如何应对云计算环境下 VMware 虚拟机备份挑战？

 一、可行性评估

1.1 背景

2016年初国家出台《中国金融业信息化“十三五”发展规划(征求建议稿)》[1] 强调“科学利用云服务，提升金融服务能力和效率”。同年7月《中国银行业信息科技“十三五”发展规划监管指导意见(征求意见稿)》[2 ]明确提出：积极开展云计算架构规划，主动和稳步实施架构迁移。在中国信通院2018年金融行业云计算技术调查报告中显示参与调查的机构中近九成金融机构已经或正计划应用云计算技术。这其中，近1/3 已经部署了小规模以上(>500)的虚拟服务器;vmware 和openstack 占比为2.67:1;openstack用于生产环境占总环境不足20%[3]。在金融行业生产环境中vmware架构为主流架构。

另一方面，金融业竞争日益加剧，业务对IT技术呈现极强的依赖性，对IT系统的可用性、连续性、安全性提出更高要求。以合理的成本构建vmware环境下完备的高可用体系才能适应新形势要求。虽然vmware提供FT、HA等特性在一定程度上保障了业务连续性，但是仍无法应对数据意外的的丢失如人为误删、意外覆盖或存储介质损坏等，因此从备份副本中恢复数据尤为重要。

对于vmware虚拟化环境下的备份系统建设，金融企业主要面对以下挑战：

1. 有限的备份窗口及带宽：按照小型虚拟机(硬盘配置50GB)，以目前虚拟数据中心主流规模1000 台进行计算每天需要备份数据为50TB。在数据中心常用的千兆网环境下，无法预留出足够的备份窗口。即使在万兆带宽条件下，每天全量备份时间最少需要14小时，也很难满足业务需求。

2. 备份介质存储开销：以每天备份一次，每个副本保留7天计算，总计保存7个副本，，需要存储容量为350TB(50TB*7)，存储备份数据带来巨大开销。

3. 额外运维成本：为加快运营响应速度，需要频繁地对业务系统虚拟机进行新增、删除、迁移、重命名等变更操作。备份策略需要及时配合变更，增加额外运维开销。

4. 有限恢复窗口：金融行业对于业务连续性要求近乎苛刻。在部分数据丢失情况，却需恢复整体数据，漫长的恢复时间对于金融行业无法接受。

在有限带宽和存储空间下快速对大规模Vmware虚拟机集群进行备份，成为金融业迫切需求之一。

1.2 项目价值

数据是金融业务系统的核心，当前环境下大量生产业务系统运行在Vmware虚拟机中。Vmware虚拟化后端存储分为集中式存储、分布式存储、本地存储。存储资源池化提高了资源利用率的同时也集中了故障风险。任一存储的故障都会带来数10台甚至数百台虚拟机的数据丢失为金融企业带来不可估量的损失。对Vmware虚拟机整机备份可以在人为操作失误，软件缺陷，硬件异常，自然灾害等诸多意外情况下保证数据完整性，有效性。

1.3 项目预期

在现有千兆网络带宽条件下，按照8小时备份窗口对于所有生产虚拟机自动进行整机备份。备份频率为每日进行一次备份。备份数据按照业务系统等级保留多个副本。确保在系统故障情况下快速恢复业务，在数据丢失情况下能按照整机或者文件颗粒快速恢复数据。需提供解决方案以在Vmware环境变化时，自动更改备份策略适应新环境。不改变现有网络架构前提下避免大规模企业网络架构调整带来额外开销。采用重删算法，以数十倍的重删比降低存储备份介质消耗，节省存储资源。

1.4 重大风险揭示与管理：

在解决方案实施过程中，企业虚拟化环境可能会存在多个版本及配置。对备份任务执行效果带来负面影响。提前调研企业虚拟化环境，收集确认各组件版本信息以及每套虚拟机配置信息。在备份方案实施之前对各组件进行升级解决已知BUG或变更配置优化效率。由于首次备份为全量备份需要耗费较多时间，按照现有网络带宽对初始备份任务进行分批规划，提前安排首次备份时间。

1.5 预算评估：

预算构成分为软件许可费用和硬件费用两部分。

软件许可费用至少包含以下：

1. 重删容量许可

2. 虚拟机备份许可。

硬件费用包含以下：

按照业务类型、网络类型以及监管要求将虚拟机分成不同的备份任务集。考虑到日后一定时间内增长情况按照1:50重删比进行估算购置等量空间备份介质存储设备。

为了控制成本，可以考虑将备份系统运行在虚拟化环境中。每套服务器配置多张网卡，将备份介质服务器绑定到单独物理网卡独占带宽。

1.6 关键技术路线选型

目前市面上提供了多款虚拟化备份软件，例如Veeam、Networker、nbu以及vmware公司的vdp(在之后的vmware产品中将不再可用[4])。后端存储可以选择集中式块存储、datadomain、msdp。各主流厂商基本上都采用调用Vsphere-Api技术进行备份实现。解决方案分为软硬件一体化解决方案例如Veeam、avamar、NBU一体机或备份软件+重删磁盘阵列方案例如Nbu+msdp/datadomain、Networker+datadomain等。

在进行选型之前，首先应考虑公司Vmware虚拟化环境当前运行架构，例如是否包含万兆网、是否包含SAN网络等选择合理解决方案。在选型过程中，除了考虑备份效率还需着重对备份任务管理进行考量。例如备份策略的建立、维护、备份报表的生成、与公司已有备份架构的融合。参考其他特性以及成本完成最终的产品选型。

2 方案设计

2.1 项目目标

项目目标包含以下四个方面

1. 在规定备份时间窗口内完成备份任务。

2. 建立智能备份策略。

3. 自动生成报表。

4. 实现即时恢复。

2.2 项目的整体架构以及组成部分说明

以下为使用NBU解决方案的典型的Vmware虚拟化逻辑架构。架构图中每套宿主机配置三个网络，分别为千兆数据网、千兆管理网、SAN网络。由此将管理流量、业务流量、存储流量相分离，避免互相影响。由于管理网主要用于监控数据、故障切换、Vmotion，常规情况下流量不大。备份流量虽然在任务发起期间会占用大量管理带宽，但是考虑到备份任务一般在业务低峰期发起，因此对管理网影响有限。另一方面，管理流量和业务流量、存储流量相分离的设计方案保证了业务带宽和存储带宽使得业务可用性不受影响。架构中包含若干套NBU-MSDP服务器完成备份数据重删，增加并发备份流，提高备份速度。

（编辑：源码网）

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