仮想マシンのバックアップ技術の原理とネットワークの概要

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仮想化バックアップ テクノロジーは、VMware によって最初に提供され、開始されました。企業やさまざまな業界で仮想化アプリケーションが普及するにつれ、主流のバックアップ ソフトウェア (CommVault など) は、VMware、Hyper-V、FusionSphere、Citrix、および Xen や KVM から派生した仮想化ソフトウェアのバックアップをサポートするようになりました。現在でも、Veeam、eBackup、Avamar、Netvault vRanger など、仮想化 (仮想アプリケーションまたは仮想デスクトップ VMware View、MicroSoft VDI、XenDesktop) 専用に設計されたバックアップ ソフトウェアは数多く存在します。

仮想マシンのバックアップ機能は、仮想マシンのスナップショットと同様に、多くの仮想化ソフトウェアの基本的なデータ保護機能として存在します。しかし、仮想化されたバックアップ機能は、バックアップを実行する際にビジネスパフォーマンスに影響を与え、バックアップ戦略とネットワークは柔軟ではありません。したがって、仮想化バックアップの場合、一般的なバックアップ方法は、専門的なバックアップ ソフトウェアを使用することです。

VMware は、Infrastructure 3 で VMware Consolidation Backup バックアップ ツールをリリースしました。このツールは、バックアップ ソフトウェアによって呼び出される仮想マシン用の使いやすいドライバーとバックアップ スクリプト インターフェイス ツールのセットを提供します。サポートされている仮想マシンまたは仮想デスクトップをバックアップするには、このツール セットをバックアップ プロキシ サーバー (Windows オペレーティング システムへのインストールをサポートする VCB プロキシ サーバー) にインストールする必要があります。

VMware バックアップ インターフェースと原理

VMware ESXi 4 以降のバージョンでは、VADP API バックアップ インターフェイスは VMFS および NFS ディスク形式でサポートされています。このオープン インターフェイスにより、主流のバックアップ ソフトウェアを開発、適応、統合できます。現在、仮想マシンのバックアップをサポートする主流のバックアップ ソフトウェアはすべて VADP をサポートしています。ユーザーの VM サービスに影響を与えずに VM のバックアップとリカバリを実現します。 VADP の CBT (Changed Block Tracking) 機能により、VMware VMkernel は最後のスナップショット以降に更新されたデータを記憶できるため、仮想マシンの増分バックアップをネイティブにサポートできます。

バックアップ プロセスは、まずバックアップ管理サーバーによって開始され、バックアップ対象の仮想マシンが配置されている ESX ホストに接続して、仮想マシン関連の情報を取得します。バックアップ プロキシ VSA は、バックアップ ターゲット仮想マシンのバックアップ スナップショットを作成するように ESX ホストに通知します。スナップショットは、特定の時点における仮想マシンの状態とデータのビューです。仮想マシンは引き続き実行できますが、スナップショット上のデータは静的のままです。

バックアップ サーバーは、仮想ディスクとスナップショット ファイルにアクセスし、データ (使用済みディスク データと構成ファイル) をバックアップ メディアにバックアップし、最後に ESX ホストにバックアップ スナップショットを削除するように通知します。上の図は、バックアップ ソフトウェア エージェント VSA、バックアップ管理サーバー、およびメディア サーバーを組み合わせたもので、以下で詳しく説明します。

VADP は、ビジネス VM にバックアップ クライアントをインストールする必要のないバックアップ ソリューションを提供します。データ バックアップ モードには、SAN、ホット アド、NBD (ネットワーク ブロック デバイス) の 3 つがあります。これらのモードは、バックアップ ソフトウェア エージェント VSA が VM のバックアップ リストとデータを取得するさまざまな方法に基づいて分類されます。

SAN バックアップ モードでは、バックアップ データは LAN を経由せずに SAN ネットワークを介してストレージ スナップショット バックアップから直接読み取られます。これは LAN フリー バックアップ ネットワーク モードです。バックアップ サーバーは、SAN (FC/iSCSI) を介して仮想マシンのディスク ストレージを直接読み取ることができる必要があります。 VSA と MA は、物理サーバー上で個別に、または一緒に導入できます。物理 MA サーバーはテープ ライブラリに接続し、Auxcopy および重複排除と圧縮の機能を実行できます。

実稼働ストレージが IntelliSnap (ハードウェア スナップショット) をサポートしている場合、ESXi Proxy と物理 MA はデータ ストアが配置されている LUN にアクセスできます。 ESX プロキシは仮想マシンにストレージ ハードウェア スナップショットの完了を通知し、スナップショットは一時的なデータストアとして VSA にマウントされます (スナップショットのマウント)。 MA は、SAN ネットワークを介してバックアップ リストとバックアップ データを抽出し、ストレージから直接データ バックアップを読み取ります。バックアップ データは本番環境の ESXi を通過せず、Server Free バックアップ ネットワークに属します。

運用ストレージがハードウェア スナップショットをサポートしていない場合、物理 MA (物理マシンを使用) と VSA は、SAN 経由でデータ ストアが配置されている LUN にアクセスし、VSA 経由でバックアップ VM リストと変更データ (CBT テクノロジに基づく仮想マシン ソフトウェア スナップショット) を取得し、SAN ネットワーク経由でバックアップを実行できます。

ホットアド バックアップ モードでは、バックアップが必要な ESXi サーバーの仮想マシンに VSA バックアップ エージェントがインストールされるため、バックアップ エージェントは ESXi 内のバックアップ データを直接読み取ることができます。 VSA と MA は仮想化された方法で展開できます (MA はテープ ライブラリに接続できず、パフォーマンスが低く、重複排除をサポートします)。または、VSA を仮想化された方法で展開し、MA を物理的な方法で展開することもできます。バックアップ プロキシ VSA は、ホット アド モードでスナップショット リストを直接取得し、LAN ベース モードで MA を介してバックアップ メディアにバックアップします。

運用ストレージがハードウェア スナップショット (IntelliSnap) をサポートしている場合、ESX プロキシはデータ ストアが配置されている LUN にアクセスできます。 ESX プロキシは、ストレージにハードウェア スナップショットの完了を通知し、それを一時的なデータストアとして VSA にマウントします。 MA は、LAN ネットワークを介してバックアップ リストとバックアップ データを抽出します。ビジネス ESXi サーバーの場合、Server Free バックアップ ネットワークに属します。

NBD バックアップ モードでは、バックアップ エージェントは TCP/IP ネットワークを介してバックアップ データを読み取ります。 VSA と MA は仮想化された方法で展開できます (MA はテープ ライブラリに接続できず、パフォーマンスが低く、重複排除をサポートします)。または、VSA を仮想化された方法で展開し、MA を物理的な方法で展開することもできます。バックアップ エージェント VSA および MA は、LAN ベース モードでデータをバックアップ メディアにバックアップします。 LAN ベース ネットワークに属します。

VMware 環境では、VADP インターフェイスを使用してすべてのシナリオをバックアップできるわけではありません。たとえば、従来の Raw デバイス マッピング (RDM) 方式では、仮想マシンを物理マシンとして扱い、バックアップ用に iDA エージェントをインストールする必要があります。

また、VADP ベースでバックアップする場合、仮想マシン、アプリケーション、データが一緒にバックアップされます。アプリケーションとデータのみをバックアップする場合は、仮想マシンも物理マシンとして扱う必要があります。

Hyper-V バックアップ インターフェースと原理

Hyper-V は、仮想マシンのバックアップを簡素化する Windows ベースの VSS サービスも提供します。現在、Hyper-V 仮想化をサポートするバックアップ ソフトウェアには、NBU、Simpana、Veeam などがあります。しかし、今日はSimpanaについても議論します。 Hyper-V 環境では、DataStor のストレージ方式には主に CIFS と CSV が含まれます。 CSV (クラスター共有ボリューム) は、NTFS ファイル システムと Windows フェールオーバー クラスター クラスター メカニズムに基づくクラスター ファイル システムであり、SAN ネットワークでよく使用されます。

VSS ボリューム シャドウ サービスは、Microsoft が開始したデータ保護アーキテクチャであり、バックアップ ソフトウェアと組み合わせて使用​​することで、スナップショットおよびデータ一貫性の保護を完了できます。 Simpana は、Hyper-V の複数のノード上の仮想マシン クラスターの統合管理を提供し、ビジネス ニーズに基づいてより正確に仮想マシン保護戦略を作成できます。

まず、各 Hyper-V サーバーに VSA バックアップ エージェントをインストールして、バックアップ情報とバックアップする VM ディレクトリを取得し、バックアップ サーバーのスケジュールに従って MA メディア サーバー経由で仮想マシン データをバックアップする必要があります。 Hyper-V 仮想マシン内の Windows アプリケーションの場合、Simpana は Hyper-V の VSS インターフェイスを組み合わせ、Hyper-V 物理サーバーに VSA バックアップ エージェントをインストールして、VM とアプリケーション データをバックアップします。ただし、仮想マシン内の非 Windows アプリケーションおよび非 Windows システムの場合は、仮想マシンを物理マシンとして扱い、バックアップ用の iDA エージェントをインストールする必要があります。

Hyper-V は、ハードウェア スナップショット (IntelliSnap) との統合を実現するためのハードウェア VSS 機能も提供します。バックアップ管理サーバーは、VSS アーキテクチャを通じてプライマリ ストレージ アレイのハードウェア スナップショットを呼び出し、サーバーフリー ネットワーク バックアップを実現します。現在、VSS を介した Hyper-V バックアップ シナリオで IntelliSnap と互換性のあるストレージは多くありませんが、NetApp の FAS シリーズはその 1 つです。

Windows の VSS サービス アーキテクチャは、VMware の VADP よりも広く使用されています。ストレージの一貫性データ保護およびバックアップ シナリオでは、VSS は Windows アプリケーションに優れたデータ一貫性保護を提供できます。さらに、HP Recovery Manager や NetApp SnapManager などの多くのストレージ ベンダーは、この機能をストレージ管理ソフトウェアに統合して、SQL、Exchange、VMware などのアプリケーションのスナップショット保護を実装しています。

Citrix バックアップ インターフェースと原理

バックアップ ソフトウェアについては、Citrix XenServer もバックアップに最適化された API を提供していますが、VMware や Hyper-V と比較すると、Citrix Xen API の機能は比較的弱くなっています。

XenServer は、基盤となるハードウェア プラットフォーム上に構築された仮想化システムです。複数の Xen Server の集合がクラスターを形成し、共有される基盤ストレージは Xen Pool と呼ばれます。

Simpana バックアップ ソフトウェアの場合、バックアップ エージェント VSA を Xen プール ストレージを備えた Xen 仮想マシンにインストールし、MA メディア サーバーを別の物理マシンに展開するか、MA を仮想マシンにインストールする必要があります。バックアップ プロキシ VSA は、Citrix Xen API のやり取りを通じてバックアップ仮想マシン リスト情報を取得し、MA を通じてデータをメディアにバックアップします。