CN106293882A - 一种虚拟磁盘快照实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟磁盘快照实现方法及装置，其中，该方法包括：对虚拟磁盘做快照，快照中包含对虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。从而不仅保证了快照功能的正常实现；同时只需一次I/O请求即可通过虚拟磁盘的元数据实现对相关数据的读写操作，大大提高了虚拟机的I/O性能。

Description

一种虚拟磁盘快照实现方法及装置

技术领域

本发明涉及服务器虚拟化技术领域，更具体地说，涉及一种虚拟磁盘快照实现方法及装置。

背景技术

虚拟化是云计算的基石，虚拟化技术可以充分利用硬件资源并且还可以隔离硬件体系结构和软件系统之间的依赖关系，改进系统的安全性能，提高计算资源的利用率。

随着虚拟化技术的发展和深入研究虚拟机取代实体物理机成为企业各种业务的运行环境已成为一个趋势，而虚拟磁盘快照功能是为虚拟机保存某一时刻的虚拟磁盘的数据状态，它可用作虚拟磁盘的备份、模板、克隆等，在生产、测试、研发等很多领域都得到了广泛的用途。但与此同时，虚拟磁盘的链式快照结构当虚拟机对数据进行读写时可能要多次写请求才能完成，具体来说，虚拟磁盘的链式快照则为在某一时刻对虚拟机对应虚拟磁盘做快照后，虚拟机再需写入或修改数据均在该快照对应的快照文件中完成，由此，不同时刻的快照文件存储的数据不同，如果需要读取虚拟机当前时刻对应数据，则需要通过多次写请求对不同时刻的快照文件逐一查询，这就大大的影响了虚拟机的I/O性能。

综上所述，现有技术中用于实现虚拟磁盘快照功能的技术方案存在虚拟机I/O性能较差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种虚拟磁盘快照实现方法及装置，以解决现有技术中用于实现虚拟磁盘快照功能的技术方案存在的虚拟机I/O性能较差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种虚拟磁盘快照实现方法，包括：

对虚拟磁盘做快照，所述快照中包含对所述虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；

当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入所述虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至所述虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中所述待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

优选的，还包括：

当需要执行修改操作且所述修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对所述待修改数据块中的数据执行所述修改操作。

优选的，还包括：

接收外界输入的数据备份请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

优选的，还包括：

接收外界输入的数据删除请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

优选的，还包括：

对所述虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对所述虚拟磁盘做快照后，解除所述写请求的暂挂。

一种虚拟磁盘快照实现装置，包括：

快照模块，用于对虚拟磁盘做快照，所述快照中包含对所述虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；

数据操作模块，用于当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入所述虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至所述虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中所述待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

优选的，所述数据操作模块还包括：

数据修改单元，用于当需要执行修改操作且所述修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对所述待修改数据块中的数据执行所述修改操作。

优选的，还包括：

备份模块，用于接收外界输入的数据备份请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

优选的，还包括：

删除模块，用于接收外界输入的数据删除请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

优选的，还包括：

请求处理模块，用于对所述虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对所述虚拟磁盘做快照后，解除所述写请求的暂挂。

本发明提供了一种虚拟磁盘快照实现方法及装置，其中，该方法包括：对虚拟磁盘做快照，所述快照中包含对所述虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入所述虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至所述虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中所述待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。本申请公开的上述技术方案中，在对虚拟磁盘做快照保存虚拟磁盘当前时刻的元数据后，如果需要在虚拟磁盘中写入数据或者修改虚拟磁盘中的数据，则在新的数据块中实现，并依据新的数据块的索引位置更新虚拟磁盘的元数据。由此，快照中保存的元数据对应的数据块在做快照之后并未被改变，快照对应了虚拟磁盘在快照时刻的完整状态，从而可以通过快照实现对对应数据块的查询及恢复等操作，且生成的快照之间没有关联，每个快照都是一个相对独立的数据副本，保证了快照功能的正常实现，提高了快照适用性；同时，虚拟磁盘的元数据中包含有虚拟磁盘存储的最新数据的索引位置，因此，只需一次I/O请求，即可通过虚拟磁盘的元数据实现对相关数据的读写操作，避免了对虚拟机I/O性能的影响，大大提高了虚拟机的I/O性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中虚拟磁盘初始状态示意图；

图3为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中快照创建初始状态示意图；

图4为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中数据块变化示例1的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中数据块变化示例2的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中数据块变化示例3的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法的流程图，可以包括以下步骤：

S11：对虚拟磁盘做快照，快照中包含对虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据。

需要说明的是，快照技术可以支持虚拟磁盘恢复到某一时刻，即快照时刻的状态，其本质是虚拟磁盘在某一时刻数据状态的保存和副本。本申请中当给一个虚拟磁盘创建快照时，复制该虚拟磁盘的元数据保存至快照中，从而能够通过快照中的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据；并且快照中的元数据为只读状态，其在虚拟磁盘中对应的数据块也不能再被修改，以供后期查询。具体来说，上述技术方案可以基于文件系统实现，即利用文件系统实现快照的保存。

其中，虚拟磁盘的元数据中记录有虚拟磁盘中数据块的索引位置，并且在对虚拟磁盘的数据块中数据进行修改时元数据可以跟踪每个数据块的变化并记录修改数据块或者新写入数据对应数据块的索引位置，以便于查询。

S12：当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

需要说明的是，在对虚拟磁盘做快照后，快照中包含的元数据对应数据块不能再被修改，以保证能够通过快照中的元数据查询到快照时刻的数据块。因此，当需要在虚拟磁盘中写入数据时(即需要执行写操作时)，将需写入的数据写入新的数据块中，并在虚拟磁盘的元数据中增加新写入的数据的数据块所对应的索引位置；当需要对虚拟磁盘中保存的数据进行修改(即需要执行修改操作时)且待修改数据块在做快照之后未被修改后时，将修改操作对应数据，包括待修改数据块及对待修改数据块的修改内容重定向到新的数据块中，并利用该新的数据块的索引位置替代元数据中待修改数据块的索引位置。其中，上述新的数据块可以为未写入任何数据的数据块。而虚拟磁盘中未被修改的数据块保持不变即可。

本申请公开的上述技术方案中，在对虚拟磁盘做快照保存虚拟磁盘当前时刻的元数据后，如果需要在虚拟磁盘中写入数据或者修改虚拟磁盘中的数据，则在新的数据块中实现，并依据新的数据块的索引位置更新虚拟磁盘的元数据。由此，快照中保存的元数据对应的数据块在做快照之后并未被改变，快照对应了虚拟磁盘在快照时刻的完整状态，从而可以通过快照实现对对应数据块的查询及恢复等操作，且生成的快照之间没有关联，每个快照都是一个相对独立的数据副本，保证了快照功能的正常实现，提高了快照适用性；同时，虚拟磁盘的元数据中包含有虚拟磁盘存储的最新数据的索引位置，因此，只需一次I/O请求，即可通过虚拟磁盘的元数据实现对相关数据的读写操作，避免了对虚拟机I/O性能的影响，大大提高了虚拟机的I/O性能。

另外需要说明的是，本发明实施例提供的技术方案是针对一次快照操作来进行说明的，当需要执行下一次快照操作时，只需重复执行本申请公开的技术方案即可，即对虚拟磁盘做快照保存其元数据，并按照本申请公开的方案实现虚拟磁盘数据的修改或者写入。并且，当判断修改操作对应的待修改数据块在做快照之后是否被修改过时中的快照是指已经实现的离当前时刻最近的一次快照，且此时下一次快照还未实现。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法，还可以包括：

当需要执行修改操作且修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对待修改数据块中的数据执行修改操作。

需要说明的是，如果修改操作对应的待修改数据块在做快照之后已经被修改过一次，说明虚拟磁盘中的元数据将待修改数据块对应的未进行任何修改时的数据块的索引位置修改为该待修改数据块的索引位置，而快照对应的是待修改数据块对应的未进行任何修改时的数据块的索引位置，因此，快照对应数据块已经不会被修改，可以保证快照功能的实现，因此，此时直接对待修改数据块中的数据进行修改即可，由此简化了操作，提高了效率。

另外需要说明的是，可以利用快照中保存的元数据对对应数据进行查询、删除、恢复及备份等操作，具体来说，本申请还可以包括：

接收外界输入的数据查询请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据。

接收外界输入的数据备份请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

接收外界输入的数据删除请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

接收外界输入的数据查询请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据并恢复。

其中，对数据的查询实则为查询到与元数据中索引位置对应的数据块，进而可以获取到数据块中的数据。而对数据的删除、备份及恢复等操作与现有技术中对应操作的实现原理一致，在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法，还可以包括：

对虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对虚拟磁盘做快照后，解除写请求的暂挂。

在对虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，以保证快照前后数据一致性，并在完成快照后，解除写请求的暂挂，并实现其对应的操作。其中，暂挂与现有技术中对应操作的实现原理一致，在此不再赘述。

下面参照图2至图6，以为单个虚拟磁盘disk1创建快照为例对本申请公开的技术方案做详细说明，具体实施过程如下。

1、虚拟磁盘disk1的初始状态如图2所示，数据不断地从虚拟磁盘disk1读取或写入，A、B、C、D为其初始状态的数据块，元数据对每个数据块都有相应的跟踪记录，并且会随着数据块内容的变化而变化。

2、在某一时刻触发了创建快照，将所有写请求暂挂，然后立即开始将整个虚拟磁盘disk1的元数据复制一份存放在快照snap1中，复制完成后立即解除暂挂，被复制出来的元数据以及其指向底层数据块的索引位置是相同的，如图3所示。

3、之后某时刻，应用程序要更改当前的C数据为C1，直接将C1重定向写入到某空余的新数据块中，随后将虚拟磁盘disk1的活动元数据中原本记录C地址的索引改为被重定向的C1块的地址的索引，如图4所示。

4、同理，之后某时刻A被修改为A1，同样将A1重定向写出，并将虚拟磁盘disk1的活动元数据中原本记录A块地址的索引改为被重定向的A1块地址的索引，如图5所示。

5、假如在之后的时候的某一时刻，B被更改为B1，同样被重定向；同时应用程序向虚拟磁盘disk1写入了新的数据块E，此时虚拟磁盘disk1的活动元数据中增加新数据块E的索引。同时，需要将C1修改为C2，由于重定向过一次，所以C2直接覆盖C1，无须任何处理，如图6所示。

如果需要创建多个快照，只需重复上述1到5的过程即可，创建的各个快照之间是相互独立的，对任何一个快照的相关操作不会影响其他的快照，并且通过快照的元数据可实现对快照的相关管理和虚拟磁盘的备份等操作。

本发明实施例还提供了一种虚拟磁盘快照实现装置，如图7所示，可以包括：

快照模块11，用于对虚拟磁盘做快照，快照中包含对虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；

数据操作模块12，用于当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置，数据操作模块还可以包括：

数据修改单元，用于当需要执行修改操作且修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对待修改数据块中的数据执行修改操作。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置，还可以包括：

备份模块，用于接收外界输入的数据备份请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置，还可以包括：

删除模块，用于接收外界输入的数据删除请求，利用快照中包含的元数据在虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置，还可以包括：

请求处理模块，用于对虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对虚拟磁盘做快照后，解除写请求的暂挂。

本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现装置中相关部分的说明请参见本发明实施例提供的一种虚拟磁盘快照实现方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种虚拟磁盘快照实现方法，其特征在于，包括：

对虚拟磁盘做快照，所述快照中包含对所述虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；

当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入所述虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至所述虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中所述待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当需要执行修改操作且所述修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对所述待修改数据块中的数据执行所述修改操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收外界输入的数据备份请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收外界输入的数据删除请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对所述虚拟磁盘做快照后，解除所述写请求的暂挂。

6.一种虚拟磁盘快照实现装置，其特征在于，包括：

快照模块，用于对虚拟磁盘做快照，所述快照中包含对所述虚拟磁盘当前时刻的元数据进行复制得到的数据；

数据操作模块，用于当需要执行写操作时，将该写操作对应数据写入所述虚拟磁盘的新数据块中，并在该虚拟磁盘的元数据中增加该新数据块的索引位置；当需要执行修改操作且该修改操作对应的待修改数据块在做快照之后未被修改过时，将该修改操作对应数据重定向至所述虚拟磁盘的新数据块中，并将该虚拟磁盘的元数据中所述待修改数据块的索引位置更改为该新数据块的索引位置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据操作模块还包括：

数据修改单元，用于当需要执行修改操作且所述修改操作对应的待修改数据块在做快照之后被修改后时，直接对所述待修改数据块中的数据执行所述修改操作。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

备份模块，用于接收外界输入的数据备份请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并备份。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

删除模块，用于接收外界输入的数据删除请求，利用所述快照中包含的元数据在所述虚拟磁盘中查询到对应的数据并删除。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

请求处理模块，用于对所述虚拟磁盘做快照时，将全部写请求暂挂，并在完成对所述虚拟磁盘做快照后，解除所述写请求的暂挂。