虛擬機備份與恢復的難題
原創【51CTO精選譯文】很長時間以來，虛擬化對于數據中心（內部和云端）是最好的方式。虛擬化的前景非常遠大，現在，這些前景所帶來的許多承諾已經觸手可得。但是，只有當為虛擬化的獨特要求而進行優化的備份方案出現在市場上時，更為廣泛的虛擬化部署才會出現。
服務器虛擬化已經跨過了那個眾所周知的門檻。不久之前，在部署新的服務器時，我們還必須去論證為什么要使用虛擬方式而不是物理方式。現在，相反的情況已成為一個事實。對于許多機構的 IT 經理，“虛擬優先”的策略已成為一項法令，部署新的服務器時必須使用虛擬方式，除非特別要求使用物理服務器。
雖然虛擬化存在各種各樣的優點，但也帶來了許多新的存儲和數據管理問題。其中一個主要的問題是備份。物理服務器領域的備份技術也可用于虛擬機環境，但效果并不是很好。
原因何在？虛擬機備份代表著四個新的技術因素：
1. 由于服務器的使用在增加，所用的相應資源在減少。備份應用是資源消耗大戶，它們會消耗大量服務器的輸入/輸出、CPU 和內存資源。通常，我們希望這些備份應用能夠在備份范圍內相對較快地完成工作。在物理服務器階段，這些應用可能占用了 10% 的服務器資源，這不會成為一個問題。備份可以利用那些閑置的資源，不會對正在進行備份的應用程序造成嚴重的影響。
對于虛擬化，服務器的使用方式更近于容量。事實上，這是虛擬化的基本目標。虛擬化是很好的方式，但是這種服務器不再具有大量的閑置資源可供備份使用。現在，備份工作及其備份的應用程序更加消耗服務器和存儲硬件資源。
這還不是最糟糕的。在現在的服務器運行的應用程序不止一個而是多個，甚至是很多個，所以備份一個虛擬服務器所帶來的負面影響不再限于某個虛擬機，而是對所有共享同一硬件的虛擬機都會造成影響。
2. 現有的備份客戶端運行在 guest 虛擬機內部，并且除非采取特定的預防措施，這些事先預定的備份將是重疊運行的。由于服務器資源已經很少的問題，服務器管理員必須格外謹慎。如果在服務器運行一個備份已經很糟糕，運行多個備份對于應用程序響應會是一場災難。所以，相對于物理機器，虛擬機備份計劃必須更為仔細地進行制定。
額外的備份負載這一問題被所涉及的多個 guest 虛擬機放大，另外，虛擬機負載的動態本質也使復雜性進一步加劇，虛擬機的實時遷移（有時并非由服務器管理員啟動）也會把手工備份計劃搞得一團糟。
3. 針對這些問題的解決方案是在超級管理員等級上運行協作備份，最好是主機外（off-host）的方式。資源爭奪發生在虛擬化層，運行在這一層的協作備份可最小化應用占用資源的問題。在超級管理員等級上的備份操作，如果進行準確地部署，可以成為最有效地利用資源。
最理想的情況是在獨立而又潛在專用的硬件上運行備份，這樣備份服務器的操作就不會對活動的應用程序造成影響。
4. 現有的架構，比如微軟的 VSS，是為運行“熱備份”（hot backup）而設計。這樣的架構不具備足夠的伸縮性，能夠從 guest 虛擬機內部影射虛擬盤，正如在超級管理員曾所見的那樣。在采用服務器虛擬化技術多年以前，微軟的卷影射服務（Volume Shadow Service）已經出現，并被廣泛使用。但是 VSS 是在卷上運行而不是在虛擬機上。在過去，硬盤卷和應用程序之間是靜態的 1:1 關系，這種情況下不會出現問題。但是，在虛擬服務器上，最好的方式是在單一卷上為多個虛擬機設置虛擬硬盤（在 VMware 上，是 VMDK；在 Hyper-V，是 VHD）。
激活的VSS 為整個卷創建一個影像副本，即使需要的只是備份單一虛擬機。在超級管理員等級運行當前的 VSS 架構并非最理想的情況，但是最接近。這一“解決方案”在 guest 虛擬機等級上運行備份，但這會導致上述的問題 1 和問題 2。
面對這些問題，正確的虛擬機備份方案應是什么樣的？虛擬化備份行業需要提供：
•能夠為附屬于 guest 虛擬機的虛擬硬盤創建快速、空間高效的高性能快照。它應能夠為虛擬機關聯的所有虛擬硬盤同步建立快照，這樣就可以創建崩潰狀態一致的（crash-consistent）的備份鏡像。根據客戶的備份計劃和方案，應可以按照組（group）的管理虛擬硬盤。
•利用可感知應用程序的備份方案，對這些快照的創建和管理進行整合。崩潰狀態一致很好，不過應用程序一致更好。
•能夠訪問服務器上的快照而不是運行活動虛擬機的快照。對于將備份負載及其附帶的資源消耗從活動的產品應用程序中分開，這是至關重要的。正如前文所述，在虛擬服務器環境中，主機外備份是一個尤為緊迫的需求。
•長期在線可用的快照。理想的情況是能夠擁有長期在線的快照。大多數快照具有的空間高效功能，這意味著基鏡像（base image）及其子快照中的數據塊僅保持一次。這樣就可以廉價地長期保持許多快照，使得從之前快照中快速恢復數據變得簡便。
遺憾的是，很多快照產品的設計是短期保持的。快照在線時間越長，I/O 性能降低的也越多，不僅是對于快照，也包括它們的基鏡像，這會使得創建保持在線快照變得不切實際。
•有關增加備份的信息。虛擬機鏡像文件很大，通常數十個 GB。如果備份軟件知道上次備份之后鏡像的某些部分沒有變化，那么它的效率就可以變得更高。虛擬硬盤摘要層應為備份提供鏡像和對象等級的更改數據列表。
•對活動虛擬機性能沒有過度的性能處罰。這是一個很明顯的要求，現金的處理方式對性能造成了很嚴重的影響。
•獨立于存儲硬件。對于 IT 機構，所有權的限制從來都不是好事情。利用正確的軟件設計，虛擬機備份方案沒有理由將所有權限制于特定存儲子系統中。
很長時間以來，虛擬化對于數據中心（內部和云端）是最好的方式。虛擬化的前景非常遠大。現在，這些前景所帶來的許多承諾已經觸手可得。但是，只有當為虛擬化的獨特要求而進行優化的備份方案出現在市場上時，更為廣泛的虛擬化部署才會出現。
作者：Mark Davis
原文：The Virtual Machine Backup-and-Recovery Conundrum
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