淺談服務(wù)器虛擬化的幾種容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制

◎ 蘇一峰 何恩南 廣州通信中心

淺談服務(wù)器虛擬化的幾種容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制

◎ 蘇一峰 何恩南 廣州通信中心

服務(wù)器虛擬化在改善資源分配狀況，提高硬件資源利用率方面效果顯著，因此被廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中。實(shí)際應(yīng)用中為保證服務(wù)器數(shù)據(jù)完整性，需構(gòu)建容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制，降低意外給服務(wù)器數(shù)據(jù)造成的不利影響。本文對服務(wù)器虛擬化的容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行探討，以供參考。

服務(wù)器虛擬化 容災(zāi)恢復(fù) 機(jī)制

隨著信息化時代的到來，人們的生產(chǎn)生活不僅要求服務(wù)器正常穩(wěn)定工作，而且遇到意外情況時能夠及時恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，因此，有必要對容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行研究，以根據(jù)實(shí)際情況加以靈活應(yīng)用，為服務(wù)器虛擬化穩(wěn)定工作奠定基礎(chǔ)。

表1　映射表控制位

1.容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制設(shè)計(jì)

1.1容災(zāi)架構(gòu)分析

服務(wù)器虛擬化容災(zāi)架構(gòu)中，客戶端和本地容災(zāi)服務(wù)器處于小型局域網(wǎng)中，而局域網(wǎng)大小由容災(zāi)備份數(shù)據(jù)量而定。

容災(zāi)架構(gòu)中容災(zāi)服務(wù)器與上層客戶端應(yīng)用是兩個關(guān)鍵組件，進(jìn)行實(shí)際配置時容災(zāi)服務(wù)器兼具兩個重要功能。容災(zāi)系統(tǒng)基本I/O過程為：上層客戶端將容災(zāi)請求發(fā)送給容災(zāi)系統(tǒng)，先有本地容災(zāi)服務(wù)器對相關(guān)參數(shù)及請求類型進(jìn)行分析、響應(yīng)。如為備份請求時，構(gòu)建本地存儲設(shè)備的I/ O和客戶間的對話連接進(jìn)行本地備份，完成映射結(jié)構(gòu)填寫，將容災(zāi)備份返回給客戶進(jìn)行確認(rèn)，根據(jù)請求容災(zāi)級別容災(zāi)服務(wù)器對執(zhí)行遠(yuǎn)程備份加以確定。當(dāng)為恢復(fù)請求時大致流程與備份請求相似，區(qū)別在于需借助映射結(jié)構(gòu)控制位對數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的位置加以定位、恢復(fù)。

1.2虛擬映射機(jī)制設(shè)計(jì)

本文虛擬映射機(jī)制設(shè)計(jì)基于LVM基本結(jié)構(gòu)，異地和本地磁盤首尾相接構(gòu)成兩個VG，在VG的基礎(chǔ)上構(gòu)建邏輯卷，各邏輯卷在異地、本地VG均有映射區(qū)域?？紤]到地層物理卷至卷組是卷之間首尾相連的過程，之間的映射為順序映射，而VC和邏輯卷為任意映射，使得數(shù)據(jù)存儲的靈活性得以提高。映射結(jié)構(gòu)由塊映射表、物理卷映射表以及邏輯卷映射表構(gòu)成。在進(jìn)行IRP傳遞時借助映射表查找，對卷偏移和卷號進(jìn)行修改，以重定向I/O請求。映射表中判斷數(shù)據(jù)請求異地、本地主要借助一個兩比特控制位實(shí)現(xiàn)（如表1）。

1.3緩存機(jī)制設(shè)計(jì)

緩存技術(shù)是容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制的關(guān)鍵技術(shù)，核心思想為：處于K層的存儲設(shè)備用作K+1層存儲設(shè)備緩存?；谠撍枷?，可將小型局域網(wǎng)內(nèi)部本地容災(zāi)服務(wù)器用作跨域異地容災(zāi)服務(wù)器緩存，如此，不僅確保了容災(zāi)距離，而且確保數(shù)據(jù)恢復(fù)速度。

緩存機(jī)制實(shí)現(xiàn)得益于緩存算法，如工作集時鐘頁面算法、老化算法以及最優(yōu)最優(yōu)算法等，其中前兩者具有優(yōu)異的頁面調(diào)度性能，實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。LRU算法，即，當(dāng)頁面失效時，將未使用時間最長的頁面淘汰掉。但該算法存在不足，即，訪問內(nèi)存時需要對鏈表進(jìn)行更新，耗費(fèi)時間較長，因此，對其進(jìn)行改進(jìn)便為老化算法。

老化算法給每頁設(shè)置計(jì)數(shù)器，對頁面訪問情況進(jìn)行記錄時向右移一位，而后在計(jì)數(shù)器最左端添加訪問標(biāo)志。當(dāng)頁面失效時將計(jì)數(shù)器最小頁面的值淘汰掉。為更好的使老化算法滿足容災(zāi)要求，可對其進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。一方面，同一文件占用的數(shù)據(jù)塊恢復(fù)次數(shù)相同時，對文件首塊數(shù)據(jù)塊設(shè)置計(jì)數(shù)器即可，減少計(jì)數(shù)器條數(shù)。另一方面，算法計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)恢復(fù)次數(shù)，并將時鐘單位設(shè)置為天或更長時間。另外，當(dāng)僅對異地?cái)?shù)據(jù)塊進(jìn)行恢復(fù)時或新用戶創(chuàng)建邏輯卷空間不足時，進(jìn)行替換時刻的執(zhí)行。

2.容災(zāi)恢復(fù)策略分析

2.1自動備份策略

為實(shí)現(xiàn)備份的自動進(jìn)行，可借助事件或時間觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)備份操作的觸發(fā)，用戶僅需對相關(guān)備份參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)容災(zāi)策略的選擇。

依據(jù)備份方式備份操作由增強(qiáng)備份與全備份之分，其中全備份的對象是所有文件，備份的數(shù)據(jù)較為完整，但所需空間較大。而增強(qiáng)備份則是在上次備份的基礎(chǔ)上，備份變化的文件，所需空間小。因此，為確保服務(wù)器虛擬化容災(zāi)恢復(fù)工作的順利進(jìn)行，可根據(jù)實(shí)際情況選擇增量備份與全備份相結(jié)合的方式。

2.2快速恢復(fù)策略

快速恢復(fù)策略的實(shí)現(xiàn)需容災(zāi)服務(wù)器存在數(shù)據(jù)副本，其中在異地與本地保留副本是較為簡單的方法。此種方法具有速度快、安全性高特點(diǎn)，但具有較高的冗余度，而且需花費(fèi)較大成本，這就需要在異地和本地容災(zāi)服務(wù)器間運(yùn)用緩存機(jī)制，并借助優(yōu)化后的算法實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)為：

（1）當(dāng)用戶發(fā)送快速恢復(fù)請求時，容災(zāi)服務(wù)器會創(chuàng)建邏輯卷，并且此虛擬空間分別和異地、本地容災(zāi)服務(wù)器相關(guān)區(qū)域進(jìn)行綁定。

（2）當(dāng)與用戶對應(yīng)的本地物理卷存在空余空間時，本地容災(zāi)系統(tǒng)會一直保留備份數(shù)據(jù)副本（空間不足時會根據(jù)算法部分刪除本地?cái)?shù)據(jù)）。

（3）當(dāng)進(jìn)行恢復(fù)操作時，備份數(shù)據(jù)的位置由檢索塊映射表控制位進(jìn)行判斷，當(dāng)控制位高位的值為1時表明存在數(shù)據(jù)備份，可直接進(jìn)行恢復(fù)。當(dāng)映射表的控制位高位為0時，需從異地進(jìn)行數(shù)據(jù)的恢復(fù)。從整體上分析得知，運(yùn)用好的緩存算法可明顯提高平均恢復(fù)效率，很好的滿足用戶的基本需求。

2.3容災(zāi)級別調(diào)整策略

本文探討的容災(zāi)系統(tǒng)基于虛擬映射機(jī)制，根據(jù)容災(zāi)能力的不同共分為六個級別，其中一級、三級分別實(shí)現(xiàn)近、遠(yuǎn)距離容災(zāi)，五級不僅能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離容災(zāi)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的快速恢復(fù)。二、四、六級在一、三、五級容災(zāi)的前提下能夠保護(hù)敏感備份數(shù)據(jù)。

考慮到容災(zāi)備份的實(shí)現(xiàn)基于虛擬映射，因此，對其進(jìn)行更改時修改物理層和虛擬層間的映射即可，并不會給用戶造成不良影響。同時，實(shí)現(xiàn)保護(hù)敏感備份數(shù)據(jù)功能時，在邏輯卷中創(chuàng)建卷文件即可，因此，用戶可方便的更改目錄容災(zāi)級別，以實(shí)現(xiàn)改變?nèi)轂?zāi)強(qiáng)度的目的。

2.4容災(zāi)透明維護(hù)策略

服務(wù)器虛擬化容災(zāi)恢復(fù)花費(fèi)精力較大，尤其如何解決不修改用戶指定路徑的基礎(chǔ)上，對容量進(jìn)行透明擴(kuò)充是需要認(rèn)真思考的重要問題，而虛擬映射容災(zāi)系統(tǒng)可很好的解決這一問題。

在虛擬映射容災(zāi)系統(tǒng)中，所有物理磁盤借助物理卷實(shí)現(xiàn)表首尾的映射構(gòu)成大的VG，而后創(chuàng)建邏輯卷，并將創(chuàng)建信息填入對應(yīng)的映射表中，當(dāng)用戶邏輯卷空間不足時，借助邏輯卷號確定對應(yīng)表項(xiàng)，從卷組中尋找到空閑塊，對邏輯卷映射表進(jìn)行修改，以達(dá)到擴(kuò)充用戶邏輯空間的目的。通過分析不難發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)主要借助映射表結(jié)構(gòu)的修改，而且用戶觀察到的邏輯視圖和原視圖并無區(qū)別，因此，并不會影響用戶的恢復(fù)、備份操作。

3.結(jié)論

近年來，我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，一定程度上提高了我國的信息化水平，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中服務(wù)器虛擬化容災(zāi)恢復(fù)是當(dāng)前討論的重要問題。實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)服務(wù)器虛擬化具體實(shí)際，合理設(shè)計(jì)容災(zāi)恢復(fù)機(jī)制。同時，還應(yīng)采取相關(guān)的容災(zāi)恢復(fù)策略，提高容災(zāi)恢復(fù)工作效率，為服務(wù)器安全、可靠工作奠定基礎(chǔ)，不斷推進(jìn)我國信息化水平的邁向新的臺階。

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