基于VMware vSphere 5虚拟机的备份系统实现

杨 旭， 彭一明， 刑承杰， 李若淼

（北京大学计算中心，北京 100871）

0 引 言

虚拟化是目前整个IT行业的发展方向，从服务器虚拟化到存储虚拟化，目的都是为了实现资源的充分利用、简化管理、方便维护，从而提高整个IT部门的效率．

服务器虚拟化是数据中心虚拟化的基础，也是最早出现的虚拟化技术之一．目前各高校基本上都有一套完整的服务器虚拟化和虚拟机应用系统．就北京大学而言，虚拟服务器已经逐渐代替物理服务器成为支撑校园信息化服务的主要手段．实际应用也证明虚拟机可以满足绝大多数业务系统的要求．

虚拟机的种类很多，VMware一直以其易用性和易管理性得到了大家的认同，目前在高校信息化建设中应用也最为广泛．

以北京大学为例，从2006年开始使用VMware以来，经历了VMware ESX3．0、VM－ware vSphere 4．0、VMware vSphere 5．0到最新的VMware vSphere 5．5等多代产品，目前有近500台虚拟机支撑校园信息服务和开发测试，涉及学校几乎所有部门各个方面的IT建设和服务．

随着虚拟机应用越来越广泛，数据备份成为一个关键的问题．虽然虚拟机的特性可以保证其高可用性，但是操作系统内的数据丢失和虚拟机文件损坏导致虚拟机无法开机的现象仍时有发生．虚拟机备份是数据安全的最后保障，是虚拟机应用必不可少的环节．本文结合北京大学虚拟机备份的应用情况对基于VMware的虚拟机备份系统进行一个简单的介绍．

1 各代VMware备份系统概述

VMware的虚拟机系统主要经历了3．0、4．0、5．0三个大的版本，2013年发布了最新版本VMware vSphere 5．5．在3．0、4．0、5．0虚拟机系统中，VMware都提供了相应的虚拟机统一备份方式．

在3．0时代中，VMware Consolidated Backup（VCB）为虚拟机提供了集中式备份工具，通过集中式备份代理服务器对运行任何受支持操作系统的虚拟机进行脱离主机备份．它会为每台虚拟机创建一个备份作业，并将该作业分派给备份代理服务器．可以通过脚本方式定时执行备份任务，通过VMware Converter进行恢复．一般来说，VCB还是需要通过与商用备份软件的结合进行虚拟机的备份和恢复，算不上单独的备份解决方案．

4．0中，vStorage API提供与商用备份软件的备份接口．VMware Data Recovery（VDR）是这一代VMware vSphere提供的虚拟机备份插件，可以算是VMware自身的一款备份软件．VDR由vc插件、运行在ESX主机上的备份虚拟机（一台管理备份作业的独立虚拟机，即备份设备）以及备份存储这三个部件组成．通过在vc上的插件以向导的方式进行配置和调度备份任务．VDR比之上一代VCB有了一定的进步，使用备份虚拟机而不用再使用代理服务器，本身作为vSphere插件执行备份和恢复任务十分简便，同时具备了重复数据删除的功能．当然作为vSphere插件需要在每台通过vSphere Client使用VDR的电脑上安装插件，有些不便．就个人使用经验，VDR的稳定性还需进一步考察．

从VMware vSphere 5．1开始，VMware推出了新的虚拟机备份产品vSphere Data Protection（VDP），背后的技术来源就是EMC公司的Avamar备份产品．Avamar一直是一款高效的虚拟机备份产品，对于虚拟机备份从备份效率到重复数据删除效率都优于其他备份厂商，以前需要单独购买，价格十分昂贵．现在，VMware vSphere软件授权包含了VDP标准版而不需额外付费．可以说，VDP已经是一套完整的虚拟机备份解决方案．

2 vSphere Data Protection简介

VMware vSphere 5．1开始集成VDP5．1，必须在Vmware vSphere WEB Client界面进行配置和使用．VMware以ova模板的形式提供一台备份虚拟机，部署在vc内的任意一台ESXi主机上，可以支持最多100台虚拟机备份，备份空间是固定大小，0．5TB、1TB和2TB．如果需要备份更多的虚拟机或者更大的备份空间，只需要再安装一台备份虚拟机即可．

VDP支持ESXi4．1，5．0的虚拟机备份，只需要在统一的VC5．1内管理．

备份是对虚拟机进行完整映像备份，与客户机操作系统无关．备份发起后，对虚拟机客户机进行快照，备份快照时间点的数据，可以较好地保证数据一致性．由于使用了重复数据删除，对于一台虚拟机，第一次备份后每次备份都是全备份，不存在增量备份的概念．

恢复方式可以分为整机恢复和文件级恢复．VDP管理员可以单独恢复一台任意备份时间点的独立虚拟机，或受保护虚拟机的管理员可以浏览和恢复备份时间点操作系统内的单个文件．

vSphere Data Protection Advanced（VPDA）是VDP的升级版，可以支持更多的虚拟机备份数量和更大的可用备份空间，功能和操作基本上与VDP相同．

3 vSphere Data Protection在北京大学虚拟机系统中的应用

虚拟机的使用在高校信息化建设中是一个渐进的过程，经历了由简单到复杂，从单纯的资源划分到全面功能应用．以北大为例，2006年开始尝试使用虚拟机，2007年生产业务开始在虚拟机上部署，主流的VMware产品是ESX3．0和3．5，VCB只是了解并未在生产环境中使用，还停留在一台主机当成多台使用的阶段．2009年VMware产品升级到4．0时代，VMotion功能全面使用，虚拟机系统采用集群方式运行，HA、DRS等中高级功能应用于生产环境中，备份方面部署了两台VDR备份设备，但是由于安全和稳定性等原因，关键业务仍然是用传统的备份软件加客户端的方式．VMware升级到5．0后，虚拟机应用已经逐步取代传统的物理服务器，服务器性能提升使得虚拟机已经可以满足绝大多数业务需求，集中存储和虚拟化的灵活性使虚拟机的管理和使用比物理机更为方便和安全．备份方面，vSphere Data Protection经过前面几代产品的积累，无论是稳定性还是功能性都有较大幅度的提升，已经是一套可靠的虚拟机备份解决方案．

VDP的体系架构比较简单，包括vSphere5．1组件、VDP备份虚拟机和Web Client．根据实际情况选择合适大小的VDP备份虚拟机，一般来说文件系统的初始重复数据消除率约70%，每日重复数据消除率99%以上．

VDP虚拟机需要固定的IP地址和单独域名，保证DNS服务器正反向均可解析．通过NTP服务器保证vCenter、ESXi和VDP的时间一致性．VDP虚拟机可以从VMware网站上下载模板，直接导入到任意一台ESXi主机．VDP部署完成，开机后通过浏览器访问8543端口配置与DNS、NTP、vCenter相关的信息后，重启即完成所有工作，整个过程十分简单．这个过程会把VDP注册到vCenter中，所有vCenter中的生产虚拟机都可以用VDP进行备份．

VDP的管理和使用必须在Web Client中进行，登陆vCenter访问主页中的VDP链接使用和管理．

备份时间比以往也有提升，我们的环境中一个VDP包括5台虚拟机480G硬盘空间约20分钟即可完成备份任务．当前部署了2套VDP，包括ESX4．1和ESXi5．1，稳定运行一年以上．

图1 使用vSphere WEB Client管理VDP

VDP的安装使用过程中也遇到了一些问题．

配置完成后备份作业无法发起．检查发现是vCenter和VDP版本不匹配的问题，重装新版本的vCenter之后解决问题．

VDP虚拟机重启一定要使用“电源—重新启动客户机”选项，否则容易导致VDP虚拟机不能正常使用．VDP有检查点和回滚功能，出现异常可以尝试回滚恢复到上一次正确配置的时间点．曾经有一次安装时直接在操作系统内使用reboot命令重启VDP设备，结果导致无法使用只好重装．

Windows 2008 R2操作系统备份时不能成功．后来查VDP手册，其中说明必须修改虚拟机的一个参数才能正常备份．

经过较长时间的实际应用检验，VDP总体上是一个可靠的虚拟机备份方案，在虚拟机广泛应用的情况下发挥了重要的安全保障作用．

4 虚拟机备份方式的比较

虚拟机的备份方式随着技术的进步也多种多样，选择合适的备份方式是IT建设中的一个重要问题．虚拟机的数据备份也有多种选择：传统的备份软件客户端加备份服务器、VDP、存储级别的快照和备份软件等等．

传统的备份软件客户端方式更适合物理机环境中的数据备份．就虚拟机备份而言，缺点是备份以数据为主，系统文件等通常不在备份范围，导致系统本身损坏的问题恢复周期较长；备份过程会消耗部分虚拟机主机和网络资源．如果使用接口备份虚拟机整机效率低于VDP．优势是有数据库备份客户端，可以保证数据库备份数据一致有效．

VDP专门针对虚拟机备份．备份针对虚拟机整机进行备份，可以进行整机恢复和文件级恢复．遇到系统文件故障等导致虚拟机不能开机时可以直接恢复一台备份时间点状态的虚拟机，恢复速度快．缺点是对于运行数据库的虚拟机存在开机后数据库无法正常启动的风险．不过根据以往使用的经验，还没遇见过这种情况．

存储上可以直接进行虚拟机数据备份．这种备份通常是基于快照技术实现．某些品牌的存储通过快照提供持续的存储级数据保护，内置针对虚拟机存储器的数据保护软件．对数据库也需要单独的支持模块，通常虚拟机和数据库备份都是收费模块．因为并没有一份单独的备份数据，所以不能算是一种真正意义上的备份．

5 总 结

作为VMware系统管理员，除了关注虚拟机性能、稳定等使用问题之外，也必须关注数据安全．备份作为数据安全的最后保障，是虚拟机系统管理员的职责之一．

VMware备份解决方案很多，商用备份软件、VDP、存储快照都可以满足基本需求，具体选择可以根据管理员自己的经验和熟悉程度判断．适合自己实际情况的选择就是最好的选择．

VDP是vSphere自带的备份组件，可以很好地完成常规的VMware备份工作，应用场景简便，是一款比较值得关注的虚拟机备份工具．

［1］ vSphere Data Protection管理指南［EB／OL］．http：／／www．wmware．com．

［2］ LOWE S．精通VMware vSphere 5［M］．曾少宁，译．北京：人民邮电出版社，2014．