淺談服務器虛擬化的幾種容災恢復機制

◎ 蘇一峰 何恩南 廣州通信中心

淺談服務器虛擬化的幾種容災恢復機制

◎ 蘇一峰 何恩南 廣州通信中心

服務器虛擬化在改善資源分配狀況，提高硬件資源利用率方面效果顯著，因此被廣泛應用在網絡技術中。實際應用中為保證服務器數據完整性，需構建容災恢復機制，降低意外給服務器數據造成的不利影響。本文對服務器虛擬化的容災恢復機制進行探討，以供參考。

服務器虛擬化 容災恢復 機制

隨著信息化時代的到來，人們的生產生活不僅要求服務器正常穩定工作，而且遇到意外情況時能夠及時恢復到正常工作狀態，因此，有必要對容災恢復機制進行研究，以根據實際情況加以靈活應用，為服務器虛擬化穩定工作奠定基礎。

表1　映射表控制位

1.容災恢復機制設計

1.1容災架構分析

服務器虛擬化容災架構中，客戶端和本地容災服務器處于小型局域網中，而局域網大小由容災備份數據量而定。

容災架構中容災服務器與上層客戶端應用是兩個關鍵組件，進行實際配置時容災服務器兼具兩個重要功能。容災系統基本I/O過程為：上層客戶端將容災請求發送給容災系統，先有本地容災服務器對相關參數及請求類型進行分析、響應。如為備份請求時，構建本地存儲設備的I/ O和客戶間的對話連接進行本地備份，完成映射結構填寫，將容災備份返回給客戶進行確認，根據請求容災級別容災服務器對執行遠程備份加以確定。當為恢復請求時大致流程與備份請求相似，區別在于需借助映射結構控制位對數據在系統中的位置加以定位、恢復。

1.2虛擬映射機制設計

本文虛擬映射機制設計基于LVM基本結構，異地和本地磁盤首尾相接構成兩個VG，在VG的基礎上構建邏輯卷，各邏輯卷在異地、本地VG均有映射區域。考慮到地層物理卷至卷組是卷之間首尾相連的過程，之間的映射為順序映射，而VC和邏輯卷為任意映射，使得數據存儲的靈活性得以提高。映射結構由塊映射表、物理卷映射表以及邏輯卷映射表構成。在進行IRP傳遞時借助映射表查找，對卷偏移和卷號進行修改，以重定向I/O請求。映射表中判斷數據請求異地、本地主要借助一個兩比特控制位實現（如表1）。

1.3緩存機制設計

緩存技術是容災恢復機制的關鍵技術，核心思想為：處于K層的存儲設備用作K+1層存儲設備緩存。基于該思想，可將小型局域網內部本地容災服務器用作跨域異地容災服務器緩存，如此，不僅確保了容災距離，而且確保數據恢復速度。

緩存機制實現得益于緩存算法，如工作集時鐘頁面算法、老化算法以及最優最優算法等，其中前兩者具有優異的頁面調度性能，實際應用中較為廣泛。LRU算法，即，當頁面失效時，將未使用時間最長的頁面淘汰掉。但該算法存在不足，即，訪問內存時需要對鏈表進行更新，耗費時間較長，因此，對其進行改進便為老化算法。

老化算法給每頁設置計數器，對頁面訪問情況進行記錄時向右移一位，而后在計數器最左端添加訪問標志。當頁面失效時將計數器最小頁面的值淘汰掉。為更好的使老化算法滿足容災要求，可對其進行適當優化。一方面，同一文件占用的數據塊恢復次數相同時，對文件首塊數據塊設置計數器即可，減少計數器條數。另一方面，算法計數標準依據恢復次數，并將時鐘單位設置為天或更長時間。另外，當僅對異地數據塊進行恢復時或新用戶創建邏輯卷空間不足時，進行替換時刻的執行。

2.容災恢復策略分析

2.1自動備份策略

為實現備份的自動進行，可借助事件或時間觸發器實現備份操作的觸發，用戶僅需對相關備份參數進行設置，實現容災策略的選擇。

依據備份方式備份操作由增強備份與全備份之分，其中全備份的對象是所有文件，備份的數據較為完整，但所需空間較大。而增強備份則是在上次備份的基礎上，備份變化的文件，所需空間小。因此，為確保服務器虛擬化容災恢復工作的順利進行，可根據實際情況選擇增量備份與全備份相結合的方式。

2.2快速恢復策略

快速恢復策略的實現需容災服務器存在數據副本，其中在異地與本地保留副本是較為簡單的方法。此種方法具有速度快、安全性高特點，但具有較高的冗余度，而且需花費較大成本，這就需要在異地和本地容災服務器間運用緩存機制，并借助優化后的算法實現。具體實現為：

（1）當用戶發送快速恢復請求時，容災服務器會創建邏輯卷，并且此虛擬空間分別和異地、本地容災服務器相關區域進行綁定。

（2）當與用戶對應的本地物理卷存在空余空間時，本地容災系統會一直保留備份數據副本（空間不足時會根據算法部分刪除本地數據）。

（3）當進行恢復操作時，備份數據的位置由檢索塊映射表控制位進行判斷，當控制位高位的值為1時表明存在數據備份，可直接進行恢復。當映射表的控制位高位為0時，需從異地進行數據的恢復。從整體上分析得知，運用好的緩存算法可明顯提高平均恢復效率，很好的滿足用戶的基本需求。

2.3容災級別調整策略

本文探討的容災系統基于虛擬映射機制，根據容災能力的不同共分為六個級別，其中一級、三級分別實現近、遠距離容災，五級不僅能夠進行遠距離容災，而且能夠實現數據的快速恢復。二、四、六級在一、三、五級容災的前提下能夠保護敏感備份數據。

考慮到容災備份的實現基于虛擬映射，因此，對其進行更改時修改物理層和虛擬層間的映射即可，并不會給用戶造成不良影響。同時，實現保護敏感備份數據功能時，在邏輯卷中創建卷文件即可，因此，用戶可方便的更改目錄容災級別，以實現改變容災強度的目的。

2.4容災透明維護策略

服務器虛擬化容災恢復花費精力較大，尤其如何解決不修改用戶指定路徑的基礎上，對容量進行透明擴充是需要認真思考的重要問題，而虛擬映射容災系統可很好的解決這一問題。

在虛擬映射容災系統中，所有物理磁盤借助物理卷實現表首尾的映射構成大的VG，而后創建邏輯卷，并將創建信息填入對應的映射表中，當用戶邏輯卷空間不足時，借助邏輯卷號確定對應表項，從卷組中尋找到空閑塊，對邏輯卷映射表進行修改，以達到擴充用戶邏輯空間的目的。通過分析不難發現，擴展的實現主要借助映射表結構的修改，而且用戶觀察到的邏輯視圖和原視圖并無區別，因此，并不會影響用戶的恢復、備份操作。

3.結論

近年來，我國網絡技術發展迅速，一定程度上提高了我國的信息化水平，網絡技術發展中服務器虛擬化容災恢復是當前討論的重要問題。實際工作中應根據服務器虛擬化具體實際，合理設計容災恢復機制。同時，還應采取相關的容災恢復策略，提高容災恢復工作效率，為服務器安全、可靠工作奠定基礎，不斷推進我國信息化水平的邁向新的臺階。

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