近些年，虛擬化技術在實現數據中心統一集約化管理和提高服務質量方面展示了自身的優勢，尤其是隨著云計算概念的深入人心，虛擬化技術在實現云計算環境下的各種計算模式中所起到的作用也得到了廣泛認同。虛擬化技術使各種新管理方法應用于現實環境成為可能，這其中就包括虛擬機的增量備份和快速部署。
傳統的增量備份通常被用于對數據文件的保護，它通過快照或配置管理工具的方法固定數據文件在某一時刻的狀態，并可以通過專用的工具將數據文件恢復到以前某一時刻的狀態。現有的各種虛擬化環境正是基于各種文件系統實現虛擬機實例的功能，因此利用增量備份的方法可以實現虛擬機的數據保護，并利用文件恢復的方法實現虛擬機的快速部署。虛擬機的增量備份和快速部署不僅保護了虛擬機的數據安全，也凸現了虛擬機管理的便捷性。
基于vSphere的虛擬機文件
作為被廣泛使用的數據中心虛擬化產品，vSphere虛擬化環境中每一個虛擬機有如下常見的文件類型組成：
- nvram文件：這是虛擬機的硬件引導程序，類似于物理服務器的BIOS，可以像BIOS一樣被編輯。
- vmx文件：保存虛擬機的所有配置信息和硬件設置，包括內存大小、網卡屬性、硬盤信息等。
- vmdk文件：虛擬機的數據文件，是虛擬機真實使用的磁盤存儲空間。
以上文件在虛擬機的各個狀態下均存在于虛擬機目錄下，它們是構成虛擬機的基礎。由于虛擬化層的抽象消除了物理服務器間的差異，因此包含以上文件的完整虛擬機可以在虛擬化環境中的任何物理服務器上運行和管理。目前所有面向虛擬機的備份和模板功能均是對以上文件的直接備份或再包裝。
原有功能的局限性
vSphere虛擬化環境下最常用的增量備份工具是VMware Data Recovery(VDR)。它由備份代理虛擬機、客戶端和存儲空間組成。備份代理虛擬機是部署在虛擬化環境下的虛擬機實例，管理者經過定義的針對每一個虛擬機的備份策略和備份空間，執行整個備份過程；客戶端是用戶管理代理虛擬機備份策略和監控備份任務狀態的工具，同時能夠實現虛擬機的數據恢復；存儲空間是由用戶手工增加的存儲空間，備份代理虛擬機將備份的數據儲存在該空間上。
VDR的功能單一，僅適于對特定虛擬機的周期性滾動的增量備份，而無法直接用于復制和部署新的虛擬機。為此vSphere虛擬化環境中還引入了虛擬機模板功能。
虛擬機模板是虛擬機某個狀態的鏡像備份，通常被認為是一種特殊的虛擬機，通過這個備份實現對虛擬機構建過程的簡化，減少虛擬機生命周期中服務中斷的時間，從而節省虛擬機從構建軟硬件組件到部署應用系統的一系列過程，提高整個數據中心的服務水平。
vSphere的模板分三種不同形式：第一種是現已存在的虛擬機，虛擬機可以被克隆出一個完全相同的虛擬機；第二種是用正常虛擬機轉換為不可運行的虛擬機，除了不能運行，它的文件結構與正常虛擬機一致，這種模板只能用于模板所在的虛擬環境；第三種是導出的ovf模板，這是一種開放的虛擬硬件和數據封裝模式，適用于不同虛擬化環境之間交換虛擬機模板，并生成新虛擬機。
vSphere的模板僅能實現模板創建、虛擬機部署等簡單功能，且無法將增量備份的虛擬機直接作為模板實現虛擬機快速部署。如果能夠將增量備份和基于模板的快速部署相結合，將使實際工作中對模板的管理和對虛擬機的數據保護更加科學有效，方便管理工作。
增量備份虛擬機模板
虛擬機的增量備份和基于模板的快速部署相結合可以通過對虛擬機模板的增量備份來實現。vSphere本身的VDR功能有限，因此可以使用專門的配置管理工具對模板進行增量備份。
隨著系統運行環境的升級和增強，原有的虛擬機模板也需要進行修改以適應新的運行環境，這些修改包括操作系統或應用系統的補丁修復、中間件系統的部署與升級、數據庫系統的部署與升級等。由于模板的每一次修改是以上一個模板為基礎的，因此新模板與原有模板之間具有繼承關系。
這種繼承關系符合配置管理工具對其中配置項的要求，并且配置管理工具可以自動地發現新舊模板的差異并記錄增量的情況。
另外各個增量階段的模板可以被快速地恢復并用于虛擬機的恢復和部署。基于此構建的虛擬機模板的集合可以被稱作虛擬機模板配置庫。
配置庫的結構
圖1展示了一個Windows Server 2003的虛擬機模板配置庫的結構。從最初的僅一個操作系統的虛擬機模板，到增加漢語輸入法(Zh IM)，到安裝各種數據庫、各種因特網服務、各種應用系統等。各個版本之間的差異都可以通過向回追溯而找到共同的起始版本。
圖1 Windows Server 2003的虛擬機模板配置庫
借助配置管理工具的功能，以圖1的方式組成的虛擬機模板配置庫在組織上不再需要建立大量的樹形目錄結構來分別存放不同的模板，各個模板根據版本間的繼承關系保存在配置庫中。配置管理工具將通過文件增量存放的方式，只為每一個版本保存增量數據內容，從而減少磁盤空間的占用，而在同一版本下的多個分支也可以根據配置管理工具的分支功能建立對等的版本。這樣的組織結構不僅節約存儲空間，也更方便日常管理。
構建和使用配置庫
在構建虛擬機模板配置庫之前，操作人員應首先做好配置庫的版本規劃。尤其是根據本組織的業務需要和信息服務系統服務質量的要求，合理設定虛擬機模板的各個版本，例如關鍵功能的提升，具有分支版本的配置狀態等。模板的最重要的目的是相同虛擬機的快速部署和恢復，因此對部署或恢復時間有較高要求的虛擬機可以在配置庫中設立穩定的版本，方便日后快速查詢恢復。
構建之前的另一項工作是選擇配置管理工具，目前配置管理工具種類較多，既有成熟的商業化產品，也有開源的產品，功能也較豐富，其中增量備份和版本化管理是其核心功能，因此各種配置管理工具都能滿足要求。
具體的構建過程是按照指定的版本規劃來實施的，具體如下：
- 建立版本規劃上最初始的虛擬機；
- 將虛擬機轉為模板，然后將模板從虛擬化環境中復制到本地存儲；
- 將模板導入配置庫；
- 根據版本規劃對虛擬機進行配置調整；
- 重復第2步直到完成全部版本規劃。
建好后的配置庫在使用時首先要根據虛擬機恢復或部署的要求和版本規劃，選擇合適的虛擬機模板版本，然后通過配置管理工具搜索到確定的版本并將其導出為模板，最后根據模板的類型選擇合適的虛擬機恢復方法進行恢復操作。
應注意的問題
vSphere虛擬機模板有三類，不同類型模板互不兼容，使用方法也不相同。其中以虛擬機為模板可以在不使用額外功能的情況下直接在虛擬化環境中恢復和部署虛擬機，模板導出的速度最快，對系統的依賴性較低，但這樣的模板僅能用于與vSphere兼容的虛擬化環境，應用范圍狹窄；使用vSphere的專用虛擬機模板只能用于vSphere環境下，無法用于其他虛擬化環境；使用ovf模板可以在多個虛擬化環境中使用，并可以實現虛擬硬件個性化編輯的功能，但ovf模板的轉換準備時間較長，系統負載也大。在具體使用環境中可以靈活選擇。
VDR 的增量備份以時間為依據進行，沒有可插入的文字說明，更適合于虛擬機的數據保護。而本文描述的方法在實現數據保護的同時，更重要的是實現虛擬機快速部署，因此原有的按照時間備份方式已不足以進行模板的追溯和快速搜索，配置庫的管理者應當通過標準的文字描述手段使版本的表示更加清晰，方便對其使用和管理。
采用增量備份虛擬機模板的方式實現虛擬機的快速部署不僅適用于vSphere虛擬化環境，而且可以推廣到其他任何虛擬化環境或云環境下，為整體信息服務質量的提升提供有力的支持。
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