CN111309527B - 一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，包括：创建备份快照，通过CBT接口，获取有效数据块或增量数据块，以得到分段的差异数据块，将各差异数据块依次备份至介质服务器，记录当前备份时间点，得到数据块树，保留备份过程中所有用户快照和备份快照的change‑id信息，删除备份快照，即完成对用户快照的备份；根据恢复需求，从介质服务器中依次将备份的各差异数据块进行恢复，每恢复一个差异数据块，就创建对应的用户快照，最终完成整个快照树的恢复。与现有技术相比，本发明基于CBT接口，通过分段备份差异数据块构建数据块树，能够准确地备份所有用户快照，采用增量备份方式，提高了备份效率，且提供了多种恢复方式。

Description

一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法
技术领域
本发明涉及数据灾备技术领域，尤其是涉及一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法。
背景技术
随着IT技术的发展，越来越多的用户数据被整合集中到IT设施和产品中，用户数据的保护需求也变得越来越强烈。因此不少数据保护厂商纷纷推出数据备份产品，目前，各厂商针对虚拟化平台的备份往往是根据备份策略在某个指定的时间点进行备份，被备份的虚拟机也就保留了该时间点的状态和数据。虚拟机的快照功能不仅仅只是用来做备份，快照保留了虚拟机在某一时刻的状态，常规场景下，用户会自己执行快照以保存某个重要的时间点状态。但很多灾备产品只关注备份时间点虚拟机的数据，忽略了用户快照数据，导致在虚拟机意外损坏后，即使成功恢复了虚拟机，也无法恢复之前的用户快照数据。
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在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，利用虚拟化平台提供的CBT(Changed BlockTracking，变化块跟踪)功能，实现对快照间的差异备份和差异恢复，以达到快速备份和恢复的效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，包括以下步骤：
S1、创建虚拟机备份快照；
S2、通过CBT接口，结合用户快照树，在进行完全备份时获取有效数据块，在进行增量备份时获取增量数据块；
S3、根据有效数据块或增量数据块，得到分段的差异数据块，之后按照备份需求，将各差异数据块依次备份至介质服务器，并记录当前备份时间点，得到包含节点和枝干的数据块树；
S4、保留此次虚拟机备份过程中所有用户快照和备份快照的change-id信息，之后删除此次虚拟机备份快照，即在虚拟机备份过程中同时完成了对用户快照的备份；
S5、根据恢复需求，在恢复用户快照树根节点时创建虚拟机，在恢复用户快照树其余节点时编辑虚拟机；
S6、从介质服务器中依次将备份的各差异数据块进行恢复，每恢复一个差异数据块，就创建一个对应的用户快照，最后将创建的用户快照写入虚拟机，以完成用户快照的恢复。
进一步地，所述步骤S2中有效数据块具体是通过一个快照的change-id值和字符串“*”获取得到，所述增量数据块具体是通过比较两个快照之间的change-id值获取得到。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、按照备份需求，当执行完全备份时，执行步骤S32，当执行增量备份时，执行步骤S33；
S32、遍历用户快照树，得到完全备份差异数据块，采用分段方式，依次备份至介质服务器，并在介质服务器中建立数据块树，备份完成后记录当前备份时间点；
S33、遍历用户快照树，检测当前虚拟机与上一个备份时间点相比新增的用户快照，得到增量备份差异数据块，依次备份各差异数据块至介质服务器，并更新介质服务器中的数据块树，备份完成后记录当前备份时间点。
进一步地，所述步骤S32中完全备份差异数据块包括所有用户快照之间的差异数据块、以及末端用户快照与虚拟机备份快照之间的差异数据块。
进一步地，所述步骤S33中增量备份差异数据块包括上一个备份时间点用户快照与新增快照之间的差异数据块、以及上一个备份时间点虚拟机备份快照与当前虚拟机备份快照之间的差异数据块。
进一步地，所述数据块树对应于备份时间点，所述数据块树的枝干对应于不同快照之间的路径，枝干上各节点对应于用户快照之间的差异数据块、末端用户快照与虚拟机备份快照之间的差异数据块、上一个备份时间点用户快照与新增快照之间的差异数据块、以及上一个备份时间点虚拟机备份快照与当前虚拟机备份快照之间的差异数据块。
进一步地，所述步骤S5中用户快照树根节点对应于用户快照树中第一个用户快照，用户快照其余节点则对应于用户快照树中除第一个用户快照以外的其余用户快照。
进一步地，所述步骤S6中依次将备份的各差异数据块进行恢复具体时采用深度优先遍历算法，根据对应于备份时间点的数据块树，依次恢复所有差异数据块。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明基于虚拟化平台的CBT接口，通过分段备份快照之间差异数据块的方式，能够快速地备份虚拟机所有的用户快照信息，避免用户虚拟机的某一重要数据丢失。
二、本发明采用增量备份的方式，能够在上一次备份的基础上，仅需要备份新增用户快照，即可在保证备份完整的基础上，大大提高用户快照的备份效率。
三、本发明结合备份时间点、快照之间的差异数据块以及备份快照，构建位于介质服务器中的数据块树，使得恢复用户快照时，能够自主选择恢复备份时间点数据，或恢复某个用户快照，或恢复某一备份“枝干”，从而提供更加灵活的恢复选项。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为实施例中完全备份时虚拟机快照状态示意图；
图3为实施例中增量备份时虚拟机快照状态示意图；
图4为实施例中介质服务器中数据块树示意图；
图5为实施例中复杂场景下完全备份时虚拟机快照状态示意图；
图6为实施例中复杂场景下增量备份时虚拟机快照状态示意图；
图7为实施例中复杂场景下介质服务器中数据块树示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，包括以下步骤：
S1、创建虚拟机备份快照；
S2、通过CBT接口，结合用户快照树，在进行完全备份时获取有效数据块，在进行增量备份时获取增量数据块；
S3、根据有效数据块或增量数据块，得到分段的差异数据块，之后按照备份需求，将各差异数据块依次备份至介质服务器，并记录当前备份时间点，得到包含节点和枝干的数据块树；
S4、保留此次虚拟机备份过程中所有用户快照和备份快照的change-id信息，之后删除此次虚拟机备份快照，即在虚拟机备份过程中完成了所有用户快照的备份；
S5、根据恢复需求，在恢复用户快照树根节点时创建虚拟机，在恢复用户快照树其余节点时编辑虚拟机；
S6、从介质服务器中依次将备份的各差异数据块进行恢复，每恢复一个差异数据块，就创建一个对应的用户快照，直到所有差异数据块恢复完成为止，最终完成整个用户快照树的恢复。
将上述方法应用于实际，默认常规的虚拟化平台备份产品利用虚拟化平台的CBT功能支持虚拟机的完全备份和增量备份。其备份流程大致如下：
B1、创建虚拟机备份快照。
B2、通过CBT接口获得有效数据块或增量数据块。(完全备份时，获取有效数据块，增量备份时获取增量数据块。获取增量数据块的方式，及通过比较两个快照之间的changeid值获得，完备时，通过一个快照的changeid和字符串“*”即可获得有效数据块。)
B3、备份虚拟机磁盘数据块至介质服务器，并保留此次备份快照的change-id值。
B4、删除此次备份快照。
其恢复流程大致如下：
R1、根据备份时的配置信息创建虚拟机。
R2、将备份的虚拟磁盘数据块写入创建的虚拟机。
本发明中，备份过程中不仅仅对虚拟机的当前状态执行快照，还需要对虚拟机的快照树进行遍历，获取虚拟机的各个快照信息，以及快照与快照之间的差异数据块，并在备份介质服务器中进行组织。
如图2所示，目标虚拟机存在两个用户快照：user-s1和user-s2。完全备份时，首先针对虚拟机创建快照backup-s1，接着遍历虚拟机快照树，通过虚拟化平台提供的CBT技术，分段备份数据块。如图2所示，备份的数据段为[0～user-s1](此处以0作为初始状态，以下同理)；[user-s1～user-s2]；[user-s2～backup-s1]，完全备份后，删除快照backup-s1，记录其对应的change-id。
增量备份时，同样需要进行快照树遍历。通常用户不操作快照的情况下，仅需要备份[backup-s1～backup-s2]数据段即可。如图3所示，展现了增量情况下虚拟机的快照状态和备份数据段。
除了分段备份数据块以外，每次备份完成时，需要记录当前时间点下虚拟机的用户快照，以确保恢复后的用户快照与当前一致。
在上述情况下，备份后虚拟机的数据在介质服务器中组织成一个串行结构，如图4所示。图4中完全备份在介质服务器中产生备份时间点TP1，增量备份时产生备份时间点TP2。
用户可根据自己需要选定是否恢复用户快照。当用户需要选择TP2时间进行恢复且需要恢复快照时，备份产品根据介质服务器中的数据链，先根据快照user-s1信息创建虚拟机，恢复数据块集合1([0～user-s1]数据段)，恢复完成后，对虚拟机执行快照user-s1。之后同理恢复数据块集合2([user-s1～user-s2]数据段)和快照user-s2。接着恢复数据块集合3和数据块集合4。但由于数据块集合3和数据块集合4不包含用户快照，是备份过程中的临时快照，所以恢复后的虚拟机可以恢复到T2时间点的状态，但不包含快照backup-s1和backup-s2。
上述场景是一种常规场景，实际场景中，用户快照树会比此种场景复杂的多。但不管如何复杂，备份恢复时可遵循如下规则：
1.完全备份时，备份所有虚拟机的所有用户快照。
2.增量备份时，检测当前虚拟机与上一个备份时间点相比新增的用户快照，并备份这些快照(对于增量来讲，不管与上次时间点相比快照如何变化，都是备份新增快照节点)。
3.快照与快照之间通过CBT技术获取差异数据块，作为一个单独的数据块集合备份到介质服务器中。
4.每个备份时间点在介质中都相当于一个数据块树。此数据块树的每个节点相当于上述的数据块集合(也就是快照与快照之间的分段数据块)。数据块树与备份时刻的用户快照树类似，但多出一个备份快照的“枝干”。
5.恢复时，根据对应备份时间点下的数据块树，依次恢复不同的数据块集合，直至全部恢复完成并形成快照树。
6.恢复时，整个快照树建立后，虚拟机回滚到恢复选择的备份时间点对应的快照，并清理备份快照“枝干”。清理完成后，虚拟机的状态就是对应备份时间点的状态。
图5～图7呈现了一种复杂场景下虚拟机的完全备份、增量备份，以及介质服务器的数据块树组成结构。
图5中，虚拟机存在user-s1，user-s2，user-s3三个用户快照，其中user-s2和user-s3都属于父快照user-s1的子快照。虚拟机在快照user-s3下运行，备份时创建user-s3的子快照backup-s1。备份的数据段分别为：[0～user-s1]、[user-s1～user-s2]、[user-s1～user-s3]、[user-s3～backup-s1]。
如图6所示，虚拟机在自图5所示完全备份到此次增量备份之间，用户快照发生了较多变化。user-s3快照下新增了用户快照user-s4；user-s1快照下新增了快照user-s5；且虚拟机切换到了user-s2快照下运行。
根据上述备份恢复规则，介质服务器中的数据状态如图7所示。从图7可以看出，虚拟机增量备份时间点T2的数据块树的每条“枝干”为：
0→user-s1→user-s2
0→user-s1→user-s3→user-s4
0→user-s1→user-s3→backup-s1→backup-s2
0→user-s1→user-s5
其中，包含backup-s1和backup-s2的枝干为备份枝干，目前很多备份软件当前使用增量备份数据加上完全备份的数据进行数据整合，已支持永久增量功能，确保恢复的时候恢复的是增量时间点的完整数据。由于不同厂商永久增量方案实现原理不同，此处不对永久增量场景做更多阐述。永久增量的场景同样适用于本发明中的备份“枝干”，比如图7中，可针对数据块集合4([user-s3～backup-s1]数据段)和数据块8进行合成([backup-s1～backup-s2])。
本实施例基于VMware虚拟机备份及恢复保留用户快照，VMware公司提供了VADP接口供灾备厂商进行虚拟机的备份恢复功能的开发和定制。由于VMware虚拟化平台巨大的市场占有率，几乎所有的备份厂商都可以支持VMware虚拟机的完全备份，增量备份。VADP中提供了CBT(变化块跟踪)技术，方便灾备厂商获取虚拟机两次快照之间的变化数据块。
VMware虚拟机备份过程中保留用户快照的完全备份流程如下：
对虚拟机当前状态创建备份快照；
遍历虚拟机的快照树：假设虚拟机的第一个用户快照为根快照，从第一个根快照开始，依次备份每个快照的数据和信息，从根快照往下的所有快照，通过CBT技术备份父快照与子快照的差异数据块，直到所有的快照数据全部备份完成(包括创建的备份快照)；
删除创建的备份快照。
增量备份流程与完全备份流程类似，仅在遍历快照树时，不对所有快照进行备份，仅备份自上次备份以来增加的快照。
用户恢复时，选择恢复所有用户快照时，其恢复流程如下：
从介质服务器查询用户所选恢复时间点下的数据块树；
从根数据块开始，使用深度优先遍历算法，从根数据块开始依次恢复所有数据块，数据块的恢复方式如下：
a)根据快照信息创建或编辑虚拟机(恢复根数据块节点需要创建虚拟机，其余数据块节点编辑虚拟机)。
b)恢复对应数据块到虚拟机的虚拟磁盘中。
c)执行快照，快照名称即备份时的快照名称。
执行上述步骤后，虚拟机上已经建立了快照树，寻找快照树上的备份快照枝干，并从备份快照枝干的最末端依次向上清理备份快照，直到遇到用户快照为止。
通过以上过程，即完成VMware虚拟机的用户快照的备份和恢复。在实际应用上，备份软件可基于此做进一步优化，比如在永久增量场景下，恢复过程可不恢复备份快照，从而进一步提升恢复效率。

Claims (8)

1.一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、创建虚拟机备份快照；
S2、通过CBT接口，结合用户快照树，在进行完全备份时获取有效数据块，在进行增量备份时获取增量数据块；
S3、根据有效数据块或增量数据块，得到分段的差异数据块，之后按照备份需求，将各差异数据块依次备份至介质服务器，并记录当前备份时间点，得到包含节点和枝干的数据块树；
S4、保留此次虚拟机备份过程中所有用户快照和备份快照的change-id信息，之后删除此次虚拟机备份快照，即在虚拟机备份过程中同时完成了对用户快照的备份；
S5、根据恢复需求，在恢复用户快照树根节点时创建虚拟机，在恢复用户快照树其余节点时编辑虚拟机；
S6、从介质服务器中依次将备份的各差异数据块进行恢复，每恢复一个差异数据块，就创建一个对应的用户快照，直到所有差异数据块恢复完成为止，最终完成整个用户快照树的恢复。
2.根据权利要求1所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S2中有效数据块具体是通过一个快照的change-id值和字符串“*”获取得到，所述增量数据块具体是通过比较两个快照之间的change-id值获取得到。
3.根据权利要求1所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、按照备份需求，当执行完全备份时，执行步骤S32，当执行增量备份时，执行步骤S33；
S32、遍历用户快照树，得到完全备份差异数据块，采用分段方式，依次备份至介质服务器，并在介质服务器中建立数据块树，备份完成后记录当前备份时间点；
S33、遍历用户快照树，检测当前虚拟机与上一个备份时间点相比新增的用户快照，得到增量备份差异数据块，依次备份至介质服务器，并更新介质服务器中的数据块树，备份完成后记录当前备份时间点。
4.根据权利要求3所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S32中完全备份差异数据块包括所有用户快照之间的差异数据块、以及末端用户快照与虚拟机备份快照之间的差异数据块。
5.根据权利要求4所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S33中增量备份差异数据块包括上一个备份时间点用户快照与新增快照之间的差异数据块、以及上一个备份时间点虚拟机备份快照与当前虚拟机备份快照之间的差异数据块。
6.根据权利要求5所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述数据块树对应于备份时间点，所述数据块树的枝干对应于不同快照之间的路径，枝干上各节点对应于用户快照之间的差异数据块、末端用户快照与虚拟机备份快照之间的差异数据块、上一个备份时间点用户快照与新增快照之间的差异数据块、以及上一个备份时间点虚拟机备份快照与当前虚拟机备份快照之间的差异数据块。
7.根据权利要求1所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S5中用户快照树根节点对应于用户快照树中第一个用户快照，用户快照其余节点则对应于用户快照树中除第一个用户快照以外的其余用户快照。
8.根据权利要求1所述的一种在虚拟化备份系统中保留和恢复用户快照的方法，其特征在于，所述步骤S6中依次将备份的各差异数据块进行恢复具体时采用深度优先遍历算法，根据对应于备份时间点的数据块树，依次恢复所有差异数据块。
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