专家解析:如何保护服务器虚拟环境
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编者按

  企业导入服务器虚拟化,近年来受到很大的瞩目,这项决定虽然整合了分散在各台实体服务器设备的运算资源,但相对地也集中了风险,使得实体主机一旦故障,所造成的连带影响远大于过去。因此要让虚拟机器走出单纯的测试环境,实际、大规模地承担企业重要的应用服务,就得解决数据保护与系统备援问题。
【正文】
  类型3 储存端备份

  许多企业级的中高阶储存设备都提供了快照或复制功能,因此也可利用储存设备的快照功能执行备份工作。从储存端备份的最大优点是不会占用前端主机硬件资源,属于无主机(Serverless)型式的备份。但储存端备份亦有几个需要注意的问题:

  ● 磁盘阵列属于底层的基础设备,是以LUN或Volume向前端主机提供空间,本身并不去管前端主机在这些LUN中如何储存数据,或是这些LUN中存放了什么类型的数据。储存端执行的快照或复制,只是一个区块(Block)接着一个区块的抄录数据制成复本,因此这样得到的复本,是整个LUN或Volume的复本,还原时也是以整个LUN或Volume为单位。必须将这些LUN或Volume挂载到虚拟平台上指定的虚拟机器后,才能辨识并存取其中的特定档案。

  ● 某些虚拟平台可允许以NFS方式存取数据(如VMware ESX Server),这时候向主机提供Volume的后端储存设备(即NAS),就能以档案方式识别前端存放在Volume中的虚拟机器档案(.VMDK),因此能执行映像层级的备份。

  ● 必须配合虚拟平台本身的Script指令,才能执行热备份,确保快照复本的可用性。

  ● 储存端的备份虽然不会占用前端主机的硬件或网络资源,但会占用储存设备自身的I/O资源,因此当储存设备自身在执行快照或复制时,便会影响到提供给前端服务器的I/O处理能力,从而降低虚拟机器的执行效能。

  再考虑到不同储存设备采用的快照技术差异,某些厂商是采用「一次读取加两次写入」的方式,另一些厂商采用「一次写入」的机制,不同快照方式对储存系统造成的I/O负担不同。

  因此,某些厂商储存设备起动快照时,I/O吞吐量会降低50~70%之谱,而另一些厂商的储存设备则只有10~15%的降低,不同厂牌储存设备间的差异非常大。

  所以虽然许多储存设备都能提供快照或复制功能,但并不是所有这些设备,都适合用来为虚拟机器进行储存端备份,如果在那些快照会严重影响I/O效能的设备上,强行执行快照备份,则在快照执行期间,将会导致前端服务器上的虚拟机器磁盘效能大幅下降,甚至陷入停摆的窘境。

  所以若考虑使用储存设备提供的快照功能进行备份,必须特别注意快照对储存设备效能的影响。

  作法2 虚拟环境的备援

  备份只是最基本的数据保护手段,只是保留了「数据」的复本,但并没有可让这些数据马上发挥作用的「系统」,用户必须先找到合适的系统,再将备份复本还原到系统上,才能完整回复原来的系统服务。对某些执行关键任务、不允许服务中断,或仅允许极短暂中断的系统来说,由于从备份复本还原系统所需时间,从数小时到数分钟不等,因此仅有备份便不能满足需要。

  这时候就必须让可在极短时间内接续原系统服务的备援系统上场,构成具备自动失效转移能力的高可用性(High Availability)系统。

  与备份相同,虚拟环境中的备援亦能分为三个层级,分别为应用程序层、虚拟机器层与实体机器层:

  第1级 实体机器层备援

  即为执行虚拟软件的实体机器建立备援,这是最基本也最重要的备援层级。一台实体主机上通常会同时执行好几台虚拟机器,一旦实体主机故障或失效导致停机,则其执行的多个虚拟机器,以及这些虚拟机器所执行的服务通通都会中断。要维持服务的持续,最基本的方法就是,另外找一台主机与原有实体主机构成丛集(Cluster),以在实体主机故障时接替工作。

  要为实体主机建立丛集有多种方法,可透过虚拟平台自身提供的机制,也可透过第三方厂商提供的丛集软件。前者如VMWare Infrastructure的High Availability、Virtual Iron的LiveRecovery等,这些功能可为多台实体主机建立丛集备援关系,安装在实体主机中的代理程序可透过心跳(Heartbeat)侦测检视丛集中其它主机的状况,若有任何主机未能响应心跳信号,就立即在事先指定的备援主机上启动虚拟主机。

  当然用户也可以不使用虚拟平台提供的备援机制,而采用Symantec的Veritas Cluster Server for VMware ESX这类可搭配特定虚拟平台的丛集软件,来为虚拟环境中的实体主机建立备援。

  第2级 虚拟机器层备援

  实体机器层的备援,可为整台实体机器建立监控与将任务实时切换到正常主机上的机制,理论上只要保护了底层的实体主机,则其中运作的虚拟机器也获得了保护。

  但某些情况下出问题的只是某个虚拟主机,而不是整台实体主机,这种情况下显然不需要切换整台实体主机,所以这时候需要的就不是整台实体主机的备援,而是针对实体主机上的虚拟机器的备援。

  要为实体机器上的特定虚拟主机建立丛集有几种方法,最简单的就是将虚拟主机当成实体主机一样,在多台虚拟主机上安装Veritas Cluster Server(VCS)、Microsoft Cluster Server(MSCS)之类的高可用性(HA)丛集软件,为指定的虚拟机器间建立丛集关系,以在丛集中任何虚拟主机失效时,自动将工作切换到另一个虚拟主机。

  这种方式的缺点就是需要大量的软件授权,必须为每一个欲加入丛集的虚拟主机购买丛集软件授权,而且许多丛集软件都是按照处理器或核心的数目计价,所以如果在虚拟机器中设定的处理器数目或核心越多,费用也随之增加。

  如果用户在虚拟机器上执行的是Linux或Unix操作系统,则他们都提供了对应的高可用性丛集功能,如Sun的Solaris Cluster、RedHat Cluster Suite等,而且在这些平台上都能找到开源式的解决方案,可替用户省下不少授权费用。

  某些专门针对虚拟环境的丛集软件也值得一提,如Veritas Cluster Server for VMware ESX除了能执行实体机器层的失效转移外,还能监控虚拟机器层的运作,在特定虚拟机器失效时自动切换到同一台实体机器上的另一个虚拟机器,或是另一台实体机器的虚拟机器。

  第3级 应用程序层备援

  虚拟机器层的备援机制只能对应虚拟机器的失效转移,这个层级的失效侦测只针对虚拟机器,但有许多情况是虚拟机器上执行的应用程序失效了,但虚拟机器本身仍在执行。

  而虚拟机器层的高可用性备援机制,一般只能监控虚拟机器本身是否仍在运行,而无法发现执行的应用程序或特定服务运作是否正常。因此仅依靠虚拟机器层的备援,仍无法完全确保系统服务的不间断运作。

  针对这类虚拟机器本身正常,但应用程序或服务可能失效的问题,需要的是可监控虚拟机器内执行的应用程序或服务的丛集软件,以在某个虚拟机器内的应用程序或服务失效时,自动将服务切换到另一个虚拟机器上。

  要建立应用程序层的备援可有几种方式。一为采用可支持虚拟机器内服务监控的丛集软件,如Symantec的VCS for VMware ESX就宣称除了能监看VMware ESX的实体机器与虚拟机器外,还能透过RemoteGroup代理程序监看虚拟机器内的服务或应用程序,即使虚拟机器仍在运作,但只要系统发现其执行的应用程序不正常,就会自动执行切换动作。

  当然这也要应用程序本身的配合,不是任何应用程序都能接受丛集软件的监控与切换管理,以VCS for VMware ESX为例,能支持的应用程序为微软IIS、SQL Server 2000/2005、Exchange 2003/2007、Apache、Oracle 10g、SAP(Linux)等。

  另一种方式就是把虚拟机器当成实体机器,在多台实体机器上安装MSCS、VCS等丛集软件,然后在这些虚拟机器上安装Exchange 2003/2007、SQL Server、Oracle等支持丛集的应用程序,这样也能建立起应用程序层的备援。
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