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關(guān)于云計(jì)算環(huán)境中虛擬機(jī)快照技術(shù)的綜述

2015-05-30 10:48:04呂佳潞
科技資訊 2015年25期
關(guān)鍵詞:快照云端虛擬化

呂佳潞

摘 要:在云計(jì)算環(huán)境中一個(gè)重要的技術(shù)是硬件和儲(chǔ)存資源的虛擬化,而虛擬機(jī)的快照可以提升云端平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),可以透過(guò)快照回復(fù)到之前某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài),讓系統(tǒng)從快照點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行,減少因系統(tǒng)錯(cuò)誤而造成的數(shù)據(jù)丟失;本研究提出了一個(gè)策略型的快照,透過(guò)兩種不同類(lèi)型快照相互搭配,為用戶系統(tǒng)提供保護(hù),用戶只需在接口上選擇虛擬機(jī)的保護(hù)級(jí)別,系統(tǒng)將自動(dòng)的進(jìn)行快照,在虛擬機(jī)發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)選用最近一次的快照進(jìn)行還原,透過(guò)以上所提出的機(jī)制,可以將使用者的損失降低,讓使用者可以更加的輕松以及放心地去使用這些云端服務(wù)。

關(guān)鍵詞:云端 虛擬化 容錯(cuò)機(jī)制 快照

中圖分類(lèi)號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)09(a)-0004-02

大數(shù)據(jù)背景下,通過(guò)云平臺(tái)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行部署與管理已成為現(xiàn)實(shí),給工作生活帶來(lái)極大便利,但云平臺(tái)一旦出現(xiàn)故障,帶來(lái)的損失亦不可估量,比如系統(tǒng)程序需要執(zhí)行一段時(shí)間才可以完成,但是當(dāng)程序執(zhí)行到一半時(shí),系統(tǒng)發(fā)生故障,原本執(zhí)行好幾個(gè)小時(shí)或是好幾天的數(shù)據(jù)就這樣白費(fèi)了,只能重新再執(zhí)行一次,如果有一個(gè)完善的容錯(cuò)機(jī)制在這個(gè)云端平臺(tái)后端的話,將可以減少許多損失[1]。VMware 的虛擬化平臺(tái)提供了快照的容錯(cuò)機(jī)制,可以為多個(gè)虛擬機(jī)建立特定的還原點(diǎn),因此許多人都把快照當(dāng)成一種備份的工具,利用快照來(lái)建立還原點(diǎn),不管虛擬機(jī)是否在運(yùn)作中或是關(guān)機(jī)狀態(tài),只要系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題就可以恢復(fù)到之前的狀態(tài)。透過(guò)上訴的想法,本研究希望可以提供一套良好的容錯(cuò)機(jī)制,而這套機(jī)制將不會(huì)有平臺(tái)的限制,讓多個(gè)平臺(tái)都可以使用,而另外一個(gè)點(diǎn)就是縮短還原點(diǎn)的時(shí)間,如果都是靠使用者自行操作建立還原點(diǎn),將無(wú)法定時(shí)的去建立,然而如果有一個(gè)機(jī)制可以定時(shí)建立快照以及在系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)還原到最新的還原點(diǎn),這樣就可以更加的減少損失,讓使用者可以更加放心的使用。

1 相關(guān)研究背景

1.1 云端平臺(tái)

云端運(yùn)算有三種服務(wù)模式,而基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)IaaS在這種模式下,知名度最高的是 Amazon EC2,目前來(lái)說(shuō) Amazon EC2 算是商業(yè)上 Iaas 的翹楚[2]。Amazon EC2是一個(gè)可以讓用戶透過(guò)網(wǎng)頁(yè)租用云端計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行各自所想要的系統(tǒng),由于是透過(guò)網(wǎng)頁(yè)的方式,用戶可以彈性的調(diào)整虛擬機(jī)的配置,要新增或是刪除使用者都可以自己做決定,也可以在虛擬機(jī)中運(yùn)行各種軟件以及應(yīng)用程式,因此付費(fèi)方式將為使用多少時(shí)間以及多少資源就要付多少,目前常使用這個(gè)平臺(tái)的像是NETFLIX、SHAZAM等等,他們對(duì)于EC2的評(píng)價(jià)也都很高,因此才愿意把環(huán)境架設(shè)在上面,提供服務(wù)給其他使用者,由于 EC2 只要是商業(yè)或是企業(yè)以上的客戶都可以獲得全年無(wú)休的故障排除機(jī)制,為此使用 EC2 才可以保證自己的服務(wù)也都是不間斷的。

1.2 虛擬化技術(shù)

現(xiàn)今計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備發(fā)展迅速,效能也越來(lái)越好,雖然有好的設(shè)備,但是硬件資源使用率低,通常都是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行在一臺(tái)物理服務(wù)器上,容易造成硬件資源的浪費(fèi),透過(guò)虛擬化技術(shù),可將資源重新分配,透過(guò)軟件去仿真硬件,讓執(zhí)行單一操作系統(tǒng)的機(jī)器可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作系統(tǒng),使得該臺(tái)機(jī)器資源使用率提高,之前可能需要多臺(tái)物理機(jī)來(lái)運(yùn)作的程序,如今只需要一臺(tái)就可以搞定,大大的節(jié)省了硬件資源的開(kāi)銷(xiāo)。云端的概念主要是使用虛擬化的技術(shù)提供使用者一臺(tái)如同實(shí)體機(jī)器一樣功能的機(jī)器,用戶不需要知道這臺(tái)機(jī)器在哪里也不需要擔(dān)心管理與維修的問(wèn)題,而管理者可以依照使用者的需求提供客制化的虛擬機(jī)服務(wù)。

一般來(lái)說(shuō),虛擬化技術(shù)算是一種資源管理的技術(shù),它可以將實(shí)體機(jī)上的硬件、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)空間、軟件等設(shè)備重新分配,原本每臺(tái)實(shí)體機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),但是透過(guò)虛擬化技術(shù)的幫忙,讓這些資源變成可切割的,使得資源更加的充分利用。由于現(xiàn)在虛擬化技術(shù)的發(fā)展也趨近于成熟,其實(shí)使用虛擬機(jī)和使用實(shí)體機(jī)上已經(jīng)很難分辨出差異,基本上實(shí)體機(jī)該有的功能虛擬機(jī)都可以透過(guò)虛擬機(jī)的管理程序來(lái)完成模擬的動(dòng)作,因此現(xiàn)在越來(lái)越多人推廣以及使用云端系統(tǒng),虛擬化技術(shù)的成熟在這其中也占了一個(gè)很重要的角色。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù),即一個(gè)可以存放大量數(shù)據(jù)集合的地方,而數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)則為提供用戶在不需要了解數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部實(shí)際運(yùn)作下能有效率且方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理的接口[3]。

(1)管理數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù):DBMS 提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)管理的接口,讓使用者可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行新增、刪除、修改等動(dòng)作,或是新增、刪除一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)用戶權(quán)力的管理:DBMS 提供管理用戶的接口,讓每個(gè)用戶可以擁有不同的數(shù)據(jù)庫(kù)使用權(quán)利,如專(zhuān)業(yè)人員擁有較高的使用權(quán)利,而一般使用者則只能擁有簡(jiǎn)單的權(quán)利等,可避免重要數(shù)據(jù)被不相關(guān)的用戶窺視或是破壞,確保數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)的安全。

(3)效能的控制:提供參數(shù)的設(shè)定讓管理者可依照實(shí)際使用情形調(diào)整最適合的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài),以維持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的最高效能。

(4)備分機(jī)制:對(duì)于某些 DBMS 還提供備份數(shù)據(jù)的機(jī)制,把重要或是超過(guò)時(shí)效性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)至別臺(tái)機(jī)器或是磁帶機(jī)儲(chǔ)存,以避免不可抗力因素的破壞。

2 系統(tǒng)自動(dòng)快照

將自動(dòng)化快照分為三個(gè)類(lèi)型[4],第一種高級(jí)型,提供的保護(hù)效果最好,但相對(duì)來(lái)說(shuō),由于制作完整型快照的次數(shù)較頻繁,因此使用者被中斷服務(wù)的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng),此類(lèi)型比較適合用在執(zhí)行程序所需時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)器上,由于還原后的程序需要持續(xù)運(yùn)行下去,因此將需要使用完整型的快照去進(jìn)行還原,透過(guò)本研究的測(cè)試,為了讓使用者使用起來(lái)不但有最高等級(jí)的容錯(cuò)機(jī)制,亦不會(huì)影響使用者的使用,為此筆者選擇了每三個(gè)小時(shí)執(zhí)行一次完整型快照搭配每一個(gè)小時(shí)執(zhí)行一次快速型快照,而在中級(jí)型,使用者主要保護(hù)的是虛擬機(jī)中的文件系統(tǒng),因此將拉長(zhǎng)兩個(gè)完整型快照的間隔,相對(duì)減少了中斷服務(wù)的時(shí)間,但當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤要進(jìn)行還原時(shí),如果需要包含程序執(zhí)行的狀態(tài),與高級(jí)的相比,將會(huì)損失較多的資料。

在建立快照后,該系統(tǒng)將會(huì)把快照儲(chǔ)存在兩個(gè)地方(本機(jī)端、外部?jī)?chǔ)存空間)除了本身產(chǎn)生快照的位置之外,為了防止實(shí)體機(jī)器發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),連同虛擬機(jī)以及快照檔案一同消失不見(jiàn),因此在建立快照完成后,該機(jī)制將會(huì)備份一份到外部的儲(chǔ)存空間中,當(dāng)使用者在建立完成虛擬機(jī)時(shí),該機(jī)制也會(huì)備份一份虛擬機(jī)的檔案(qcow2)到外部?jī)?chǔ)存空間中,為此使用者將會(huì)又多了一道保護(hù)的措施,將系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤的損失降到最低。

3 系統(tǒng)快照管理

為了要讓使用者方便使用,該研究在快照的管理上可以分為兩部分,第一部份為實(shí)體機(jī)內(nèi)部,每臺(tái)虛擬機(jī)創(chuàng)建快照時(shí),將會(huì)對(duì)快照檔案進(jìn)行命名,名稱(chēng)包含虛擬機(jī) ID、快照創(chuàng)建時(shí)間以及快照種類(lèi),為了要區(qū)分完整以及快速的快照檔,在名稱(chēng)后面加上A或是B以區(qū)分種類(lèi),在用戶接口上,將會(huì)完整的標(biāo)示快照的類(lèi)型,由于儲(chǔ)存空間有限制,每臺(tái)虛擬機(jī)將在內(nèi)部保留十筆最新的完整型快照資料,快速型的快照所需的空間較小,所以在限制上較不會(huì)這么嚴(yán)謹(jǐn),但是在使用者接口上每臺(tái)虛擬機(jī)將會(huì)顯示最新的十筆快照(完整+快速),使用者亦可在介面上自行勾選虛擬機(jī)進(jìn)行快照以及勾選快照名稱(chēng)進(jìn)行刪除,完全并不需要?jiǎng)佑玫街噶?。第二部份為外部的?chǔ)存空間,為了預(yù)防實(shí)體機(jī)的故障,該研究將快照備份至系統(tǒng)之外的 NAS 儲(chǔ)存空間,為了要讓虛擬機(jī)在別臺(tái)實(shí)體機(jī)上可以正常運(yùn)作,因此在創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí),系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)把一份虛擬機(jī)的映像檔傳到 NAS 上去進(jìn)行備份,如此一來(lái)當(dāng)問(wèn)題發(fā)生時(shí),系統(tǒng)將可以使用映像檔和最新的快照在另外一臺(tái)實(shí)體機(jī)上進(jìn)行還原的動(dòng)作,讓使用者可以持續(xù)的使用,而在外部的儲(chǔ)存空間,每臺(tái)虛擬機(jī)將保留最新的三十筆快照,由于高級(jí)型的快照每天大約產(chǎn)生八個(gè)完整型的快照,對(duì)此系統(tǒng)將保留三天左右的快照提供使用者來(lái)進(jìn)行還原的動(dòng)作,相對(duì)來(lái)說(shuō),快速型將保留最新的五十份快照,提供較完善的保護(hù)。

4 系統(tǒng)自動(dòng)還原

自動(dòng)還原機(jī)制不需要使用者或是管理者手動(dòng)操作還原,只需要透過(guò)程序執(zhí)行,就可以知道虛擬機(jī)是否正常運(yùn)行,當(dāng)虛擬機(jī)掛掉后,該機(jī)制將會(huì)透過(guò)快照還原到當(dāng)機(jī)前最后一次快照的時(shí)間點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)程序偵測(cè)到虛擬機(jī)當(dāng)?shù)舳尸F(xiàn)關(guān)機(jī)狀態(tài),系統(tǒng)使用最近一次的快速型快照進(jìn)行還原的動(dòng)作,而偵測(cè)到虛擬機(jī)為開(kāi)機(jī)狀態(tài),發(fā)送封包到虛擬機(jī)有回應(yīng)時(shí),可能狀況為虛擬機(jī)內(nèi)部程序當(dāng)?shù)簦虼藢⑹褂猛暾涂煺者M(jìn)行回復(fù),確保整臺(tái)虛擬機(jī)回到之前的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行下去,當(dāng)發(fā)送封包無(wú)響應(yīng)時(shí),將強(qiáng)制將虛擬機(jī)關(guān)機(jī),使用快速型的快照進(jìn)行還原。

5 結(jié)語(yǔ)

該研究旨在提升云端平臺(tái)的可靠度,主要容錯(cuò)機(jī)制的對(duì)象為云端環(huán)境上的虛擬機(jī)器,透過(guò)該研究提供的容錯(cuò)機(jī)制,可自動(dòng)對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行快照以保存虛擬機(jī)的狀態(tài),方便日后發(fā)生系統(tǒng)崩潰或是誤刪文件等問(wèn)題發(fā)生時(shí),可以利用此快照恢復(fù)系統(tǒng),另外透過(guò)本研究的自動(dòng)化還原機(jī)制,當(dāng)偵測(cè)到虛擬機(jī)有問(wèn)題時(shí),使用者并不需要手動(dòng)選擇快照回復(fù),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇一個(gè)最新的快照來(lái)進(jìn)行還原的動(dòng)作,使用者并不會(huì)感受到有問(wèn)題發(fā)生的感覺(jué)。由于該研究主要保護(hù)的對(duì)象是虛擬機(jī),當(dāng)物理機(jī)發(fā)生問(wèn)題時(shí),相對(duì)會(huì)影響到虛擬機(jī)的運(yùn)作,因此自動(dòng)化快照在創(chuàng)建的時(shí)候會(huì)把快照的檔案?jìng)鞯竭h(yuǎn)程N(yùn)AS進(jìn)行備份,如此一來(lái)當(dāng)物理機(jī)發(fā)生重大問(wèn)題時(shí),可以透過(guò)外部備份的快照以及虛擬機(jī)的映像檔來(lái)進(jìn)行還原的動(dòng)作,讓原本只能重開(kāi)的虛擬機(jī)透過(guò)快照在另外一臺(tái)實(shí)體機(jī)上持續(xù)的運(yùn)作,對(duì)許多研究來(lái)說(shuō),這絕對(duì)是必要的機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇命峰.虛擬機(jī)技術(shù)與性能優(yōu)化的研究[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào),2009,23(5):83-88.

[2] 肖斐.虛擬化云計(jì)算中資源管理的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西安:西安電子科技大學(xué),2010:12-16.

[3] 周敬利,余勝生.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)原理與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005:5-9.

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