CN104216801B - 一种面向虚拟化环境的数据复制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向虚拟环境的数据复制方法及系统；其方法包括步骤S1、源服务器调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照；步骤S2、源服务器调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台；步骤S3、目标服务器调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作；本发明利用虚拟化管理程序获取源服务器上一个或多个虚拟机的快照并将快照映射复制到目标服务器上，实现快速、灵活的数据备份与恢复。该模式下，目标服务器只需部署复制软件，就可以实现从源服务器中多个虚拟机往目标服务器的数据同步。本发明的选择性、灵活性很高，部署非常容易，整体效率比较很高。
Description
技术领域
本发明提供一种面向虚拟环境的数据复制方式，特别是一种面向虚拟化环境的数据复制方法及系统。
背景技术
服务器现已成为企业运作的一大命脉，稍具规模的企业内，都架有多种不同的服务器，包括邮件服务器、文件服务器。这些服务器的资料都是十分重要的，因此数据备份便变成了首席信息官(CIO)其中一个十分重要的任务。备份的最重要目标是把资料好好保存，保证当服务器内的资料失去(不管是因为灾难而丧失或是因失误而被删除)的时候，可以完全回复(restore)过来。
数据复制作为一种数据保护手段，在本地和远程数据容灾中发挥了极其重要的作用。在windows，linux，unix平台上都有大量的开源和商业级数据复制软件，实现副本级的数据保护。
传统的数据复制方式是在所有服务器上配置应用程序代理(包括复制、压缩和加密等程序)，通过该代理从操作系统、文件系统和应用程序中收集数据，备份完整的数据集、增量的文件变更或增量的块变更。虚拟化应用环境中，传统的数据复制方案出现了明显的局限性，表现为以下几点：
第一，需要在每个虚拟主机上均部署数据复制代理(agent)，一般虚拟化平台上有几十甚至数百个虚拟机，如果都部署代理(agent)，不仅实施复杂，而且效率极其低下。
第二，虚拟机应用中往往会部署不同的操作系统，可能是windows和linux混合系统，如采用传统模式，则需要两套复制目标主机，同时针对windows和linux分别予以匹配代理(agent)。
第三，在每个虚拟主机部署代理(agent)的模式对于用户来说，商务成本高昂，无法让中小企业用户享受到数据保护的益处。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向虚拟化环境的数据复制方法及系统，用于提升数据复制效率，降低部署复杂度，让更多的用户能够享受虚拟化和快捷数据保护带来的益处。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种面向虚拟环境的数据复制方法，通过调用虚拟化管理程序API(ApplicationProgramming Interface,应用程序编程接口)获取一个或多个虚拟机的快照，并将快照映像复制到目标服务器。
具体包括：
步骤S1、源服务器调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照；
步骤S2、源服务器调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台；
步骤S3、目标服务器调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作。
进一步，基于Internet小型计算机系统接口(iSCSI)协议将虚拟机快照映射到挂载平台。
进一步，步骤S3具体包括：
步骤S31、挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照，利用更新序列号USN日志分别标记挂载平台和目标服务器相比发生变化的存储块；
步骤S32、将挂载平台中变化的存储块的虚拟机快照向目标服务器增量同步。
进一步，步骤S3具体包括：
步骤S31、目标服务器采用磁盘读写监控模块对挂载平台的磁盘存储空间进行差异对比；
步骤S32、若发现挂载平台的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器。
一种面向虚拟化环境的数据复制系统，包括：
源服务器，用于调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照；调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台；
目标服务器，用于调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作。
进一步，所述源服务器具体用于：调用挂载程序，基于Internet小型计算机系统接口(iSCSI)协议将虚拟机快照映射到挂载平台。
进一步，挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照；
所述目标服务器具体用于：调用复制软件，复制挂载平台的更新序列号USN日志记载的和目标服务器相比发生变化的虚拟机快照。
进一步，所述目标服务器还可用于：采用磁盘读写监控模块对挂载平台的磁盘存储空间进行差异对比；若发现挂载平台的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器。
本发明的有益效果如下：本发明利用虚拟化管理程序获取源服务器上一个或多个虚拟机的快照并将快照映射复制到目标服务器上，实现快速、灵活的数据备份与恢复，因为所有的虚拟机都部署于底层的虚拟化平台上，且都是以虚拟化磁盘或文件(物理上对应磁盘或目录)的形式存在，所以可以对虚拟化磁盘或文件进行一致性快照，就可以获得磁盘上所有虚拟机的数据，而与管理程序或操作系统无关。该模式下，目标服务器只需部署复制软件，就可以实现从多个虚拟机往目标服务器的数据同步，无论虚拟机上运行的是Windows还是Linux系统。因此，本发明的选择性，灵活性很高，部署非常容易，整体效率也很高。
附图说明
图1是本发明第一实施例的一种面向虚拟化环境的数据复制方法流程图；
图2是本发明第二实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图；
图3是本发明第三实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图；
图4是本发明第四实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图；
图5是本发明第五实施例的一种面向虚拟环境的数据复制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
第一实施例：
首先将本发明各实施例的实现思路简述如下：
数据复制是解决本地或远程数据容灾问题的一种常用的保护手段，然而，在虚拟化应用环境中，传统的数据复制方案需要在每台主机上布置复制代理(agent)，通过复制代理(agent)扫描操作系统、文件系统和应用程序并从其中收集数据。复制代理(agent)可以备份完整的数据集、增量的文件变更或增量的块变更。代理功能进一步包括复制、压缩和加密等功能，所有这些功能都需要占用一定数量的系统资源。
而本发明提供了一种面向虚拟化环境的数据复制方法，如图1所示，源服务器1通过调用虚拟化管理程序API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)获取一个或多个虚拟机的快照，对应每个快照创建快照挂载点使得快照映射到挂载平台2，设置拷贝时间点，目标服务器3调用复制软件比对挂载平台2和目标服务器3，完成挂载平台2上虚拟机快照复制到目标服务器3，无需在每台主机上布置复制代理(agent)。
具体包括：
步骤S1、源服务器调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照。
虚拟机的创建通过调用vmware的vadp接口，或者调用openstack的compute_api.snapshot接口，亦可以通过调用kvm的qemu接口来实现。无论虚拟机是在运行、关机还是挂起的状态，都可以创建快照。
对虚拟机创建了多个快照，就拥有了多个可以恢复的时间点状态。在快照创建时，原本可读写的数据调整为只读状态。借助文件增量(in-file delta)校验技术，生成新的文件用于保留所有相对于原磁盘文件发生了改变的数据块部分。生成的快照文件一定不会超出原始数据磁盘的大小。只要磁盘上的数据块发生了变化，就会在delta文件中进行记录并根据改变进行升级。
当用户创建多个快照时，新delta文件生成，同时把前一个delta文件状态更改为只读。在有多个快照的系统中，每个delta文件的大小都有可能增长到和原磁盘空间一样大。
源服务器1通过调用虚拟化管理程序API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)获取一个或多个虚拟机的快照：
在获取虚拟机快照过程中，源服务器1所调用的函数的指针跟踪虚拟机数据的地址，结合分区信息表PIT(Partition Information Table)抓取虚拟机快照。
步骤S2、源服务器1对每个虚拟机快照创建挂载点，基于Internet小型计算机系统接口(iSCSI)协议将虚拟机快照映射到挂载平台2。
当挂载平台2应用程序发出虚拟机快照读写请求后，操作系统会生成一个相应的SCSI命令，该SCSI命令在iSCSI启动器层被封装成iSCSI消息包并通过TCP/IP传送到源服务器1，源服务器1的iSCSI目标器层会解开iSCSI消息包，得到SCSI命令的内容，然后传送给源服务器1执行；源服务器1执行SCSI命令后的响应，在经过源服务器iSCSI目标器层时被封装成iSCSI响应PDU，通过TCP/IP网络传送给主机的iSCSI启动器层，iSCSI启动器会从iSCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统，操作系统再响应给应用程序，完成虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。
步骤S3、目标服务器调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作。第一次生成快照时，快照资源区无数据，内存中仅维护源服务器1存储卷的一个地址映射。当源服务器1存储卷有新块写入时，旧块数据首先被写到挂载平台2的快照资源区，复制过程中，有新数据写入，发生改变的数据块被保存在快照去，然后将快照资源区里的数据和源服务器1存储卷中未改变的数据一起拷贝形成完整的数据卷。数据拷贝时，先检查快照资源区的块是否包含数据，如果有数据就直接复制到目标服务器3的存储卷；如果没有数据，则直接从源服务器1上复制未改变过的数据，最终结果是产生一个源服务器1中虚拟机快照的备份文件。
第二实施例：
图2是本发明第二实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图，本实施例包括如下步骤：
步骤210，源服务器1上配置有一个或多个虚拟机。
步骤220，调用vmware的vadp接口来创建虚拟机快照。当我们为虚拟机创建快照时，当前可写的VMDK(VMWare Virtual Machine Disk Format，虚拟机VMware的硬盘格式)文件变成为只读状态。创建虚拟机快照后，可以访问新创建的虚拟机快照，读取虚拟机磁盘文件。
所有的虚拟机都部署底层的虚拟化平台上，且都是以虚拟化磁盘或文件(物理上对应磁盘或目录)的形式存在的，调用vmware的vadp接口可以实现对目标虚拟机创建快照的操作。
步骤230，当挂载平台2应用程序发出虚拟机快照读写请求后，操作系统会生成一个相应的SCSI命令，该SCSI命令在iSCSI启动器层被封装成iSCSI消息包并通过TCP/IP传送到源服务器1，源服务器1的iSCSI目标器层会解开iSCSI消息包，得到SCSI命令的内容，然后传送给源服务器1执行。
步骤240，源服务器1执行虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。源服务器1执行SCSI命令后的响应，在经过源服务器iSCSI目标器层时被封装成iSCSI响应PDU，通过TCP/IP网络传送给主机的iSCSI启动器层，iSCSI启动器会从iSCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统，操作系统再响应给应用程序，完成虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。
步骤250，挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照，利用更新序列号(USN)日志分别标记挂载平台和目标服务器相比发生变化的存储块。
步骤260，若挂载平台2中存储块变化，则更新序列号(USN)日志记载该存储块的变化，将挂载平台中变化的存储块的虚拟机快照向目标服务器增量同步，即将挂载平台2的存储块中有变化的虚拟机快照复制到目标服务器3，使得目标服务器3的磁盘存储内容与源服务器1一致。复制软件采用更新序列号(USN)日志或类似的文件系统标记挂载平台2上的虚拟机快照和目标服务器3中虚拟机快照，记录发生修改的内容。每个快照都有其特定时间属性和描述信息，可根据此，对于不一致的虚拟机快照采用复制目标从复制源复制的方式进行增量同步，实现目标服务器3中存储的虚拟机快照与源服务器1中存储的虚拟机快照一致。如果源服务器1中的虚拟机快照发生变化，源服务器1调用挂载程序将变化块发送至挂载平台2，生成新的虚拟机快照映射至目标服务器3中相应的快照位置，替换原虚拟机快照。当源服务器1出现系统崩溃需要恢复时，源服务器1的更新序列号(USN)日志记录发生问题的虚拟机快照的位置，源服务器1和目标服务器3在该位置存储的虚拟机快照不一致，源服务器1调用虚拟化管理程序API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)复制目标服务器3在该位置存储的虚拟机快照，实现受损丢失的数据再恢复。
第三实施例：
图3是本发明第三实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图，本实施例包括如下步骤：
步骤310，源服务器1配置一个或多个虚拟机。
步骤320，源服务器1调用openstack的compute_api.snapshot接口对目标虚拟机创建快照。第一步，编写快照功能的底层实现，包括获取虚拟机实例和创建虚拟机快照；第二步，构造调用底层实现参数；第三步，快照功能的接口封装；第四步，编写客户端程序使得写好的API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)可以供源服务器1调用虚拟化管理程序使用；第五步，再次封装接口。
步骤330，当挂载平台2应用程序发出虚拟机快照读写请求后，操作系统会生成一个相应的SCSI命令，该SCSI命令在iSCSI启动器层被封装成iSCSI消息包并通过TCP/IP传送到源服务器1，源服务器1的iSCSI目标器层会解开iSCSI消息包，得到SCSI命令的内容，然后传送给源服务器1执行。
步骤340，源服务器1执行虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。源服务器1执行SCSI命令后的响应，在经过源服务器iSCSI目标器层时被封装成iSCSI响应PDU，通过TCP/IP网络传送给主机的iSCSI启动器层，iSCSI启动器会从iSCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统，操作系统再响应给应用程序，完成虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。
步骤350，目标服务器3采用磁盘读写监控模块对挂载平台2的磁盘存储空间进行差异对比。
步骤360，若发现挂载平台2的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器3。
具体是采用磁盘位示图(bitmap)进行挂载平台2和目标服务器3的磁盘存储空间进行差异比对，若发现挂载平台2中某一磁盘盘块的值由0变为1，即该盘块被配备用于存储虚拟机快照，每个快照都有其特定时间属性和描述信息，可根据此进行虚拟机快照从复制源复制的方式进行增量同步，实现目标服务器3中存储的虚拟机快照与源服务器1中存储的虚拟机快照一致。如果源服务器1中的盘块发生变化，源服务器1调用挂载程序将其存储的虚拟机快照的变化情况发送至挂载平台2用以更新虚拟机快照，生成新的虚拟机快照映射至目标服务器3中相应的快照位置，替换原虚拟机快照。当源服务器1出现系统崩溃需要恢复时，源服务器1出现故障的磁盘盘块受损，盘块值恢复成0状态，源服务器1和目标服务器3在该盘块处盘块值不一致，源服务器1调用虚拟化管理程序API(Application ProgrammingInterface,应用程序编程接口)复制目标服务器3在该位置存储的虚拟机快照，实现受损丢失的数据再恢复。
第四实施例：
图4是本发明第四实施例的一种面向虚拟环境的数据复制方法的流程图，本实施例包括如下步骤：
步骤410，源服务器1上配置有一个或多个虚拟机。
步骤420，源服务器1调用kvm(Linux Kernel-based Virtual Machine，Liux核心虚拟系统)的qemu接口对目标虚拟机创建快照。如果虚拟机有多个时，该接口程序可以创建相应数目的线程，每个线程调用KVM内核模块并开始执行获取虚拟机快照的操作。
步骤430，当挂载平台2应用程序发出虚拟机快照读写请求后，操作系统会生成一个相应的SCSI命令，该SCSI命令在iSCSI启动器层被封装成iSCSI消息包并通过TCP/IP传送到源服务器1，源服务器1的iSCSI目标器层会解开iSCSI消息包，得到SCSI命令的内容，然后传送给源服务器1执行。
步骤440，源服务器1执行虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。源服务器1执行SCSI命令后的响应，在经过源服务器iSCSI目标器层时被封装成iSCSI响应PDU，通过TCP/IP网络传送给主机的iSCSI启动器层，iSCSI启动器会从iSCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统，操作系统再响应给应用程序，完成虚拟机快照从源服务器1向挂载平台2的映射。
步骤450，挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照，利用更新序列号(USN)日志分别标记挂载平台和目标服务器相比发生变化的存储块。
步骤460，若挂载平台2中存储块变化，则更新序列号(USN)日志记载该存储块的变化，将挂载平台中变化的存储块的虚拟机快照向目标服务器增量同步，即将挂载平台2的存储块中有变化的虚拟机快照复制到目标服务器3，使得目标服务器3的磁盘存储内容与源服务器1一致。复制软件采用更新序列号(USN)日志或类似的文件系统标记挂载平台2上的虚拟机快照和目标服务器3中虚拟机快照，记录发生修改的内容。每个快照都有其特定时间属性和描述信息，可根据此，对于不一致的虚拟机快照采用复制目标从复制源复制的方式进行增量同步，实现目标服务器3中存储的虚拟机快照与源服务器1中存储的虚拟机快照一致。如果源服务器1中的虚拟机快照发生变化，源服务器1调用挂载程序将变化块发送至挂载平台2，生成新的虚拟机快照映射至目标服务器3中相应的快照位置，替换原虚拟机快照。当源服务器1出现系统崩溃需要恢复时，源服务器1的更新序列号(USN)日志记录发生问题的虚拟机快照的位置，源服务器1和目标服务器3在该位置存储的虚拟机快照不一致，源服务器1调用虚拟化管理程序API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)复制目标服务器3在该位置存储的虚拟机快照，实现受损丢失的数据再恢复。
第五实施例：
图5是本发明第五实施例的一种面向虚拟环境的数据复制系统的结构示意图，本实施例所示装置包括：
源服务器1，用于调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照；调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台2；
目标服务器3，用于调用复制软件比对挂载平台2和目标服务器3的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台2复制至目标服务器3的操作。
本实施例中源服务器1通过调用虚拟化管理程序API(Application ProgrammingInterface,应用程序编程接口)获取一个或多个虚拟机的快照，对应每个快照创建快照挂载点使得快照映射到挂载平台2，设置拷贝时间点，目标服务器3调用复制软件比对挂载平台2和目标服务器3，完成挂载平台2上虚拟机快照复制到目标服务器3，无需在每台主机上布置复制代理(agent)。
源服务器1具体可以用于：调用挂载程序，基于Internet小型计算机系统接口iSCSI协议将虚拟机快照映射到挂载平台2。
挂载平台2和目标服务器3的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照；
目标服务器3具体用于：调用复制软件，复制挂载平台2的更新序列号USN日志记载的和目标服务器3相比发生变化的虚拟机快照。
目标服务器还可以用于：采用磁盘读写监控模块对挂载平台2的磁盘存储空间进行差异对比；若发现挂载平台2的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器3。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种面向虚拟化环境的数据复制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、源服务器调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照，在快照创建时，原本可读写的数据调整为只读状态，借助文件增量校验技术，生成新的文件用于保留所有相对于原磁盘文件发生了改变的数据块部分；
步骤S2、源服务器调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台；
步骤S3、目标服务器调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中源服务器调用挂载程序，基于Internet小型计算机系统接口iSCSI协议将虚拟机快照映射到挂载平台。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
步骤S31、挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照，利用更新序列号USN日志分别标记挂载平台和目标服务器相比发生变化的存储块；
步骤S32、将挂载平台中变化的存储块的虚拟机快照向目标服务器增量同步。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
步骤S31、目标服务器采用磁盘读写监控模块对挂载平台的磁盘存储空间进行差异对比；
步骤S32、若发现挂载平台的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器。
5.一种面向虚拟化环境的数据复制系统，其特征在于，包括：
源服务器，用于调用虚拟化管理程序获取虚拟机快照，在快照创建时，原本可读写的数据调整为只读状态，借助文件增量校验技术，生成新的文件用于保留所有相对于原磁盘文件发生了改变的数据块部分；调用挂载程序将虚拟机快照映射到挂载平台；
目标服务器，用于调用复制软件比对挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间，若不同，则执行虚拟机快照由挂载平台复制至目标服务器的操作。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述源服务器具体用于：
调用挂载程序，基于Internet小型计算机系统接口iSCSI协议将虚拟机快照映射到挂载平台。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，挂载平台和目标服务器的磁盘存储空间被划分为多个存储块，存储块中存有虚拟机快照；
所述目标服务器具体用于：调用复制软件，复制挂载平台的更新序列号USN日志记载的和目标服务器相比发生变化的虚拟机快照。
8.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述目标服务器具体用于：采用磁盘读写监控模块对挂载平台的磁盘存储空间进行差异对比；若发现挂载平台的磁盘的盘块由空闲变为已分配，则调用复制软件将该盘块存储的虚拟机快照复制至目标服务器。
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