CN111078359A - 一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统，所述方法包括如下步骤：步骤S1，宿主机采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，所述target目录用来放置恢复时产生的增量数据，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机；步骤S2，利用fuse机制扫描所述target目录和全备目录中的数据，以产生相应的cbt文件；步骤S3，启动虚机时发送读操作，根据读操作于所述cbt文件中查找匹配，以找到对应的数据段返回至虚机进行瞬时恢复。

Description

一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统

技术领域

本发明涉及容灾备份技术领域，特别是涉及一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统。

背景技术

在云计算和大数据时代，虚拟化扮演着非常重要的角色，虽然说虚拟化给IT产业带来颠覆性的革命，同样虚拟化给备份容灾的行业也带来颠覆性的革命，以前以物理服务器为备份对象的备份方式已然不适合当前的虚拟化环境，虚拟化环境的数据量增加的速度远远超过了人们的想象，面对如此庞大的数据量如何进行保护成了许多备份厂商新的攻克课题。

Vmware公司提供了一套备份恢复EXS/EXSI上虚拟机的接口VADP(VMwarevStorageAPI for Data Protection)，利用这些接口可以方便的对EXS/EXSI上的虚拟机进行备份和恢复，这套接口中融合了一种叫做CBT(Changed Block Tracking，数据块修改跟踪)技术，这种技术可以跟踪到虚拟机磁盘基于上一次备份后可能发生过变化的虚拟机磁盘的扇区数及其位置。而这项技术对备份软件来说关键的两个点是：1、虚拟机必须设置成允许CBT；2、每次备份的时候要记录每个虚拟磁盘的change Id(虚拟机磁盘变化块的标识)。只要满足这两个关键点备份软件就可以对虚拟机进行增量备份。

然而，虽然Vmware已经提供了CBT技术对虚拟机进行增量备份，但是很多备份厂商仍然没有很好的利用CBT这项技术。在备份上，很多备份厂商只是利用CBT来做增量备份，并且还是会定时的对虚拟机进行完全备份。在恢复上，很多备份厂商依然停留在物理服务器上数据恢复的思路，从完全备份时间点开始一个一个增量时间点的恢复，直到恢复当前选中的时间点为止。在备份上，用户要为保留多个完全备份时间点的数据浪费很多存储；在恢复上，用户要花费宝贵的恢复时间去恢复很多重复的数据。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统，以通过增量目录映射挂载实现瞬时恢复，不进行全备数据的映射，从而减少恢复过程不必要数据的恢复和cpu资源占用。

为达上述目的，本发明提出一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，包括如下步骤：

步骤S1，宿主机采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，所述target目录用来放置恢复时产生的增量数据，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机；

步骤S2，利用fuse机制扫描所述target目录和全备目录中的数据，以产生相应的cbt文件；

步骤S3，启动虚机时发送读操作，根据读操作于所述cbt文件中查找匹配，以找到对应的数据段返回至虚机进行瞬时恢复。

优选地，所述cbt文件中各记录的结构为<偏移量，长度>，所述cbt文件中的每条记录用来记录对应数据在对应磁盘的存储位置的偏移量以及数据长度。

优选地，于步骤S2中，根据fuse机制，在每次产生增量时把产生的增量的内容记录到根据fuse机制产生的增量cbt文件中，如果是多个磁盘则产生多个增量cbt文件。

优选地，在第一次进行全备时，根据下发的uuid产生一个对应的uuid目录，所述uuid目录中包含disk，cfg以及cbt文件，全备完成后产生的增量会对应生成增量cbt文件并且将该增量的信息作为一条记录，记录下磁盘位移和长度写到所述增量cbt文件中，同时会扫描全备目录中的数据并产生对应的cbt文件。

优选地，在恢复过程中产生的增量数据，在所述target目录中生成一个disk磁盘记录增量数据，并将产生的增量信息记录到对应的cbt文件中。

优选地，于步骤S3中，启动虚机时发送携带偏移量和偏移长度的读操作，以通过偏移量和长度于根据fuse机制产生的cbt文件查找，以找到对应的数据段返回至虚机。

优选地，于步骤S3中，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，若匹配到对应的信息，则获得对应的磁盘的数据返回给虚机。

优选地，在匹配cbt文件时，若增量cbt文件有多个，则优先对比最新的增量cbt文件。

优选地，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，若在增量cbt文件中未匹配到对应的信息，则获取最近的一次全备数据，获取最近的cbt文件中记录的磁盘中的信息返回到虚机。

为达到上述目的，本发明还提供一种通过目录映射实现虚机即时恢复的系统，包括：

目录创建映射单元，用于采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，所述target目录用来放置恢复时产生的增量数据，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机；

cbt文件产生单元，用于利用fuse机制扫描所述target目录和全备目录中的数据，以产生相应的cbt文件；

匹配查找单元，在启动虚机时发送读操作，根据读操作于所述cbt文件中查找匹配，以找到对应的数据段返回至虚机进行瞬时恢复。

与现有技术相比，本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统通过保存每次增量或者全备产生的数据记录到全备uuid目录中，并以设计巧妙的格式记录到cbt文件中，根据fuse机制扫描并生成cbt文件，并利用该文件在虚机下发偏移量和长度时轻易找到磁盘中对应的数据，最后由虚机利用返回的磁盘的数据进行恢复，实现了虚机的瞬时回复，本发明无需做全备数据的映射，减少了恢复过程中不必要数据的恢复和cpu资源占用，由于本发明在每一次备份或增量都会产生一个对应的cbt文件，所以在虚机瞬时恢复时，只需找到cbt中对应的数据做恢复，而不是对有所有的全备数据做恢复，极大地提高虚机瞬时恢复的效率

附图说明

图1为本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法的步骤流程图；

图2为本发明具体实施例中cbt文件存储结构示意图；

图3为本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的系统的系统架构图；

图4为本发明实施例之通过目录映射实现虚机即时回复的流程图；

图5为本发明实施例中在增量数据中找到全部偏移量和长度的示意图；

图6为本发明实施例中增量数据中未找到而通过全备数据恢复的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，包括如下步骤：

步骤S1，宿主机采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机。在本发明具体实施例中，通过fuse程序(rpcserver调用启动脚本启动fuse程序)，使target目录挂载到nfs目录上，启动nfs协议发送给exsi主机，在exsi主机中建立一个新虚机。

用户空间文件系统(Filesystem in Userspace，简称FUSE)是操作系统中的概念，指完全在用户态实现的文件系统，fuse机制提供可API(Application ProgrammingInterface,应用程序编程接口)用于生成用户态文件系统。本发明根据fuse机制创建target目录和nfs目录，其中target目录用来放置恢复时产生的增量数据，nfs目录相当于一个中介，需要将target目录挂载到nfs目录上，启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机。也就是说，在本发明具体实施例中，target目录实质上用于存储创建的虚拟机，包括磁盘其他文件。当虚拟机开机后，此时则会有数据写入磁盘，该磁盘处于target目录下，即，利用target目录来放置恢复时产生的增量数据。

步骤S2，利用fuse机制扫描target目录和全备目录中的数据，以产生相应的cbt文件。

在本发明具体实施例中，程序定时产生一次增量，fuse程序在每次产生增量时会把产生的增量的内容记录到fuse程序产生的cbt文件中，如果是多个磁盘会产生多个cbt文件，具体地，根据产生的数据的情况的不同，出现如下两种情形及相应的处理方式：

情形1，第一次进行全备时，根据下发的uuid产生一个对应的uuid目录(即将uuid下发给rpcserver服务产生一个对应的uuid的目录)，所述uuid目录中包含disk，cfg，cbt文件，其中disk存储备份数据，cbt文件用来记录数据的偏移量和长度，cfg文件用来记录虚机的配置信息，如图2所示为本发明中cbt文件存储的结构，cbt文件中各记录的结构为<偏移，长度>，该cbt文件中的每条记录用来记录对应数据在对应磁盘的存储地址的偏移量以及数据长度，因此，根据数据的存储地址的偏移量和数据长度则可轻易获得对应磁盘中对应的数据。

全备完成后产生的增量会对应生成增量cbt文件并且该增量的信息会作为一条记录，记录下磁盘位移和长度写到该增量cbt文件中，增量的过程中产生的数据保存到target目录中，并扫描全备目录中的数据产生对应的cbt文件。

情形2，在恢复过程中产生的增量数据，在target目录中生成一个disk磁盘记录增量数据，并将产生的增量信息记录到对应的cbt文件中。

步骤S3，启动虚机时发送携带偏移量和偏移长度的读操作，以通过偏移量和长度于根据fuse机制产生的cbt文件查找，以找到对应的数据段返回至虚机。

本发明中，由于esxi主机会自动获取到不重复的数据，因此，读操作只需携带偏移量和偏移长度，通过偏移量和长度查找根据fuse机制产生的cbt文件，找到对应的数据段，并根据fuse机制返回给exsi主机。

具体地，于步骤S3中，匹配的过程中会产生如下两种情形及相应的处理方式：

情形1，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，如果找到了对应的信息，则fuse程序获得对应的disk磁盘的数据返回给虚机，将数据保存到target目录下的对应目录的磁盘里，cbt数据保存到fuse程序中；

情形2，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，如果在增量cbt文件中未找到对应的信息，则获取最近的一次全备数据，即获取最近的cbt文件中记录的disk磁盘中的信息，此时无论disk磁盘中有没有数据，都会获取出来，然后返回到虚机中，由虚机直接利用该些数据启动。

图3为本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的系统的系统架构图。如图3所示，本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的系统，应用于宿主机，包括：

目录创建映射单元301，用于采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，并将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，启动nfs协议发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机。在本发明具体实施例中，目录创建映射单元301通过fuse程序(rpcserver调用启动脚本启动fuse程序)，使target目录挂载到nfs目录上，启动nfs协议发送给exsi主机，在exsi主机中建立一个新虚机。

用户空间文件系统(Filesystem in Userspace，简称FUSE)是操作系统中的概念，指完全在用户态实现的文件系统，fuse机制提供可API(Application ProgrammingInterface,应用程序编程接口)用于生成用户态文件系统。本发明根据fuse机制创建target目录和nfs目录，其中target目录用来放置恢复时产生的增量数据，nfs目录相当于一个中介，需要将target目录挂载到nfs目录上，启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机。也就是说，在本发明具体实施例中，target目录实质上用于存储创建的虚拟机，包括磁盘其他文件，当虚拟机开机后，此时则会有数据写入磁盘，该磁盘则处于target目录下，即，利用target目录来放置恢复时产生的增量数据。

cbt文件产生单元302，利用fuse机制扫描target目录和全备目录中的数据，产生相应的cbt文件。

在本发明具体实施例中，程序定时产生一次增量，fuse程序在每次产生增量时会把产生的增量的内容记录到根据fuse机制产生的cbt文件中，如果是多个磁盘会产生多个cbt文件，具体地，根据产生的数据的情况不同，会发生两种情形及相应的处理方式：

情形1，第一次进行全备时，根据下发的uuid产生一个对应的uuid目录(即将uuid下发给rpcserver服务产生一个对应的uuid的目录)，所述uuid目录中包含disk，cfg，cbt文件，其中disk存储备份数据，cbt文件用于记录数据的偏移量和长度，cfg文件用来记录虚机的配置信息，如图2所示为本发明中cbt文件存储的结构，cbt文件中各记录的结构为<偏移，长度>，该cbt文件中的每条记录用来记录对应数据在对应磁盘的存储地址的偏移量以及数据长度，因此，根据数据的存储地址的偏移量和数据长度则可轻易获得对应磁盘中对应的数据。

全备完成后产生的增量会对应生成增量cbt文件并且该增量的信息会作为一条记录，记录下磁盘位移和长度写到该增量cbt文件中，增量的过程中产生的数据保存到target目录中，并扫描全备目录中的数据并产生对应的cbt文件。

情形2，在恢复过程中产生的增量数据，在target目录中生成一个disk磁盘记录增量数据，并将产生的增量信息记录到对应的cbt文件中。

匹配查找单元303，用于启动虚机，并发送携带偏移量和偏移长度的读操作，通过偏移量和长度于根据fuse机制产生的cbt文件进行查找匹配，以找到对应的数据段返回给虚机。

本发明中，由于esxi主机会自动获取到不重复的数据，因此，读操作只需携带偏移量和偏移长度，通过偏移量和长度查找根据fuse机制产生的cbt文件，找到对应的数据段，并根据fuse机制返回给exsi主机。

具体地，于匹配查找单元303中，匹配的过程中会产生如下两种情形及相应的处理方式：

情形1，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，如果找到了对应的信息，则获得对应的disk磁盘的数据返回给虚机，将数据保存到target目录下的对应目录的磁盘里，cbt数据保存到fuse程序中；

情形2，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，如果在增量cbt文件中未找到对应的信息，则寻找最近的一次全备数据，即获取最近的cbt文件中记录的disk磁盘中的信息，此时无论disk磁盘中有没有数据，都会获取出来，然后返回到虚机中，由虚机直接利用该些数据启动。

实施例

图4为本发明实施例之通过目录映射实现虚机即时回复的流程图。在本实施例中，基于fuse机制实现fuse程序，创建两个空目录分别命名目标目录target目录(target目录用来放置恢复时产生的增量数据)和nfs目录，先启动fuse程序把目标目录target目录映射到nfs目录上，然后再通过nfs协议同esxi主机产生连接，fuse程序扫描目标目录(target)和全备目录(version目录)中的数据产生相应的cbt文件，所述cbt文件用于记录磁盘中存储数据的地址偏移量和数据长度。

启动虚机时，虚机下发一个读操作，该读操作携带偏移量和偏移长度，通过该读操作查找fuse程序产生的cbt文件去搜索对应的偏移数据，首先于增量cbt文件中进行查找匹配，若找到对应的信息，则获得对应的disk磁盘的数据返回给虚机；若未找到，去于最近的一次全备的数据的cbt文件中进行查找匹配，获取最近全备数据的cbt文件中记录的disk磁盘中的信息，此时无论disk磁盘中有没有数据，都会获取出来，然后返回到虚机中。

如图5所示为在增量数据中找到全部偏移量和长度的示意图，如图6所示为增量数据中未找到并于全备数据查找的示意图。以下配合图5及图6具体描述如何实现虚机即时恢复：

fuse程序扫target目录和全备的目录(version/uuid目录)中的数据产生相应的cbt文件，具体地说，数据备份在第一次全备产生全备目录的同时会产生对应的cbt文件，后期每次增量时也会有对应的增量cbt文件产生。

当通过fuse程序启动虚机时，虚机下发读操作时，通过程序下发的偏移量和长度与fuse程序产生的cbt文件进行匹配，以搜索对应的偏移数据，首先fuse程序会在增量cbt文件中进行匹配，将程序下发的偏移量对比cbt文件记录的<偏移量，长度>，如图5所示，读操作下发的偏移量和长度是<4,5>，此时增量cbt文件中有记录的偏移量和长度正好是<4,5>，则fuse程序根据该偏移量与长度获取相应的内容返回给虚机；而例如图6，读操作下发的偏移量和长度是<4,10>，而根据第一个增量cbt文件中只找到了<4,5>，在第一个增量cbt文件中未找到，fuse程序会自动对比下一个增量cbt文件去找对应的偏移量和长度<4,10>。寻找过程依次类推，直至找到对应的数据，获取增量数据后，fuse程序返回给虚机中，增量数据的瞬时恢复完成，这里需说明的是，对比cbt文件时如果cbt文件有多个，则优先对比最新的cbt文件；

如果增量cbt文件中没有找到或者没有全部找到偏移量和长度，fuse程序则自动找到最新一次全备时产生的数据，无论对应的磁盘段有无数据，获取出全备的数据后，fuse程序会返回给虚机中，此时全备数据的瞬时恢复完成。

综上所述，本发明一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法及系统通过保存每次增量或者全备产生的数据记录到全备uuid目录中，并以设计巧妙的格式记录到cbt文件中，根据fuse机制扫描并生成cbt文件，并利用该文件在虚机下发偏移量和长度时轻易找到磁盘中对应的数据，最后由虚机利用返回的磁盘的数据进行恢复，实现了虚机的瞬时回复，本发明无需做全备数据的映射，减少了恢复过程中不必要数据的恢复和cpu资源占用，由于本发明在每一次备份或增量都会产生一个对应的cbt文件，所以在虚机瞬时恢复时，只需找到cbt中对应的数据做恢复，而不是对有所有的全备数据做恢复，极大地提高虚机瞬时恢复的效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，包括如下步骤：

步骤S1，宿主机采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，所述target目录用来放置恢复时产生的增量数据，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机；

步骤S2，利用fuse机制扫描所述target目录和全备目录中的数据，产生相应的cbt文件；

步骤S3，启动虚机时发送读操作，根据读操作于所述cbt文件中查找匹配，以找到对应的数据段返回至虚机进行瞬时恢复。

2.如权利要求1所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：所述cbt文件中各记录的结构为<偏移量，长度>，所述cbt文件中的每条记录用来记录对应数据在对应磁盘的存储位置的偏移量以及数据长度。

3.如权利要求2所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：于步骤S2中，根据fuse机制，在每次产生增量时把产生的增量的内容记录到根据fuse机制产生的增量cbt文件中，如果是多个磁盘则产生多个增量cbt文件。

4.如权利要求3所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：在第一次进行全备时，根据下发的uuid产生一个对应的uuid目录，所述uuid目录中包含disk，cfg以及cbt文件，全备完成后产生的增量对应生成增量cbt文件并且将该增量的信息作为一条记录，记录下磁盘位移和长度写到所述增量cbt文件中，同时会扫描全备目录中的数据并产生对应的cbt文件。

5.如权利要求3所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：在恢复过程中产生的增量数据，在所述target目录中生成一个disk磁盘记录增量数据，并将产生的增量信息记录到对应的cbt文件中。

6.如权利要求3所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：于步骤S3中，启动虚机时发送携带偏移量和偏移长度的读操作，以通过偏移量和长度于根据fuse机制产生的cbt文件查找，以找到对应的数据段返回至虚机。

7.如权利要求6所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：于步骤S3中，将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，若匹配到对应的信息，则获得对应的磁盘的数据返回给虚机。

8.如权利要求7所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：在匹配cbt文件时，若增量cbt文件有多个，则优先对比最新的增量cbt文件。

9.如权利要求6所述的一种通过目录映射实现虚机即时恢复的方法，其特征在于：将下发的偏移量和长度在产生的增量cbt文件中不断进行匹配，若在增量cbt文件中未匹配到对应的信息，则获取最近的一次全备数据，获取最近的cbt文件中记录的磁盘中的信息返回到虚机。

10.一种通过目录映射实现虚机即时恢复的系统，包括：

目录创建映射单元，用于采用fuse机制创建两个空目录，分别命名为target目录和nfs目录，所述target目录用来放置恢复时产生的增量数据，将所述target目录通过映射的方式映射到nfs目录中，并启动nfs协议，将nfs目录发送给exsi主机，在所述exsi主机中建立一个新虚机；

cbt文件产生单元，用于利用fuse机制扫描所述target目录和全备目录中的数据，以产生相应的cbt文件；

匹配查找单元，在启动虚机时发送读操作，根据读操作于所述cbt文件中查找匹配，以找到对应的数据段返回至虚机进行瞬时恢复。

Images