VMwarevSphere的新特性使数据备份和恢复受益

当VMware公司发布了继VI3之后的vSphere之后，针对当前现有功能的加强使虚拟机的备份和恢复大大受益。在本文中，我将讨论在vSphere中有哪些新特性和相对之前版本的变更，以及这些新特性在虚拟机的备份和恢复中是如何体现其优势的。

vStorage API接口

在vSphere中，或许对备份和存储最为受益的是VMware新开发的vStorage APIs。这些API接口，允许第三方的应用直接和虚拟机内核通信，而不需要任何的脚本或者代理。在之前的版本VI3中，vStorage API接口就已经存在了，但当时被称为VCB备份架构。然而，和VCB备份不同的是，它并不是一个独立单独的应用，而是内嵌在ESX(i)服务器上的，此外也不需要另外安装任何的软件。当今，VCB备份架构在vSphere上仍然存在，也可以被备份应用所使用。vSphere API被认为是基于VCB的发展，并被认为最终将完全取代VCB备份方式。VStorage API根据其不同的功能分成了四类：

阵列整合上的vStorage API:目前一些第三方存储厂商正在开发阵列整合上的vStorage API(比如，EMC，HP以及NetApp)，这些API接口可以使他们的存储阵列的能力通过vSphere发挥到最优。其中包括了基于阵列的快照技术，硬件减负存储设备锁机制，VMware和阵列级瘦分区的整合，存储分区，复制以及更多。这个接口可以通过允许存储阵列执行特定的操作使vSphere在一些存储相关的操作上更有效率。

多链路上的vStorage APIs：这使得第三方存储设备商能通过对这个API接口的开发来发挥阵列的多链路性能。这些插件通过实现允许更多的智能存储多链路，来达到更好的存储I/O效果以及对特定存储的存储链路上的失效备援。

站点恢复管理上的vStorage API: 这些API接口是VMware 站点恢复管理(SRM)的一部分，用于数据块和NAS模式下将SRM和基于阵列的复制整合起来。这个特性就允许SRM无缝的同时操作两个虚拟机，主机失效备援以及存储复制的失效备援，并同时实现允许SRM控制依赖于其上的基于阵列的复制。

数据保护上的vStorage API：这些API接口对于第三方备份以及复制的厂商尤为重要，因为通过这些API接口可以实现更好的且无缝的与虚拟机的磁盘整合。当被认为是VCB备份的继承者的时候，设计之初，就包含在VCB上实现一些新的功能，比如变更数据块追踪(CBT)以及实现通过虚拟磁盘开发套件(VDDK)达到虚拟磁盘上的内容直接交互。

vStorage APIs不仅仅是单纯意义上的API接口，或者说是一些用于在vSphere平台上和第三方应用交互接口集合的代名词。这些接口包含了各种存在于vSphere以及虚拟磁盘开发套件(VDDK)中不同的SDK。虚拟磁盘开发套件(VDDK)是那些帮助厂商开发虚拟磁盘存储相关应用的API以及SDK的组合。虚拟磁盘开发套件(VDDK)通常和其他vStorage API接口同时使用来提供一个vSphere存储管理的完整整合方案。比如说，当虚拟机快照可以用SDK功能管理的同时，其他的一些例如挂载虚拟磁盘的操作就可以由虚拟磁盘开发套件(VDDK)完成。

变更数据块追踪

针对数据保护的vStorage API接口对于备份和复制应用最为有益，厂商们对其中新推出的变更数据块追踪技术尤为感兴趣。这个新特性允许第三方应用通过直接查询虚拟机内核来判断上次备份后虚拟机磁盘上的哪些数据块做出了更改。在没有这种特性的时候，应用则需要自己来判断，这样就会耗费更多的时间。而今有了变更数据块追踪(CBT)技术，就可以立即找出被改动的数据块，从而能确定需要备份的数据有哪些。这个特性使得增量备份可以更快的完成，同时也允许在将虚拟机文件复制到其它地点时可以实现快速的连续数据保护(CDP)。此外，基于时间点的恢复操作也随之变得更为便利，原因是变更数据块追踪(CBT)能够准确的告诉哪些数据块需要被恢复到虚拟机上。

任何在vSphere上的存储设备以及数据仓储除了物理方式的裸设备映射之外都能支持变更数据块追踪功能，这也包括了iSCSI，VMFS，NFS以及本地磁盘。变更数据块追踪是vSphere的新特性，所以需要虚拟机硬件版本必须为版本7，这也是vSphere中默认的。由于考虑到对性能上的微弱影响，变更数据块追踪功能是默认关闭的。可以通过在修改在虚拟机上的配置文件中选择特定的参数来开启这个特性(ctkEnabled=true and scsi#:#.ctkEnabled=true)，备份软件也可以通过相应的SDK来开启这个功能。一旦开启之后，虚拟机需要通过一个被称为stun/unstun的操作使得更改生效。这个操作可以在虚拟机的开机/关机，暂停/恢复以及创建或者删除快照中完成。在这个操作中，将会打开一个虚拟机的磁盘，然后允许为该虚拟机在存储堆栈中插入一条变更追踪过滤器。

变更数据块追踪特性将关于变更的数据块信息存放在每个虚拟机主目录下的一个特殊的“-ctk.vmdk”文件中。这个文件的长度是特定的，并根据虚拟磁盘的大小而不同(每10GB大小的虚拟机磁盘文件对于0.5MB的文件大小)。在这个特殊的文件中，每个数据块的的状态将会有序的存放起来，这样就可以方便告诉应用程序相应的数据块是否有被更改。每个开启变更数据块追踪功能的虚拟磁盘上都会存在这样的一个特殊文件。

用于数据保护的vStorage API接口以及变更数据块追踪特性使vSphere中的备份更为容易和方便，同时也是VCB备份架构的一个大改进。在vSphere中，VMware提供给第三方厂商一个更加友好的接口，这样厂商们就可以将他们的产品更好的和vSphere结合在一起。

瘦分区和备份

瘦分区的磁盘是那些空间随着数据而增长的虚拟磁盘。与那些厚磁盘不同的是，厚分区磁盘在创建的时候，空间都分配好了，而瘦磁盘是以1MB，最多8MB为初始容量，然后随着其上的数据量增长，空间也随之增大，最大容量由客户端操作系统最初定义。瘦分区磁盘的好处在于，他们可以通过在虚拟机文件系统(VMFS)的卷上任意分配空间来合理的利用虚拟机磁盘上的未使用的空间。瘦分区磁盘并不是vSphere上的新特性，在之前的VI3版本里就已经存在，但在vSphere里对这项特性做了许多改进。

认为瘦磁盘对备份重要的原因是什么?许多虚拟化的备份应用并不能再客户端的操作系统上运行，而往往是在虚拟层以外运行的。与往常在客户端操作系统内备份单独文件不同，他们备份包含了一个封装虚拟机的单个大虚拟磁盘文件(vmdk)。

瘦磁盘上占用的空间大小仅仅是客户端操作系统使用的真实空间大小，这样而来，如果总共40GB虚拟磁盘真正的文件占了10GB，那么虚拟磁盘文件将仅仅为10GB大小。正因为如此，备份应用就不需要再另外去寻找那些空闲的数据块，因为在瘦磁盘上没有空闲的磁盘数据块。即使免除了这些多余的操作，带来的好处也是显而易见的，在瘦磁盘上实现更有效率的备份仅仅是其众多好处中的一个。

在线增加虚拟磁盘

在线增加虚拟磁盘的意义在于允许一个虚拟机将另外一个虚拟机正在使用的磁盘挂载到自己的机器上从而实现备份操作。这个特性和早先在VCB备份架构中提到的将一个虚拟磁盘挂载到另外一个虚拟机上进行备份操作。在vSphere中的关于在线增加虚拟磁盘的新特性实现了通过在一台虚拟机上运行备份应用将另外一台虚拟机上的虚拟磁盘挂载上来，这样读取该磁盘上的数据后再备份到目标媒介上。这样的特性可以使得在网络上减轻备份数据流的负担，因为虚拟机运行的备份应用使用的是虚拟磁盘开发套件来访问磁盘的，并且所有的I/O请求将直接转发到虚拟机内核的I/O链路上。

在线增加磁盘的特性的本质在于它会对虚拟磁盘做一次快照操作，然后将所有的写操作定向到另外的一个单独的delta文件中。一旦操作结束后，只读的磁盘将能被另外一个虚拟机挂载上去然后实现了数据的拷贝。在线增加磁盘利用了SCSI规范中允许SCSI设备在服务器不断电的情况下可以增加或者移除。只要虚拟机在正常运行状态下，备份应用所在的主机能正常访问目标虚拟机的存储设备(共享存储)，那么这个新特性将能在任何vSphere支持的磁盘上使用。虽然vSphere支持在虚拟机上使用IDE虚拟磁盘，然而这样的环境下则不能使用在线增加磁盘的特性。

一些备份应用已经开始使用在线增加的特性，这包括VMware Data Recovery以及Veeam Backup and Replication。但并不是vSphere的所有版本都能支持在线增加的特性，能支持这个特性的包括成本更高的高级版本，企业版本以及高级企业版本。

iSCSI上的改进

VMware的vSphere在iSCSI存储协议的支持上做了有效的改进，提升了性能以及虚拟机在iSCSI数据仓储上的效率。对备份应用来说，这同样也是有利的，因为在iSCSI协议性能上的提高能直接反映在降低虚拟机备份过程中I/O进程的繁忙程度上。在vSphere中对iSCSI的改进将反映在如下方面：

在vSphere中，VMware对iSCSI协议在软件和硬件的启动装置上都做了明显的改进。内嵌在ESX服务器上软件启动装置被重写了，并为I/O虚拟化做了优化。这些改进带来的好处包括，在性能上显著的提高并且同时能在短假启动装置运行的时候大大降低CPU的使用率，这样也使CPU能更有效率的工作。

支持VI3.5版本中介绍的巨帧，但在和存储协议搭配使用的时候并没有得到官方支持。在vSphere版本中，VMware官方宣布支持巨帧和iSCSI以及NFS存储协议的搭配。此外，目前已经达到支持10Gb的以太网和iSCSI协议的搭配，这样大大提高了I/O的吞吐量。

由于iSCSI堆栈不在需要将服务控制台连接到iSCSI目标上，所以也方便了iSCSI设备上存储空间的划分。

iSCSI的配置步骤也更为简单，与此同时，全局配置的设置选项将满足所有目标的需要。此外，双向的CHAP认证模式的支持也大大提升了整体的安全性。

这些改进的方面使得对于用作虚拟机数据仓储或者备份目标而言，iSCSI相对价格昂贵的光纤通道存储区域网络成为了更为合适的选择。

VMware数据恢复

VMware在vSphere中发布了VMware数据恢复(VDR)应用，这个应用是由VMware开发，通过在vSphere中提供基础的备份功能而实现的针对磁盘对磁盘的备份。VMware数据恢复提供了不同于传统物理机环境下在操作系统上安装代理，另外一个虚拟机备份的方法。和其他一些第三方备份应用不同的是，虽然没有提供非常多的特性，但VMware数据恢复提供了一些先进的例如在线重复数据删除技术，数据压缩以及集成在vSphere客户端里的中心管理控制台。此外，VDR充分利用了vSphere中例如变更数据块追踪以及在线磁盘增加等新特性，实现了更有效以及迅速的备份。在vSphere的概要增加版，高级版，企业版以及高级企业版都有VDR功能，如果需要在标准版里支持VDR则需要购买相关的许可。

如上文提到的所有全新的以及改进的特性使得将目前的环境升级到vSphere版本变得更为有竞争力，因为在vSphere中备份和恢复的部分得到了大大的改善。vStorage的API接口为第三方备份产品提供了更好的接口，使得厂商们能够开发更有效率的产品来保护虚拟机上的数据。如果你已经开始考虑将现有环境升级到vSphere版本，vSphere下的那些和数据备份相关的新特性和其他方面的显著改进提高将会是决定升级的最好理由。