CN103593262B - 一种基于类别的虚拟机备份方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于类别的虚拟机备份方法，包括以下步骤：1)根据备份需求，设置虚拟机的分类类别；2)数据源模块获取需备份的虚拟机列表并保存；3)类别识别模块接收虚拟机列表，根据各虚拟机的磁盘文件格式和文件系统格式鉴别相应虚拟机的类型；4)基于分类类别和虚拟机类型，重新组织虚拟机列表树；5)按照分类类别选择虚拟机备份源；6)对虚拟机进行备份。与现有技术相比，本发明具有简化备份源选择工作、提高工作效率等优点。

Description

一种基于类别的虚拟机备份方法

技术领域

本发明涉及一种数据备份技术，尤其是涉及一种基于类别的虚拟机备份方法。

背景技术

随着虚拟化技术的成熟，越来越多的企业开始接受并在数据中心采用虚拟化技术，据统计，当前中国市场的虚拟化普及率已达到50％(欧美虚拟化市场普及率高达80％)，并且还在快速增长；虚拟化技术的应用为企业节省了大量的成本，但随之也给实施高效便捷的灾备方案带来了更大的挑战。

当前主流的虚拟机(VirtualMachine，VM)备份原理如下：1)通过虚拟化管理软件(Hypervisor)提供的PublicAPI获取VM列表，选择某(几)个VMs作为备份源；2)通过虚拟化管理软件(Hypervisor)提供的PublicAPI将属于某(几)个VMs的文件拷贝到备份服务器；

上述的VM备份方法并没有体现VM的应用、系统、存储等特性，在步骤1)中获取的VM列表，并没有给出VM上的应用类型、承载的操作系统、VM文件所在的存储等信息，为选择正确的VM备份源只得靠用户管理员的记忆或查询簿记信息；在如今，拥有成十上百台VM的虚拟化中心，要靠用户的记忆手工选择虚拟机备份源，工作量大，效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简化备份源选择工作、提高备份效率的基于类别的虚拟机备份方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于类别的虚拟机备份方法，包括以下步骤：

1)根据备份需求，设置虚拟机的分类类别；

2)数据源模块获取需备份的虚拟机列表并保存；

3)类别识别模块接收虚拟机列表，根据各虚拟机的磁盘文件格式和文件系统格式鉴别相应虚拟机的类型；

4)基于分类类别和虚拟机类型，重新组织虚拟机列表树；

5)按照分类类别选择虚拟机备份源；

6)对虚拟机进行备份。

所述的分类类别包括按应用类型分类、按操作系统类型分类、按关键字分类、按存储路径分类或按资源池分类。

所述的步骤3)中，鉴别相应虚拟机的类型具体为：

31)类别识别模块从虚拟机列表中读取虚拟磁盘元数据到本地缓存区；

32)从缓存的虚拟磁盘元数据识别出根分区文件系统元数据，包括：所承载的文件系统类型、分区起始扇区、分区大小；

33)从根分区文件系统元数据读取系统配置文件元数据表项到本地缓存区；

34)从缓存的系统配置文件元数据表项中解析出系统配置文件信息，包括：文件名、文件在分区上的起始位置、文件大小；

35)在系统配置文件的数据区中查找类型信息；

36)用类型信息标示该虚拟机，并返回步骤31)，继续下一虚拟机的类型识别过程，直到鉴别完列表中的所有虚拟机。

所述的虚拟磁盘元数据是指磁盘上用来表示磁盘结构及其分区的描述数据，包括磁盘分区表。

所述的根分区是指磁盘上的系统分区。

所述的文件系统元数据指磁盘分区上文件系统用来表示文件对象及其关系的描述数据。

所述的系统配置文件是指记录系统配置、软件配置、用户配置的系统文件，存储于系统分区内。

所述的数据区是指由文件起始位置和文件大小确定的磁盘块区域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过类别识别模块识别VM类型，并根据类别组织VM，简化了VM的管理、备份源的选择工作及提高了备份效率；

2)本发明以虚拟化平台为单元，可提供对整个虚拟化数据中心的中心化保护；

3)本发明是主机无关的存储级保护，不会对上层主机产生影响，可靠性高；

4)本发明只需一个用户界面(可以安装在任何地方，只要保证与数据中心联通即可)，就可以对数据中心的所有虚拟化服务器进行备份；

5)本发明能实现虚拟化服务器关机情况下的备份。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为MBR类型磁盘逻辑结构示意图；

图3为NTFS文件系统逻辑结构示意图；

图4为ExtX文件系统逻辑结构示意图；

图5为按应用类型分组前后VM列表效果图；

(5a)为按应用类型分组前VM列表，(5b)为按应用类型分组后VM列表；

图6为按操作系统类型分组前后VM列表效果图；

(6a)为按操作系统类型分组前VM列表，(6b)为按操作系统类型分组后VM列表；

图7为客户端、控制台及Hypervisor的结构图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于类别的虚拟机备份方法，包括以下步骤：

1)根据备份需求，设置虚拟机的分类类别，所述的分类类别包括按应用类型分类、按操作系统类型分类、按关键字分类、按存储路径分类或按资源池分类等。

所述的按应用类型分类，是指根据VM中的关键应用程序分类，所述关键应用程序主要是指数据库(DB)应用，包括：Oracle、DB2、Sybase、SQLServer、Mysql、Domino、Exchange等当前所有主流数据库；

所述的按系统类型分类，是指根据VM所承载的操作系统分类，主要分为：Linux、Windows及Unix三大类别，Linux操作系统包括：Redhat发行版、CentOS发行版、Federal发行版等所有当前主流linux发行版，Windows操作系统包括：Windows2000及以后的所有Windows发行版本，Unix操作系统主要是指：HP-Unix、IBMAIX、SunSolaris；

所述的按关键字分类，是指根据VM机器名中包含的关键字对VM进行分类的一种方法，一般用来过滤VM。

2)客户端的数据源模块通过Hypervisor提供的PublicAPI获取需备份的虚拟机列表并保存，若获取失败，则结束备份，若获取成功，则继续进行。

3)类别识别模块接收虚拟机列表，根据各虚拟机的磁盘文件格式和文件系统格式鉴别相应虚拟机的类型。

鉴别相应虚拟机的类型具体为：

31)类别识别模块从虚拟机列表中读取虚拟磁盘元数据到本地缓存区；

所述虚拟磁盘元数据，是指磁盘上用来表示磁盘结构及其分区的描述数据，通常存储在磁盘的第一个扇区，又被称为主引导记录MBR(MasterBootRecord)共512Byte，最后64Byte为磁盘分区表DPT(DiskPartitionTable)，包含4个分区表项，每个16Byte，偏移0x04字节表示该分区的文件系统类型、偏移0x08字节表示该分区的起始位置、最后4Byte表示该分区的大小；

32)从缓存的虚拟磁盘元数据识别出根分区文件系统元数据，包括：所承载的文件系统类型、分区起始扇区、分区大小等；

所述根分区，通常是指磁盘上的系统分区，也即操作系统文件所在的磁盘分区，在虚拟磁盘元数据中用0x80标示一个系统分区，普通分区用0x00标示；所述的识别根分区，是指从包含在虚拟磁盘元数据中的磁盘分区表DPT(DiskPartitionTable)找到标示为0x80的16Byte表项；

33)从根分区文件系统元数据读取系统配置文件元数据表项到本地缓存区；

所述文件系统元数据，是指磁盘分区上文件系统用来表示文件对象(目录/文件)及其关系的描述数据，如：WindowsNTFS文件系统用主文件表MFT(MasterFileTable)来确定文件在磁盘上的存储位置，每个文件对应一个文件记录，MFT正是这些文件记录的集合；

34)从缓存的系统配置文件元数据表项中解析出系统配置文件信息，包括：文件名、文件在分区上的起始位置、文件大小等；所述的解析元数据表项，是指基于特定的文件系统元数据格式分离出文件名、文件大小等信息的过程；

35)在系统配置文件的数据区中查找类型信息；所述数据区，是指由[文件起始位置，文件大小]确定的磁盘块区域；

36)用类型信息标示该虚拟机，并返回步骤31)，继续下一虚拟机的类型识别过程，直到鉴别完列表中的所有虚拟机。

4)基于分类类别和虚拟机类型，重新组织虚拟机列表树，客户端将该虚拟机列表树通过TCP/IP网络发送给控制台，由控制台负责分组显示VM列表树。

5)按照分类类别选择虚拟机备份源，在控制台可按类别，选择某(几)类或者某(几)台VM作为备份源。

6)对虚拟机进行备份，客户端通过Hypervisor提供的PublicAPI读取VM数据块，并通过网络将数据发送给控制台，由控制台将数据存储在介质中。

本发明如下实施例基于如下备份系统：原备份系统由客户端1和控制台3组成，两者之间通过以太网连接，采用的传输协议是TCP/IP，同时客户端1与Hypervisor2也通过TCP/IP传输。为了在该系统中实现基于类别的虚拟机备份，只需在原客户端的数据源模块11中加入类型识别模块12即可。整个系统的结构图如图7所示。类型识别模块负责VM的类型识别及VM列表重组织，并将新列表发送给控制台显示，类型识别模块对控制台来说是透明的。

为使普通技术人员对本发明中的分类过程有更直观的了解，本发明如下实施例基于如下的约定对整个备份过程进行说明；

1.假定根分区是MBR磁盘分区，MBR类型磁盘逻辑结构如图2所示；

2.假定Windows根分区是MBR磁盘上的NTFS分区，NTFS文件系统的逻辑结构如图3所示；

3.假定Linux根分区是MBR磁盘上的ExtX分区，ExtX文件系统的逻辑格式如图4所示。

实施例1

本发明实施例通过基于类别的虚拟机备份提供一种基于应用类型的虚拟机批量备份方法。本方法通过按关键应用类型分组组织VM，完成所有同类型虚拟机的一键保护，分类效果如图5所述，备份流程如图1所示，该方法包括如下步骤：

1.通过控制台设置客户端的虚拟化分类策略为：应用类型；

2.客户端通过Hypervisor提供的PublicAPI获取VM列表，成功则获得如图5(a)所示的VM视图，失败则转步骤18，结束任务；

3.通过Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM的MBR虚拟磁盘元数据，成功则继续，否则转步骤18，结束任务；

4.从上述的MBR磁盘元数据的0x1BE偏移处得到磁盘分区表DPT，找到系统标识为0x80的根分区项，分别从该分区项的0x04、0x08及0x012偏移处提取出根分区的文件系统类型、起始扇区和分区大小；

5.以上述根分区的起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM的DBR分区元数据，成功则继续，否则转步骤18，结束任务；

6.从上述的DBR分区元数据的0x30偏移处得到NTFS文件系统主文件表的起始扇区；

7.以上述主文件表的起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取主文件表内容，成功则继续，否则转步骤18，结束任务；

8.从主文件表内容中找到路径名为C:/Windows/System32/config/SYSTEM的系统注册表文件的文件记录，并从文件记录中提取出配置文件的起始扇区及大小；

9.以上述配置文件起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取配置文件的内容，成功则继续，否则转步骤18，结束任务；

10.在上述的配置文件内容中查找应用类型字符串，找到则将虚拟机加入对应的列表；

11.若VM类型匹配还未完成，则继续进行下一VM的类型匹配，转步骤3，否则继续执行；

12.基于类型重新组织VM目录树，并将结果通过网络发送给控制台；控制台将显示如图5(b)所示的VM目录结构；

13.通过控制台选择VM备份源，并将选择的数据源通过网络传给客户端；

14.若VM拷贝未完成，则继续，否则转步骤18，结束任务；

15.通过Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM数据块，成功则继续，否则转步骤，结束任务；

16.通过网络将VM数据块发生给控制台并存储到介质，成功则继续，否则转步骤18，结束任务；

17.若当前VM的数据块拷贝还未完成，则继续VM的数据块拷贝，转步骤15，否则转步骤14；

18.任务结束。

实施例2

本发明实施例通过基于类别的虚拟机备份提供一种基于操作系统类型的虚拟机批量备份方法。本方法通过按VM所承载的操作系统类型分组组织VM，完成所有同类型虚拟机的一键保护，分类效果如图6所述，备份流程如图1所示，该方法包括如下步骤：

1.通过控制台设置客户端的虚拟化分类策略为：操作系统类型；

2.客户端通过Hypervisor提供的PublicAPI获取VM列表，成功则获得如图6(a)所示的VM视图，失败则转步骤25，结束任务；

3.通过Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM的MBR虚拟磁盘元数据，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

4.从上述的MBR磁盘元数据的0x1BE偏移处得到磁盘分区表DPT，找到系统标识为0x80的根分区项，分别从该分区项的0x04、0x08及0x012偏移处提取出根分区的文件系统类型、起始扇区和分区大小；

5.以根分区的起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM分区元数据，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

6.从上述分区元数据0x04及0x48偏移处的值确定操作系统类型，若0x04处值为FAT/NTFS，则为Windows系统，分区元数据又被称为DBR，转步骤7；若0x48处值为0，则为Linux系统，分区元数据又被称为SuperBlock，转步骤10；

7.从上述的DBR分区元数据的0x30偏移处得到NTFS文件系统主文件表的起始扇区；

8.以上述主文件表的起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取主文件表内容，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

9.从主文件表内容中查找系统配置文件的文件记录，并从文件记录中提取出配置文件的起始扇区及大小，转步骤16；

10.从上述的SuperBlock分区元数据的0x18、0x20及0x28偏移处分别获取数据块大小(S)、每块组的总数据块数(N)和每块组的总索引节点数(I)；

计算给定块号(n)，所在块组(Gn)、块组逻辑偏移(Fn)的公式如下：

Gn＝(n-1)/N(1)

Fn＝(S*N)*Gn(2)

计算给定索引节点号(i)，所在块组(Gi)、块组的逻辑偏移(Fi)的公式如下：

Gi＝(i-1)/I(3)

Fi＝(S*N)*Gi(4)

11.从当前索引节点(默认为2号)，通过公式(3)及公式(4)计算得到块组的逻辑偏移；

12.以上述的块组逻辑偏移为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件获取上述块组内容，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

13.从上述块组内容中找到当前索引节点及索引节点类型(目录/文件)及其数据区所在的块号，通过公式(1)及公式(2)计算数据区所在块组的逻辑偏移；

14.以上述的块组逻辑偏移为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件获取索引节点内容，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

15.若步骤13中所述索引节点为目录，则从上述索引节点内容中找到下一级目录的索引节点号并转步骤11，否则转步骤17；

16.以前述配置文件起始扇区为参数，调用Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取配置文件的内容，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

17.在上述的配置文件内容中查找操作系统字符串，找到则将虚拟机加入对应的列表；

18.若VM类型匹配还未完成，则继续进行下一VM的类型匹配，转步骤3，否则继续执行；

19.基于类型重新组织VM目录树，并将结果通过网络发送给控制台；控制台将显示如图6(b)所示的VM目录结构；

20.通过控制台选择VM备份源，并将选择的数据源通过网络传给客户端；

21.若VM拷贝未完成，则继续，否则转步骤25，结束任务；

22.通过Hypervisor提供的PublicAPI从虚拟磁盘文件读取VM数据块，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

23.通过网络将VM数据块发生给控制台并存储到介质，成功则继续，否则转步骤25，结束任务；

24.若当前VM的数据块拷贝还未完成，则继续VM的数据块拷贝，转步骤22，否则转步骤21；

25.任务结束。

Claims (7)

1.一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据备份需求，设置虚拟机的分类类别；

2)数据源模块获取需备份的虚拟机列表并保存；

3)类别识别模块接收虚拟机列表，根据各虚拟机的磁盘文件格式和文件系统格式鉴别相应虚拟机的类型，所述鉴别相应虚拟机的类型具体为：

31)类别识别模块从虚拟机列表中读取虚拟磁盘元数据到本地缓存区；

32)从缓存的虚拟磁盘元数据识别出根分区文件系统元数据，包括：所承载的文件系统类型、分区起始扇区、分区大小；

33)从根分区文件系统元数据读取系统配置文件元数据表项到本地缓存区；

34)从缓存的系统配置文件元数据表项中解析出系统配置文件信息，包括：文件名、文件在分区上的起始位置、文件大小；

35)在系统配置文件的数据区中查找类型信息；

36)用类型信息标示该虚拟机，并返回步骤31)，继续下一虚拟机的类型识别过程，直到鉴别完列表中的所有虚拟机；

4)基于分类类别和虚拟机类型，重新组织虚拟机列表树；

5)按照分类类别选择虚拟机备份源；

6)对虚拟机进行备份。

2.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的分类类别包括按应用类型分类、按操作系统类型分类、按关键字分类、按存储路径分类或按资源池分类。

3.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的虚拟磁盘元数据是指磁盘上用来表示磁盘结构及其分区的描述数据，包括磁盘分区表。

4.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的根分区是指磁盘上的系统分区。

5.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的文件系统元数据指磁盘分区上文件系统用来表示文件对象及其关系的描述数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的系统配置文件是指记录系统配置、软件配置、用户配置的系统文件，存储于系统分区内。

7.根据权利要求1所述的一种基于类别的虚拟机备份方法，其特征在于，所述的数据区是指由文件起始位置和文件大小确定的磁盘块区域。