浅谈服务器虚拟化的几种容灾恢复机制

◎ 苏一峰 何恩南 广州通信中心

浅谈服务器虚拟化的几种容灾恢复机制

◎ 苏一峰 何恩南 广州通信中心

服务器虚拟化在改善资源分配状况，提高硬件资源利用率方面效果显著，因此被广泛应用在网络技术中。实际应用中为保证服务器数据完整性，需构建容灾恢复机制，降低意外给服务器数据造成的不利影响。本文对服务器虚拟化的容灾恢复机制进行探讨，以供参考。

服务器虚拟化 容灾恢复 机制

随着信息化时代的到来，人们的生产生活不仅要求服务器正常稳定工作，而且遇到意外情况时能够及时恢复到正常工作状态，因此，有必要对容灾恢复机制进行研究，以根据实际情况加以灵活应用，为服务器虚拟化稳定工作奠定基础。

表1　映射表控制位

1.容灾恢复机制设计

1.1容灾架构分析

服务器虚拟化容灾架构中，客户端和本地容灾服务器处于小型局域网中，而局域网大小由容灾备份数据量而定。

容灾架构中容灾服务器与上层客户端应用是两个关键组件，进行实际配置时容灾服务器兼具两个重要功能。容灾系统基本I/O过程为：上层客户端将容灾请求发送给容灾系统，先有本地容灾服务器对相关参数及请求类型进行分析、响应。如为备份请求时，构建本地存储设备的I/ O和客户间的对话连接进行本地备份，完成映射结构填写，将容灾备份返回给客户进行确认，根据请求容灾级别容灾服务器对执行远程备份加以确定。当为恢复请求时大致流程与备份请求相似，区别在于需借助映射结构控制位对数据在系统中的位置加以定位、恢复。

1.2虚拟映射机制设计

本文虚拟映射机制设计基于LVM基本结构，异地和本地磁盘首尾相接构成两个VG，在VG的基础上构建逻辑卷，各逻辑卷在异地、本地VG均有映射区域。考虑到地层物理卷至卷组是卷之间首尾相连的过程，之间的映射为顺序映射，而VC和逻辑卷为任意映射，使得数据存储的灵活性得以提高。映射结构由块映射表、物理卷映射表以及逻辑卷映射表构成。在进行IRP传递时借助映射表查找，对卷偏移和卷号进行修改，以重定向I/O请求。映射表中判断数据请求异地、本地主要借助一个两比特控制位实现（如表1）。

1.3缓存机制设计

缓存技术是容灾恢复机制的关键技术，核心思想为：处于K层的存储设备用作K+1层存储设备缓存。基于该思想，可将小型局域网内部本地容灾服务器用作跨域异地容灾服务器缓存，如此，不仅确保了容灾距离，而且确保数据恢复速度。

缓存机制实现得益于缓存算法，如工作集时钟页面算法、老化算法以及最优最优算法等，其中前两者具有优异的页面调度性能，实际应用中较为广泛。LRU算法，即，当页面失效时，将未使用时间最长的页面淘汰掉。但该算法存在不足，即，访问内存时需要对链表进行更新，耗费时间较长，因此，对其进行改进便为老化算法。

老化算法给每页设置计数器，对页面访问情况进行记录时向右移一位，而后在计数器最左端添加访问标志。当页面失效时将计数器最小页面的值淘汰掉。为更好的使老化算法满足容灾要求，可对其进行适当优化。一方面，同一文件占用的数据块恢复次数相同时，对文件首块数据块设置计数器即可，减少计数器条数。另一方面，算法计数标准依据恢复次数，并将时钟单位设置为天或更长时间。另外，当仅对异地数据块进行恢复时或新用户创建逻辑卷空间不足时，进行替换时刻的执行。

2.容灾恢复策略分析

2.1自动备份策略

为实现备份的自动进行，可借助事件或时间触发器实现备份操作的触发，用户仅需对相关备份参数进行设置，实现容灾策略的选择。

依据备份方式备份操作由增强备份与全备份之分，其中全备份的对象是所有文件，备份的数据较为完整，但所需空间较大。而增强备份则是在上次备份的基础上，备份变化的文件，所需空间小。因此，为确保服务器虚拟化容灾恢复工作的顺利进行，可根据实际情况选择增量备份与全备份相结合的方式。

2.2快速恢复策略

快速恢复策略的实现需容灾服务器存在数据副本，其中在异地与本地保留副本是较为简单的方法。此种方法具有速度快、安全性高特点，但具有较高的冗余度，而且需花费较大成本，这就需要在异地和本地容灾服务器间运用缓存机制，并借助优化后的算法实现。具体实现为：

（1）当用户发送快速恢复请求时，容灾服务器会创建逻辑卷，并且此虚拟空间分别和异地、本地容灾服务器相关区域进行绑定。

（2）当与用户对应的本地物理卷存在空余空间时，本地容灾系统会一直保留备份数据副本（空间不足时会根据算法部分删除本地数据）。

（3）当进行恢复操作时，备份数据的位置由检索块映射表控制位进行判断，当控制位高位的值为1时表明存在数据备份，可直接进行恢复。当映射表的控制位高位为0时，需从异地进行数据的恢复。从整体上分析得知，运用好的缓存算法可明显提高平均恢复效率，很好的满足用户的基本需求。

2.3容灾级别调整策略

本文探讨的容灾系统基于虚拟映射机制，根据容灾能力的不同共分为六个级别，其中一级、三级分别实现近、远距离容灾，五级不仅能够进行远距离容灾，而且能够实现数据的快速恢复。二、四、六级在一、三、五级容灾的前提下能够保护敏感备份数据。

考虑到容灾备份的实现基于虚拟映射，因此，对其进行更改时修改物理层和虚拟层间的映射即可，并不会给用户造成不良影响。同时，实现保护敏感备份数据功能时，在逻辑卷中创建卷文件即可，因此，用户可方便的更改目录容灾级别，以实现改变容灾强度的目的。

2.4容灾透明维护策略

服务器虚拟化容灾恢复花费精力较大，尤其如何解决不修改用户指定路径的基础上，对容量进行透明扩充是需要认真思考的重要问题，而虚拟映射容灾系统可很好的解决这一问题。

在虚拟映射容灾系统中，所有物理磁盘借助物理卷实现表首尾的映射构成大的VG，而后创建逻辑卷，并将创建信息填入对应的映射表中，当用户逻辑卷空间不足时，借助逻辑卷号确定对应表项，从卷组中寻找到空闲块，对逻辑卷映射表进行修改，以达到扩充用户逻辑空间的目的。通过分析不难发现，扩展的实现主要借助映射表结构的修改，而且用户观察到的逻辑视图和原视图并无区别，因此，并不会影响用户的恢复、备份操作。

3.结论

近年来，我国网络技术发展迅速，一定程度上提高了我国的信息化水平，网络技术发展中服务器虚拟化容灾恢复是当前讨论的重要问题。实际工作中应根据服务器虚拟化具体实际，合理设计容灾恢复机制。同时，还应采取相关的容灾恢复策略，提高容灾恢复工作效率，为服务器安全、可靠工作奠定基础，不断推进我国信息化水平的迈向新的台阶。

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