基于Veeam Backup & Replication V11的持續數據保護架構設計

摘 要：針對制造企業24 h連續不間斷的生產系統，基于其虛擬機環境，設計了基于Veeam Backup & Replication V11的持續數據保護（Continuous Data Protection）架構，給出了系統的架構設計圖、數據保留原理圖以及測試流程圖。該系統主要由備份服務器、主備機房虛擬化系統、I/O過濾器、VMware CDP代理組成，經測試，系統切換時間短，數據同步快，操作簡單。

關鍵詞：持續數據保護;CDP;虛擬化;24 h生產

中圖分類號：TP309? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）12-0024-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.007

0? ? 引言

數據保護一直都是各個企業基礎架構的重中之重，對于某些行業，如金融、生產制造、醫療等，每一分鐘的數據停機都會造成直接的經濟損失，給企業帶來重大影響。

進入IT行業以來，筆者一直服務于政府、金融、生產制造行業，根據筆者的經驗，從最初單一的數據備份，到之后的采用本地共享存儲方式的數據保護，再到后期高級的異地存儲鏡像數據保護，這些初級或高級的數據保護技術，每一個都有其不足之處，或是實施成本昂貴，或是恢復時間較長，或是技術難度太高。隨著IT技術的不斷發展，一個新的名詞——“持續數據保護”（Continuous Data Protection，簡稱CDP），開始出現在我們的視野中。

1? ? 持續數據保護介紹

持續數據保護，也稱連續備份或實時備份，是指通過自動保存對該數據所做的每次更改的副本來備份計算機數據，實質上是捕獲用戶保存的每個版本的數據。以其真實形式，它允許用戶或管理員將數據恢復到任何時間點[1]。該技術在1989年被英國企業家皮特·馬爾科姆（Peter Malcolm）申請為“一種備份系統，在該系統中，對存儲介質所做的每個更改的副本都會在更改發生時記錄下來”。

CDP作為一項服務運行，可將數據更改捕獲到單獨的存儲位置，有多種方法可以捕獲涉及滿足不同需求的不同技術的連續實時數據變化。真正的基于CDP的解決方案可以提供精細粒度的可恢復對象，范圍從崩潰一致的圖像到邏輯對象，如文件、郵箱、消息以及數據庫文件和日志[1]。

Veeam公司成立于2006年，從成立至今一直致力于研究數據備份、恢復及管理的解決方案，是行業的領軍者。在其2021年最新推出的Veeam Backup & Replication V11版本中，終于實現了針對虛擬機平臺的CDP（持續數據保護）技術，可以實現秒級的虛擬機CDP數據同步，為用戶提供精確到秒級的RTO（Recovery Time Objective，時間恢復目標）和RPO（Recovery Point Objec-

tive，數據恢復點目標）。

2? ? 系統架構設計（針對××中國投資有限公司）

××中國投資有限公司是一家大型制造企業，其工廠位于上海市奉賢區，廠區內有一期、二期兩幢生產大樓，每期大樓內都建設有機房。在兩個機房中分別部署了VMware虛擬化環境，其中一期機房為生產環境，二期機房為災備環境，兩個機房之間采用萬兆光纖網絡連接。通過Veeam CDP進行持續數據保護，當一期機房虛擬化環境發生故障時，可以在0.5 h內將全部虛擬機切換到二期機房，并恢復到15 s之前的數據。整體CDP架構設計如圖1所示。

2.1? ? 備份服務器（Backup server）

備份服務器上安裝Veeam Backup & Replication軟件平臺，其上運行有Veeam CDP調度服務。該服務負責管理虛擬機之間的I/O數據的對比、復制和傳輸，并控制資源分配。

2.2? ? 源集群和目標集群（Source cluster & Target cluster）

源集群由一期機房的vCenter服務器管理，目標集群由二期的vCenter服務器管理，分別包含了各自的物理主機，每臺虛擬機數據從源集群的主機復制到目標集群的主機上。

源集群的主機讀取虛擬機磁盤數據，通過I/O過濾器處理I/O操作并將數據發送到源VMware CDP代理。目標集群的主機從目標VMware CDP代理接收數據，并在目標主機上的虛擬機副本上保留數據。

此外，目標集群的主機還負責管理虛擬機副本、保留還原點等任務[2]。

2.3? ? I/O過濾器（I/O filter）

在源和目標集群上安裝I/O過濾器后，Veeam Backup &

Replication會自動在添加到集群的所有主機上安裝I/O過濾器。

I/O過濾器負責讀取和處理在源集群主機中受保護的虛擬機數據的I/O操作，并向目標集群的VMware CDP代理發送數據。

此外，I/O過濾器與備份服務器上的Veeam CDP Coordinator Service通信，并通知該服務，如果源集群和目標集群的VMware CDP代理有任意一個不可用，則CDP同步失敗。此I/O過濾器是在vSphere API for I/O過濾（VAIO）的基礎上構建的[2]。

2.4? ? VMware CDP代理（VMware CDP Proxy）

VMware CDP代理是負責數據移動的組件，運行在源集群主機和目標集群主機之間傳輸數據。需要配置兩個代理：一個（源集群代理）在一期生產站點，一個（目標集群代理）在二期災備站點。B38838FF-7371-4061-8A06-23ACEAFF21C7

源集群代理從源集群主機接收的數據為短期還原點準備數據，壓縮和加密數據，然后將其發送給目標集群代理。目標集群代理接收數據，解壓縮和解密，然后發送到目標集群主機。

3? ? Veeam CDP工作原理

3.1? ? 初始同步時期的數據算法

在源主機上，I/O過濾器從虛擬機磁盤讀取所有數據并將其發送到源VMware CDP代理。由于原始虛擬機仍在運行，已傳輸數據塊的數據可能會發生變化。I/O過濾器攔截這些更改并將它們發送給代理。發送更改而不是整個更改的數據塊有助于最大限度地減少通過網絡發送的流量。源代理上的Veeam CDP代理服務對接收到的數據進行壓縮、加密并將其發送到目標代理。目標代理上的Veeam CDP代理服務對收到的數據進行解壓縮和解密，然后向目標主機發送數據。目標主機上的I/O過濾器將接收到的數據保存到虛擬磁盤中。初始同步完成后，Veeam Backup & Replication開始增量同步。

3.2? ? 增量同步時期的數據算法

在增量同步期間，Veeam Backup & Replication會創建短期和長期還原點。為了創建短期還原點，Veeam Backup & Replication攔截虛擬機磁盤上的事務所做的更改，并將這些更改發送到目標數據存儲。更改會不斷傳輸并保存到目標數據存儲上的事務日志中。為了創建長期還原點，Veeam Backup & Replication使用短期還原點的數據并將還原點保存到增量磁盤。長期還原點按計劃創建。

當Veeam Backup & Replication為短期還原點傳輸數據時，在源主機上，I/O過濾器攔截所有I/O操作的數據，并將這些數據發送到源VMware CDP代理。進入RPO后，源代理上的Veeam CDP代理服務會準備短期恢復點所需的數據。為此，Veeam CDP代理服務獲取源VMware CDP代理所累積數據的最新狀態。源Veeam CDP代理服務壓縮、加密數據并將其發送到目標代理。目標Veeam CDP代理服務對接收到的數據進行解壓縮和解密，然后向目標主機發送數據。目標主機上的I/O過濾器將接收到的數據保存到事務日志中。

當計劃創建長期還原點時，如果為CDP策略啟用，應用感知處理技術，Veeam Backup & Replication連接到虛擬機操作系統，部署非持久運行時組件或在虛擬機操作系統上連接/部署持久代理組件并執行處理任務，例如靜默虛擬機上的應用程序并創建一致的應用程序數據視圖。在目標數據存儲上，I/O過濾器使用自上一個長期還原點創建以來創建的短期還原點的數據形成長期還原點。新的長期還原點的數據將保存到增量磁盤。

4? ? 保留策略

Veeam Backup & Replication提供兩種虛擬機還原點保留策略方案：短期留存和長期保留。

××中國投資有限公司生產線24 h運行，考慮到生產數據的重要性，采用8 h內15 s RPO同步周期的短期留存，由于每天晚上所有虛擬機服務器還有備份作業，因此長期保留采用24 h/個保留一天的策略。超過一天的數據損失從備份中恢復。

4.1? ? 短期留存的數據原理

Veeam Backup & Replication檢查復制鏈是否包含過時的短期還原點。如果存在過時的還原點，Veeam Backup & Replication會將短期還原點的數據從事務日志文件提交到最近的技術點（TP），如圖2所示。

如果事務日志文件不包含更多短期恢復點的數據，Veeam Backup & Replication會將事務日志文件刪除為冗余——其數據已提交到技術增量磁盤文件中，如圖3所示。

在沒有相關事務日志文件的技術點仍然存在時，Veeam Backup & Replication會認為該技術點已過時，并將較新的技術點的數據提交到過時的技術點中，如圖4所示。

4.2? ? 長期保留的數據原理

Veeam Backup & Replication檢查復制鏈是否包含過時的長期還原點。如果存在過時的恢復點，Veeam Backup & Replication會重建過時的長期恢復點（LTRP）的文件，以包含更新的長期恢復點的數據。為此，Veeam

Backup & Replication將與長期還原點相關的最早增量磁盤文件中的數據提交到基礎磁盤文件中。基礎磁盤文件在復制鏈中向前“移動”，如圖5所示。

Veeam Backup & Replication會從鏈中刪除最早的增量磁盤文件作為冗余——該數據已提交到基礎磁盤文件中，如圖6所示。

5? ? 切換測試

CDP的切換測試模擬某臺虛擬機故障前15 s在桌面新建文本文件，使用Failover功能切換到CDP備機，檢驗15 s前的文本文件存在，之后運行一段時間修改CDP備機文件內容，模擬原虛擬機修復，使用Failback to production功能將增量數據回遷到原虛擬機，確認文本文件修改內容無誤，使用Commit failback永久回遷。

5.1? ? 切換（Failover）

將原虛擬機關機，在Veeam中選擇已經ready的CDP備機，右鍵選擇Failover now，選擇最近的一個系統還原點15 s前，等待切換完成，花費時間65 s。可以發現CDP備機已經自動啟動，打開CDP備機，檢查桌面上在17：06：21新建文本文檔存在（圖7），說明15 s前新建的數據同步正常。

5.2? ? 回遷（Failback）

在新建文本文件上加入當前時間內容，針對CDP備機選擇Failback to production，等待回遷過程對比磁盤變化量后回遷完成，花費時間100 min。此時CDP備機已自動關機，原虛擬機自動啟動，打開原虛擬機，檢查桌面新建文本文件新增內容存在（圖8），證明新增數據已同步回原虛擬機。

5.3? ? 永久回遷（Failback）

確認數據正確無誤后，選擇Commit failback，將原虛擬機狀態置為生產，CDP同步作業將自動繼續，永久回遷完成時間75 s。

6? ? 結語

本設計中，通過Veeam Backup & Replication V11的持續數據保護功能，實現了15 s內的即時數據同步，當生產環境發生故障時，能夠在分鐘級別的切換時間內，將××中國投資有限公司的全部虛擬化系統遷移到災備機房，保證了生產線的持續工作及數據不丟失，是對各類24 h生產及數據敏感企業非常有效的保護機制。

[參考文獻]

[1] 趙學軍.數據容災技術介紹[J].電子世界，2012（9）：98-100.

[2] 薄鵬，王春海.使用Veeam實現vSphere虛擬機的CDP復制[J].網絡安全和信息化，2021（7）：53.

收稿日期：2022-03-10

作者簡介：陳越東（1977—），男，上海人，工程師，研究方向：計算機系統集成。B38838FF-7371-4061-8A06-23ACEAFF21C7