CN111124620A - 一种用于io过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法 - Google Patents

一种用于io过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，包括在主机上创建一台虚拟机；在主机上安装一个VIB插件程序；将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到主机上；对主机上的虚拟机磁盘进行全量、增量备份；实时捕获主机上的虚拟机的客户操作***发送到虚拟机磁盘的I/O请求，将捕获到的I/O请求写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘；对于无法及时处理完成的I/O请求，将I/O请求记录到位图文件，然后将位图文件中记录的虚拟机磁盘的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。本发明只需要在主机上安装VIB插件程序和新建一台虚拟机，插件工作在主机的用户空间，插件的故障不会引起主机的***内核崩溃。

Description

一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法
技术领域
本发明属于数据存储和备份技术领域，具体涉及用VMware VAIO(vSphere APIsfor I/O Filtering)捕获ESXi主机上的虚拟机的GuestOS(客户操作***)发送到VMDK(Virtual Machine Disk，虚拟磁盘)的任何I/O请求的持续数据保护方法。
背景技术
随着用户数据的指数级增长，用户需要使用越来越多的服务器设备来计算和存储数据，在这种情形下，用户的运营成本不断增加。为了降低运营成本，越来越多的用户使用在虚拟化平台上的虚拟机来计算和存储数据。VMware ESXi是业界领先的服务器虚拟化平台，用户可以根据自身需求在VMware ESXi虚拟化平台上创建不同的虚拟机。
随着信息化水平的不断提高，数据已经成为企业赖以生存的基础，数据丢失所造成的损失也日益严重，用户越来越重视数据安全。传统的持续数据保护方法虽然能够应用到VMware ESXi虚拟化平台的虚拟机上，但是这种方法主要存在如下缺陷：
(1)需要在虚拟机(客户的生产环境)上安装客户端代理程序，这样的话，会占用生产虚拟机的资源(包括CPU、内存等)，影响生产虚拟机的性能。客户端代理程序的I/O过滤驱动模块运行在操作***的内核空间，基于操作***的内核级文件***捕获虚拟磁盘的I/O请求，I/O过滤驱动模块的故障可能会引起操作***内核崩溃。
(2)客户端代理程序的数据备份程序需要解释磁盘、分区或者逻辑卷的文件***。Windows***和Linux***的文件***很多，解释文件***过于复杂。
(3)操作***的版本太多。为了支持不同类型的操作***(Windows、Linux等)、操作***的不同发行版本(CentOS、RedHat、Oracle、Ubuntu、SUSE、Neokylin、Kylin、Debian、Linx等)及不同的***内核版本，需要数据厂商花费大量研发成本去适配客户端代理程序以满足不同的客户生产***。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，不需要在生产虚拟机上额外安装任何程序，只需要在主机上新建一台虚拟机和安装一个VIB插件程序，新建的虚拟机用来安装运行客户端代理程序；VIB插件程序提供I/O过滤器功能工作在ESXi主机的用户空间，插件的故障不会引起ESXi主机的***内核崩溃。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，包括以下步骤：
(1)在主机上创建一台虚拟机，用来安装及运行客户端代理程序；
(2)利用互联网小型计算机***接口协议将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到主机上；
(3)利用虚拟磁盘开发工具包对主机上的虚拟机磁盘进行全量备份和增量备份；利用虚拟磁盘开发工具包接口将主机上的虚拟机磁盘的有效数据写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘；
(4)在主机上安装一个VIB插件程序，VIB插件程序提供I/O过滤器功能，用来处理虚拟机的客户操作***发送给虚拟磁盘的I/O请求；所述I/O过滤器捕获主机上的虚拟机的客户操作***发送到虚拟机磁盘的I/O请求，将捕获到的I/O请求加入到I/O队列，然后写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘；对于无法及时处理完成的I/O请求，将I/O请求记录到位图文件；
(5)将I/O队列中的I/O请求或者位图文件中记录的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。
步骤(2)中，利用互联网小型计算机***接口协议将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到主机上，具体步骤如下：
(2-1)所述客户端代理程序查询主机上的虚拟机及虚拟机磁盘信息，并将查询到的信息通过TCP/IP套接字发送给服务器；
(2-2)所述服务器的服务端代理程序根据接收到的虚拟机磁盘信息，在所述服务器上创建虚拟磁盘设备，且将虚拟磁盘映射为iSCSI目标；
(2-3)所述客户端代理程序根据服务器的IP地址为主机配置iSCSI；iSCSI配置完成后，即可在主机的对应目录下看到服务器挂载过来的虚拟磁盘设备。
步骤(4)中，在主机上安装一个VIB插件程序，VIB插件程序提供I/O过滤器功能，将被持续数据保护的虚拟机磁盘连接到I/O过滤器插件，然后就可以开始处理虚拟机的客户操作***发送给虚拟机磁盘的I/O请求，具体步骤如下：
(4-1)所述主机上的虚拟机的客户操作***向虚拟机磁盘发送I/O请求；
(4-2)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块开始处理I/O请求；处理完成后，将I/O请求发送给用户空间的I/O过滤器模块；
(4-3)所述用户空间的I/O过滤器模块开始处理I/O请求；处理完成后，将所述I/O请求加入到主机***的工作队列，发出继续请求，然后将I/O请求返回给主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块；
(4-4)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续处理I/O请求，然后将I/O请求发送给磁盘设备驱动；
(4-5)所述磁盘设备驱动完成I/O请求，并将结果返回给主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块；
(4-6)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块再次将已完成的请求发送给用户空间的I/O过滤器模块；
(4-7)所述用户空间的I/O过滤器模块处理I/O请求完成，发出完成请求，然后通知主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块I/O请求处理完成；
(4-8)所述主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续执行I/O请求，然后将I/O请求的处理结果返回给所述虚拟机VM的客户操作***。
步骤(4-3)中，所述用户空间的I/O过滤器处理I/O请求方法如下：
将实时捕获到的I/O请求加入到I/O队列，或者将I/O请求在虚拟机磁盘中的偏移位置和大小记录到位图文件，且记录相应的计数器。
步骤(5)中，具体步骤如下：
(5-1)根据位图文件中记录的计数器，设置所述虚拟机磁盘的状态；
(5-2)根据所述虚拟机磁盘的状态，将位图文件中记录的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘或者将I/O队列中的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。
本发明的客户端代理备份程序不需要解释磁盘、分区或者逻辑卷的文件***，直接利用VMware的虚拟磁盘开发包来获取虚拟机磁盘的有效数据。本发明无需在生产虚拟机上额外安装任何程序或者插件，只需要在ESXi主机上安装一个VIB插件程序就能够实时捕获ESXi主机上的虚拟机的客户操作***发送到虚拟机磁盘的任何I/O请求。该插件运行在ESXi主机的用户空间，不会影响用户的生产虚拟机。
附图说明
图1是ESXi主机、CDP服务器、Agent虚拟机之间的通信流程图。
图2是ESXi主机上，从虚拟机的客户操作***到虚拟机磁盘的I/O流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明的一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，具体包括以下步骤：
(1)利用iSCSI协议将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到ESXi主机上。具体实施步骤如下：
(1-1)客户端代理程序查询主机上的虚拟机及虚拟机磁盘信息，并将查询到的信息通过TCP/IP套接字发送给服务器。
(1-2)服务器的服务端代理程序根据接收到的虚拟机磁盘信息，在服务器上创建虚拟磁盘设备，且将虚拟磁盘映射为iSCSI target(iSCSI目标)。
(1-3)客户端代理程序根据服务器的IP地址为主机配置iSCSI。iSCSI配置完成后，在主机的对应目录下可以看到服务器挂载过来的虚拟磁盘设备。
(2)客户端代理程序利用VMware VDDK技术对主机上的虚拟机磁盘进行备份，包括全量备份和增量备份。利用VDDK接口直接将ESXi上的虚拟机磁盘的有效数据写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。
(3)在主机上安装一个VIB插件程序，该插件程序工作在用户空间，用来提供I/O过滤器功能。将需要被持续数据保护的VMDK(Virtual Machine Disk，虚拟机磁盘)连接到I/O过滤器插件，然后I/O过滤器能够实时捕获主机上的虚拟机的客户操作***发送到该虚拟机磁盘的I/O请求，将捕获到的I/O请求写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。参见图2，具体实施步骤如下：
(3-1)ESXi上的VM(Virtual Machine，虚拟机)的客户操作***向VMDK发送I/O请求。
(3-2)ESXi主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块开始处理I/O请求，处理完成后，将I/O请求发送给用户空间的I/O Filtering。
(3-3)用户空间的I/O Filtering开始处理I/O请求。将实时捕获到的I/O请求加入到I/O队列或者bitmap位图文件，处理完成后，将I/O请求加入到ESXi***的工作队列，发出Continue请求，将I/O请求返回给ESXi主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块。
(3-4)ESXi主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续处理I/O请求，然后将I/O请求发送给磁盘设备驱动。
(3-5)磁盘设备驱动完成I/O请求，并将结果返回给vSphere I/O过滤器框架模块。
(3-6)ESXi主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块再次将已完成的请求发送给I/O过滤器。
(3-7)用户空间的I/O Filtering处理I/O请求完成，发出Completion请求，然后通知ESXi主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块I/O请求处理完成。
(3-8)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续执行I/O请求，将I/O请求的处理结果返回给虚拟机VM的客户操作***。
(4)将I/O队列中的I/O请求或者位图文件中记录的I/O请求同步到CDP服务器挂载到ESXi主机上的虚拟磁盘。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在主机上创建一台虚拟机，用来安装及运行客户端代理程序；
(2)利用互联网小型计算机***接口协议将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到主机上；
(3)利用虚拟磁盘开发工具包对主机上的虚拟机磁盘进行全量备份和增量备份；利用虚拟磁盘开发工具包接口将主机上的虚拟机磁盘的有效数据写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘；
(4)在主机上安装一个VIB插件程序，VIB插件程序提供I/O过滤器功能，将需要被持续数据保护的虚拟机磁盘连接到I/O过滤器插件，然后开始处理主机上的虚拟机的客户操作***发送给虚拟机磁盘的I/O请求；所述I/O过滤器捕获主机上的虚拟机的客户操作***发送到虚拟机磁盘的I/O请求，将捕获到的I/O请求加入到I/O队列，然后写入到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘；对于无法及时处理完成的I/O请求，将I/O请求记录到位图文件；
(5)将I/O队列中的I/O请求或者位图文件中记录的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。
2.根据权利要求1所述的用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，其特征在于，步骤(2)中，利用互联网小型计算机***接口协议将服务器上的虚拟磁盘设备挂载到主机上，具体步骤如下：
(2-1)所述客户端代理程序查询主机上的虚拟机及虚拟机磁盘信息，并将查询到的信息通过TCP/IP套接字发送给服务器；
(2-2)所述服务器的服务端代理程序根据接收到的虚拟机磁盘信息，在所述服务器上创建虚拟磁盘设备，且将虚拟磁盘映射为iSCSI目标；
(2-3)所述客户端代理程序根据服务器的IP地址为主机配置iSCSI；iSCSI配置完成后，即可在主机的对应目录下看到服务器挂载过来的虚拟磁盘设备。
3.根据权利要求1所述的用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，其特征在于，步骤(4)中，在主机上安装一个VIB插件程序，VIB插件程序工作在用户空间，用来提供I/O过滤器功能，将需要被持续数据保护的虚拟机磁盘连接到I/O过滤器插件，然后开始处理虚拟机的客户操作***发送给虚拟磁盘的I/O请求，具体步骤如下：
(4-1)所述主机上的虚拟机的客户操作***向虚拟机磁盘发送I/O请求；
(4-2)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块开始处理I/O请求；处理完成后，将I/O请求发送给用户空间的I/O过滤器模块；
(4-3)所述用户空间的I/O过滤器模块开始处理I/O请求；处理完成后，将所述I/O请求加入到主机***的工作队列，发出继续请求，然后将I/O请求返回给主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块；
(4-4)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续处理I/O请求，然后将I/O请求发送给磁盘设备驱动；
(4-5)所述磁盘设备驱动完成I/O请求，并将结果返回给主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块；
(4-6)主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块再次将已完成的请求发送给用户空间的I/O过滤器模块；
(4-7)所述用户空间的I/O过滤器模块处理I/O请求完成，发出完成请求，然后通知主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块I/O请求处理完成；
(4-8)所述主机的内核vSphere I/O过滤器框架模块继续执行I/O请求，然后将I/O请求的处理结果返回给所述虚拟机VM的客户操作***。
4.根据权利要求3所述的用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，其特征在于，步骤(4-3)中，所述用户空间的I/O过滤器处理I/O请求方法如下：
将实时捕获到的I/O请求加入到I/O队列，或者将I/O请求在虚拟机磁盘中的偏移位置和大小记录到位图文件，且记录相应的计数器。
5.根据权利要求1所述的用于IO过滤的应用程序编程接口的持续数据保护方法，其特征在于，步骤(5)中，具体步骤如下：
(5-1)根据位图文件中记录的计数器，设置所述虚拟机磁盘的状态；
(5-2)根据若所述虚拟机磁盘的状态，将位图文件中记录的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘或者将I/O队列中的I/O请求同步到服务器挂载到主机上的虚拟磁盘。
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