基于云計算平臺人工恢復虛擬磁盤數據方法的研究

吳金興

摘? 要： 目前介紹在云計算平臺上人工恢復虛擬磁盤數據的技術文獻比較少，讓很多企業用戶因缺乏自行處理能力而需采購數據恢復服務，做不到即時挽救數據和節約費用。在云計算平臺上通過一常見的典型虛擬磁盤故障實例，研究對虛擬磁盤的三種操作方法，并結合系統運維和數據恢復的技術成功安全地恢復用戶數據?？偨Y了這些方法在企業生產環境中的應用注意事項。

關鍵詞： 云計算; 虛擬磁盤; 數據恢復; 方法

中圖分類號：TP309.3? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）06-37-04

Abstract： At present， there are few of technical documents on manual recovery of the virtual disk data on cloud computing platform， so many enterprise users need to purchase data recovery service because of lack of self-processing ability， and can't immediately save the data and save cost. In this paper， through a typical example of virtual disk failure on cloud computing platform， three methods of operating virtual disk are studied， and combined with the technologies of system operation and maintenance and data recovery， the user data is recovered successfully and safely. The points should pay attention to in the application of these methods in the enterprise production environment are summarized.

Key words： cloud computing; virtual disk; data recovery; method

0 引言

云計算[1]是繼上世紀八十年代大型計算機到客戶端-服務器的大轉變之后的又一種巨變。云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、存儲、虛擬化、負載均衡、熱備份冗余等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。OpenStack作為影響力最大的開源云計算平臺，當它在國內被推廣應用后，基于它彌生出了許多公有云和私有云的產品，這些產品給用戶或者企業帶來非常便利的場景應用和生產環境應用。但是，這也導致用戶數據或者企業數據被集中存儲在數據中心，而且是基于虛擬化技術存儲的。

信息數據是非常重要的，常用辦法是定時備份。雖然云計算的多主機集群技術可解決虛擬實例（VM）在單主機上運行的故障問題。但是當VM系統出現宕機時，可能會因VM的虛擬磁盤文件太大、系統業務需要不能停機或者缺乏備份工具等等客觀因素，導致VM的數據做不到秒級的備份，備份數據存在時效性問題或缺失性問題，這情況下只能通過人工技術手段進行數據恢復了。

在云計算平臺（下簡稱云平臺）方面，缺乏對虛擬實例進行數據恢復的文獻供企業的運維人員參考，使其難以做到快速自行解決問題和節約維護成本。

1 解決思路

在數據恢復開始階段，通常對于傳統硬件磁盤的處理有兩種方法：一是把故障磁盤拆卸并換掛到恢復工作的計算機系統;二是通過軟件工具鏡像磁盤[2]，把鏡像文件復制到恢復工作的計算機系統。然后運用數據恢復軟件對磁盤或者磁盤鏡像文件具體分析，再用不同的數據恢復技術方案處理。云平臺的實例也包含vCPU，虛擬內存，虛擬磁盤等。因此，對于虛擬磁盤的數據恢復，我們也是可以借鑒傳統方式進行的方法。

在云平臺上，無論實例的存儲類型是本地存儲還是共享存儲，它的啟動磁盤在平臺的UI界面上都是無法卸載的，這就導致無法將此磁盤換載到另一個實例中進行識別讀取數據了。那么應該如何對這些虛擬磁盤進行操作，下面將通過一個日常運維中最為常見的典型磁盤故障案例進行舉例。

2 實驗研究

2.1 案例環境介紹

我司于2014年上線了基于OpenStack平臺二次開發的私有云產品，采用KVM虛擬化技術，虛擬機實例是通過用libvirt XML[3]配置文件進行定義的，虛擬磁盤文件存放在云平臺的實例運行主機的本地存儲路徑中。虛擬機實例從windows XP 操作系統虛擬化模板創建，虛擬磁盤文件格式為Qcow2[4]，其中啟動磁盤大小為20GB，另設置一個虛擬磁盤為10GB，文件系統都是NTFS。云計算節點主機的操作系統為Centos 6.5 linux。故障虛擬機實例ID為i-21（instance-00000021），平臺中的實例名稱為nocvm5，系統故障為“error loading operating system”，屬于磁盤級別的故障，如圖1所示，用戶把數據文件保存在操作系統默認的“桌面”和“我的文檔”。用于恢復數據的虛擬機實例ID為i-3f（instance-0000003f），平臺的實例名稱為nocvm26，與nocvm5運行在同一計算節點主機。案例需求是恢復虛擬機nocvm5的“桌面”和“我的文檔”的用戶數據文件。

2.2 數據恢復操作的操作過程和方法

2.2.1 方法一：磁盤換掛讀取

使用遠程終端工具登錄nocvm5和nocvm26同在的計算節點主機centos系統，將實例nocvm5的啟動磁盤掛載到實例nocvm26中識別讀取，然后進行數據恢復操作。

步驟1 在云平臺中關閉實例nocvm5和nocvm26，在主機系統上進入“/etc/libvirt/qemu”路徑，備份虛擬化實例[5]的XML文件，操作過程見圖2（b）的步驟1。在生產環境中，強烈建議對修改的操作，先備份后謹慎操作。

步驟2 查看instance-00000021.xml文件，把文件中disk模塊的source file值（即實例的虛擬磁盤文件具體路徑）記錄下來，hd_0.img文件為啟動盤，hd_1.img文件為第2磁盤。編輯3f.xml文件，修改后的內容見圖2（a），圖中矩形區域為增加內容，source file的值為磁盤文件路徑;dev的值為磁盤數的設備編號，從vda開始不能重復，此處vdc是第三個磁盤;若添加其他磁盤，復制此段代碼并修改source file和dev的值即可。主機命令操作見圖2（b）的步驟2。

步驟3 在主機系統上取消定義[6]虛擬機實例nocvm26，然后用修改后的3f.xml定義虛擬機實例nocvm26，見圖2（b）的步驟3。

步驟4 前3個步驟是磁盤換掛過程，此處開始為數據恢復的操作步驟。首先在云平臺中啟動虛擬機實例nocvm26，然后遠程連接其XP系統，在“我的電腦”中會出現“本地磁盤E”，即新掛載的故障磁盤。但是，它的文件系統NTFS格式丟失了，運行E盤時會錯誤提示磁盤未格式化，這也就是由其引導的操作系統無法啟動的問題所在。注意事項，千萬不能格式化故障磁盤！

步驟5 運行準備好的winhex軟件[7-8]進行數據恢復。在winhex程序菜單中依次選擇“Tools”→“open disk ..”→“Physical Media”→“HD2”打開Hard disk 2（即E盤），仔細分析磁盤扇區數據并發現有被修改過的痕跡，boot sector的數據被重寫為FF，如圖3（a）。再次打開Hard disk 0（即當前nocvm26的C盤），查看其正常的boot sector，如圖3（b）。此案例的修復辦法有兩種：一是使用NTFS的boot sector備份數據[9]來修復;二是因disk2和disk0是相同虛擬鏡像模板創建的，所以NTFS的boot sector數據是一樣的，可用此來修復。本案例因disk2被破壞，所以用了第二種解決辦法，復制disk0的000007E00至000007FFF扇區數據后在disk2的000007E00處開始寫入，寫入結果如圖3（c）所示，然后點擊“保存”。刷新“我的電腦”并打開E盤，此時E盤的系統文件已可識別，如圖3（d），但不建議用戶繼續使用。將用戶的數據文件存儲到安全的位置，完成后退出所有程序，關閉系統。

步驟6 在主機系統上取消定義實例nocvm26，使用instance-0000003f.xmlbak文件重定義實例nocvm26，見圖2（b）的步驟6。

2.2.2 方法二：磁盤文件格式轉換

因磁盤文件格式是Qcow2，數據恢復工具不能直接讀取hd_0.img里面的數據。因此需要將Qcow2文件格式轉換成Raw格式[4]后，再把Raw鏡像文件轉移到數據恢復工作的計算機系統上，用數據恢復軟件打開Raw鏡像文件，數據恢復過程參考方法一。

在主機上磁盤格式轉換的命令，如下：

此方法缺點明顯，磁盤轉換的時間與磁盤大小成正比，特別是磁盤越大，轉換所需時間越長，文件轉移的時間越長，總恢復時間就更多。而且在轉換過程中會占用主機系統一定的運行資源。此方法在生產環境中不可取，測試環境可以實驗。

2.2.3 方法三：利用win PE啟動的ISO光盤鏡像

在互聯網下載一個免費win PE系統的ISO光盤鏡像文件，它集成了磁盤管理工具和數據恢復等系統維護軟件。然后利用云計算平臺可以上傳光盤鏡像的功能，將win PE的ISO文件上傳到平臺，設置虛擬實例nocvm5一個光驅，然后選擇引導以光盤鏡像啟動虛擬機，如圖4（a）至（b）所示。啟動nocvm5并進入win PE 系統后，根據具體故障情況分析，數據恢復過程參考方法一。注意，必須將恢復后的數據文件轉移到其他網絡存儲介質上。在虛擬環境下，win PE系統可能會因顯卡驅動程序不兼容而導致桌面顯示不正常，請更換兼容虛擬化的win PE光盤鏡像。

3 討論

綜上所述，方法三的技術要求比較低，是最安全的。方法一的底層操作技術，在運維時會經常使用到，建議靈活去應用;而且對于技術資深者而言，方法一優于方法三。方法二，如果云計算平臺啟用了加密技術，導出的磁盤文件可能經過加密處理，脫離了此平臺后會無法進行解密而且效率低，建議熟知格式轉換方法即可?？傊?，在生產環境中，應當謹慎地根據實際環境條件選擇最佳的方法。

4 結束語

上述的方法對基于OpenStack云計算平臺和KVM虛擬化技術的云產品是通用可行的，其他虛擬化平臺可以借鑒此方法，萬變不離其宗，根據平臺特性和配置環境去研究分析與具體處理。另外，上述案例中是對Windows系統的虛擬磁盤恢復，與其他操作系統的磁盤恢復過程不一樣。從云平臺運維技術到數據恢復技術的貫穿，取決于掌握技術知識面的程度，作為系統運維人員應該努力去學習和積累，希望此文能夠幫助更多的同行和計算機愛好者。

參考文獻（References）：

[1] 藍天狂海.云計算.百度百科.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%91%E8%AE%A1%E7%AE%97/9969353？fr=aladdin，2018-12-24.

[2] 馬林.數據重現-文件系統原理精解與數據恢復最佳實踐[M].清華大學出版，2009.4（1）：417-431

[3] Libvirt XML Format. https：//libvirt.org/formatdomain.html#elementsDisks

[4] Mark McLoughlin.The QCOW2 Image Format.https：//people.gnome.org/～markmc/qcow-image-format.html，2008-9-11.

[5] shanliangliuxing.openstack中虛擬機實例的備份與恢復.https：//blog.csdn.net/shanliangliuxing/article/details/8271935，2012-12-18.

[6] 上善若水75.Ubuntu12.10下搭建基于KVM-QEMU的虛擬機環境（九）.https：//blog.csdn.net/hbsong75/article/details/9247111，2013-07-04.

[7] 莫顧爾在.winhex比較詳細的圖文使用教程.https：//blog.csdn.net/weixin_39282491/article/details/80881468，2018-07-02.

[8] bcbobo21cn.圖解WinHex使用入門.https：//blog.csdn.net/bcbobo21cn/article/details/51187699.

[9] 狂愛莎嬌.用winhex解決“磁盤未被格式化，是否格式化”.http：//blog.sina.com.cn/s/blog_40748c3c0100fpz8.html，2009-12-02.