[发明专利]基于脏数据位图和网络块设备的KVM虚拟机备份方法

说明书

本发明属于KVM虚拟机技术领域，具体涉及一种基于脏数据位图和网络块设备的KVM虚拟机备份方法。本发明针对目前使用的备份方式，通过改进QEMU及LIBVIRT的备份机制，以实现一种无需临时空间存储备份文件，也无需修改虚拟机XML文件，备份链相对管理简单，对QEMU格式无要求且多备份任务可以并行的一种备份方式，避免了LIBVIRT重启可能会造成的各种潜在问题，且备份链相对管理简单，简化了备份管理，无需较多的临时空间存储备份文件，具有较大的灵活性，可以基于之前任意时刻创建的时间戳对其之间的镜像数据进行差量备份。

技术领域

本发明属于KVM虚拟机技术领域，具体涉及一种基于脏数据位图和网络块设备的KVM虚拟机备份方法。

背景技术

随着云计算日渐成为了一种基础设施，使得云端数据的安全性成为了重要的研究议题。同时，KVM(Kernel-based Virtual Machine)及QEMU(IO虚拟化组件)因其完整的开源生态，已经逐渐成为各云厂商的主要研究方向。因此对KVM虚拟机的在线备份机制的研究具有十分重要的意义。QEMU是一套开源的模拟计算机软件，在很多应用场景下，它为KVM虚拟机提供IO虚拟化。因此，KVM虚拟机的备份由QEMU的内部来实现备份。LIBVIRT是用于管理虚拟化平台的开源的API，它被用来管理KVM虚拟机。在对KVM虚拟机进行备份时，LIBVIRT作为管理入口，通过调用QEMU的API来实现备份数据的管理。目前，大部分云厂商采用的备份方式主要有两种，一种是基于快照的备份方式。另一种是是基于QEMU的脏数据位图的备份方式。

1.基于快照的备份方式

基于快照的备份方式首先会创建一个临时快照，快照的创建通过LIBVIRT的API即可完成.以配置两块磁盘的KVM虚拟机为例,其镜像依赖关系如图1所示，其中Active1.qcow2和Active2.qcow2分别为两个磁盘的Top镜像，负责用户当前数据的读写功能，依赖Base镜像分别为只读格式的Base1.img和Base2.img。该临时快照的创建会将其作为最TOP层镜像(需要更改虚拟机XML文件)负责用户数据的改写与加载功能，而原来的TOP层镜像Active1.qcow2及Active2.qcow2变为只读镜像，因此，通过拷贝Active1.qcow2及Active2.qcow2即可达到备份的目的。

当备份数据拷贝完成后，需要将临时快照在备份期间改写的数据合并回Active1.qcow2及Active2.qcow2，并删除临时快照。其中快照数据的合并可通过LIBVIRT的block commit命令进行合并。

2.单独基于脏数据位图的备份方式

单独基于脏数据位图(Dirty-Bitmap)的备份方式，是一种通过将备份数据导出到临时空间的一种备份方式。在备份过程中，按照QEMU提供的接口，指定需要备份的对象及目标以及备份类型即可生成全量备份或增量备份文件。

其核心机制是利用QEMU内部实现的脏数据位图进行脏数据的追踪，脏数据位图可以以一定粒度对镜像在脏数据位图创建时刻以来的脏数据进行映射。

但上述两种方案均存在一定的技术缺陷：

1.对应基于快照方式而言：

1)虚拟机的XML文件需要临时改动以更改虚拟机最TOP层的镜像。XML文件的修改还要伴随着LIBVIRT的重启。

2)无法识别从上次备份以来用户修改的数据，只能进行镜像级的备份。但是，可以通过管理快照链，并提交链中间而非活动层，也能捕获qcow2格式的增量备份,但也存在快照链管理复杂的问题。

3)备份的目标必须为QEMU支持的格式。

4)合并临时快照阶段仍只支持一次合并一块磁盘。

2.对于单独基于脏数据位图备份方式而言