1-10、在服务器端备份ZFS磁盘卷上创建iSCSI LUN及目标

步骤1-11、在用户电脑和服务器之间建立iSCSI数据传输通道。

步骤1-12、根据步骤1-6或步骤1-9所获取的位图，将用户被保护磁盘块增量数据复制到服务器备份磁盘卷上。

步骤1-13、释放步骤1-10所创建的LUN及目标。

步骤1-14、获取服务器端备份ZFS磁盘卷快照。

步骤1-15、释放步骤1-5或步骤1-8所获取的用户端被保护磁盘卷快照。

步骤1-16、更新本次增量备份的管理信息。

步骤1-17、结束本次增量备份。

如图6所示，虚拟化救灾的步骤为：

步骤2-1、接受虚拟化救灾请求。参数包括用户原电脑的信息、需要使用哪一时间点的备份数据、以及虚拟机的目标参数。

步骤2-2、通过数据库定位用户电脑磁盘卷在服务器上的备份卷及其快照。

步骤2-3、克隆步骤2-2所定位的ZFS卷快照，使其成为可读写。

步骤2-4、基于克隆卷创建在单独区域上运行的虚拟机。

步骤2-5、为虚拟机注入合适的驱动程序。

步骤2-6、启动虚拟机。

步骤2-7、完成一次救灾。所产生并启动的虚拟机和用户原始电脑有几乎一样的配置，可以代替原机使用。

本发明方法充分利用了ZFS文件系统和自带内核模式KVM的操作系统的自身优点，可消除传统架构多节点间的资源浪费、结构复杂、通信不稳定等缺点。基于上述方法的所形成一体化服务器，是集备份、存储、服务器虚拟化功能的封闭式专用服务器，包括软硬件系统。该一体化服务器既是灾备控制中心，又是备份存储介质，还是服务器虚拟化平台，在需要时直接将备份数据虚拟化，取代故障的生产服务器，保证企业业务不间断。也可以将任何备份时间点的历史数据虚拟化成虚拟机，无须干扰生产主机的正常运行，用虚拟机进行测试或诊断故障。

该一体化服务器以专用设备（Appliance）的形式使用，用户无需安装软件，开机即用（注：用户第一次开机时需要简单配置；用户被保护的电脑或服务器需要安装配套的软件），也无需其他配套如SAN，NAS等存储设备或专用虚拟化服务器。多台一体化服务器可以级联或部署在本地或云端，满足复杂IT系统的需要。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于ZFS文件系统和KVM内核虚拟底层系统的企业IT业务虚拟化容灾方法，其特征在于：包括数据定期块级增量备份步骤以及虚拟化救灾步骤：

所述数据定期块级增量备份步骤包括以下分步骤：

步骤1-1：定义定期自动备份时间表，到期进步骤1-2；

步骤1-2：判断是否为第一次备份，是进步骤1-3，否进步骤1-7；

步骤1-3：在用户端收集被保护电脑磁盘卷信息，包括磁盘卷大小，以及主机的其他信息；

步骤1-4：在服务器端根据步骤1-3收集的磁盘卷大小，创建同等大小的ZFS卷作为备份卷使用；

步骤1-5：获取用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-6：计算用户端被保护磁盘卷快照中已使用空间的位图，进步骤1-10；

步骤1-7：通过数据库，在服务器端定位已有备份ZFS磁盘卷的位置；

步骤1-8：获取用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-9：计算用户端被保护磁盘卷快照中自上次备份以来变化过空间的位图，进步骤1-10；

步骤1-10：在服务器端备份ZFS磁盘卷上创建iSCSI LUN及目标；

步骤1-11：在用户电脑和服务器之间建立iSCSI数据传输通道；

步骤1-12：根据步骤1-6或步骤1-9所获取的位图，将用户被保护磁盘块增量数据复制到服务器备份磁盘卷上；

步骤1-13：释放步骤1-10所创建的iSCSI LUN及目标；

步骤1-14：获取服务器端备份ZFS磁盘卷快照；

步骤1-15：释放步骤1-5或步骤1-8所获取的用户端被保护磁盘卷快照；

步骤1-16：更新本次增量备份的管理信息；

步骤1-17：结束本次增量备份；

所述虚拟化救灾步骤包括以下分步骤：

步骤2-1：接受虚拟化救灾请求，参数包括用户原电脑的信息、需要使用哪一时间点的备份数据、以及虚拟机的目标参数；

步骤2-2：通过数据库定位用户电脑磁盘卷在服务器上的备份卷及其快照；

步骤2-3：克隆步骤2-2所定位的ZFS卷快照，使其成为可读写；

步骤2-4：基于克隆卷创建在单独区域上运行的虚拟机；

步骤2-5：为虚拟机注入合适的驱动程序；

步骤2-6：启动虚拟机；

步骤2-7：完成一次救灾，所产生并启动的虚拟机和用户原始电脑有几乎一样的配置，可以代替原机使用。