Hyper-V-Backup auf Host- oder Gast-Ebene

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Hyper-V-Backup auf Gast-Ebene

Das VM-Backup auf Gast-Ebene ähnelt einem Physischen Backup eines Hosts. Zur Durchführung des Vorgangs zum Backup wird eine spezielle agentenbasierte Software auf dem Gastbetriebssystem (OS) installiert. Fast alle Backup-Produkte für Windows verwenden den Volume Shadow Copy Service (VSS – auch bekannt als Volume Snapshot Service) von Microsoft. VSS ist eine Technologie, die entwickelt wurde, um Application-Aware Backup-Kopien Ihrer Daten mit Schnappschüssen zu erstellen. Für diesen Prozess werden spezielle Komponenten von VSS verwendet, die als VSS-Writer bezeichnet werden. Unter Linux können LVM-Snapshots (Logical Volume Manager) für einen ähnlichen Zweck verwendet werden.

Ein Agent ist eine Backup-Software, die auf einem physischen Computer oder einer Virtuellen Maschine installiert wird, um mit dem Dateisystem und den Anwendungen zu interagieren. Agenten können verwendet werden, um Kopien des gesamten Systems oder einzelner Dateien oder Programme zu erstellen. Agenten werden in der Regel als Systemprozess innerhalb des Gastbetriebssystems ausgeführt. Sie stellen eine Netzwerkverbindung zu einem Server her, auf dem Sie Backups verwalten können. Backup-Lösungen, die Agenten verwenden, werden oft als Legacy-Backup-Lösungenbezeichnet.

Verwendungsfälle für Backups auf Gast-Ebene in der virtuellen Umgebung

Backups auf Gast-Ebene können aus folgenden Gründen verwendet werden:

• Wenn ein Gastbetriebssystem vom Hypervisor nicht offiziell unterstützt wird, was bedeutet, dass eine anwendungskonsistente Sicherung mit einer Methode auf Host-Ebene nicht möglich ist.
• Wenn eine VM mit einem gemeinsam genutzten Speicher auf Gastbetriebssystemebene verbunden ist oder über eine direkt angeschlossene physische Festplatte (einschließlich einer Pass-Through-Festplatte) verfügt, die von der Sicherungssoftware auf Host-Ebene nicht unterstützt wird. Angenommen, eine VM ist über das iSCSI-Protokoll (von einem iSCSI-Initiator im Gast) mit einer SAN-LUN (Logical Unit Number) verbunden, und Software wie ein Datenbankserver oder ein Dateiserver verwendet dieses Volume. In diesem Fall wäre der VSS-Writer von Hyper-V nicht in der Lage, ein vollständig konsistentes Backup aller von der VM verwendeten Festplatten (die Volumes innerhalb der virtuellen VHD-Festplatten und die Volumes der direkt angeschlossenen physischen Festplatten) durchzuführen. Der Grund dafür ist, dass für ein ordnungsgemäßes Backup sowohl die Anwendungen als auch beide Festplattentypen zum Zeitpunkt der Erstellung des Schnappschusses angehalten werden müssen. Pass-Through-Festplatten können für die Durchführung von Backups auf Host-Ebene in virtuelle VHD-Festplatten konvertiert werden. Beachten Sie, dass sich die VM auf einem gemeinsam genutzten Speicher befinden kann, z. B. einem NAS-Gerät (Network Attached Storage) oder einem SAN. Diese Lösungen werden verwendet, um Backups auf Host-Ebene mit Clustering durchzuführen.

• Einige Unternehmen mit kleinen virtualisierten Umgebungen verwenden Backups auf Gast-Ebene, um Kosten zu sparen. Dieser Ansatz ist jedoch nicht zu empfehlen. In der Vergangenheit mag dies sinnvoll gewesen sein, da agentenbasierte Legacy-Lösungen für Umgebungen mit wenigen VMs wirtschaftlicher waren, doch mittlerweile gibt es für kleine Hyper-V-Umgebungen ebenso (oder sogar noch) kostengünstigere Lösungen zum VM-Backup auf Host-Ebene.

Nachteile von Backups auf Gast-Ebene

• Auf jeder Virtuellen Maschine müssen Agenten installiert werden, was umständlich und zeitaufwändig ist.
• Der Prozess der Wiederherstellung ist schwieriger. Zunächst muss eine leere VM erstellt werden, dann müssen Sie die Einstellungen der VM konfigurieren (virtuelle CPU, Speicher, Festplatten, Netzwerk usw.). Erst dann können Sie die VM wiederherstellen, und Sie benötigen Wiederherstellungsmedien, um einen Neustart durchzuführen.
• Der Verbrauch von Rechenressourcen ist viel höher, insbesondere wenn mehrere Virtuelle Maschinen, die sich auf einem Hyper-V-Host befinden, gleichzeitig gesichert werden.
• Agentbasierte Sicherungssoftware erfordert die Verwendung von Root- oder Anmeldeinformationen für die Verwaltung der Agenten, was unsicher sein kann.
• Keine Schnappschüsse auf VM-Ebene.

Hyper-V-Backup auf Host-Ebene

Für das Backup von Hyper-V-VMs werden Sicherungsmethoden auf Host-Ebene bevorzugt. Sicherungsmethoden auf Host-Ebene arbeiten auf Hypervisor-Ebene und nicht auf der Ebene der virtuellen Maschine und können VMs unabhängig vom darauf laufenden Betriebssystem sichern. Virtuelle Maschinen können vollständig gesichert werden, einschließlich der virtuellen Festplattendateien (gekennzeichnet durch das VHD-Format in Hyper-V) und der Konfigurationsdateien, in denen die VM-Einstellungen wie CPU, Speicher, Netzwerk usw. gespeichert sind. Es gibt zwei Arten von Backup-Methoden auf Host-Ebene: die Saved State-Methode und die Child VM Snapshot-Methode.

Saved State Method

The Saved State Method ist eine Offline-Methode, die nicht Application-Aware ist. Bei Verwendung dieser Methode weist der Volume Shadow Copy Service von Hyper-V den VSS-Writer an, den Sicherungsprozess durchzuführen. Wenn die VM zu diesem Zeitpunkt ausgeführt wird, wird sie in einen „gespeicherten Zustand” versetzt. Das bedeutet, dass die VM für kurze Zeit offline geht, während der Schnappschuss erstellt wird. Der VSS-Writer von Hyper-V versetzt die VM in einen Ruhezustand. Dadurch wird sichergestellt, dass geöffnete Dateien gespeichert und der Status laufender Anwendungen auf der virtuellen Festplatte aufgezeichnet werden können.

Wie funktioniert die Methode des gespeicherten Zustands?

Im Detail besteht dieser Prozess aus den folgenden Schritten:

• PrepareForSnapshot event. An dieser Stelle beginnt die Backup-Software mit der Vorbereitung der Virtuellen Maschine für das Backup, und der Zustand der Virtuellen Maschine wird im Ruhezustand gespeichert.
• Erstellen des Schnappschusses. In diesem Schritt wird der VSS-Writer von Hyper-V verwendet, der als VMMS.exe-Prozess (Virtual Machine Management Service) ausgeführt wird. Der Schnappschuss (der in der Hyper-V-Umgebung auch als VM-Checkpoint bezeichnet wird) wird erstellt; die Backup-Software erstellt ein Backup auf Basis des Schnappschusses. Durch die Erstellung des Schnappschusses können die Daten der VM gesichert werden, ohne dass es während des Kopiervorgangs zu Datenänderungen kommt. Wenn dies abgeschlossen ist, wird das PostSnapshot-Ereignis ausgelöst.
• PostSnapshot Ereignis. Die VM wird in den vorherigen Zustand zurückversetzt (d. h. sie wird aus dem Ruhezustand geweckt).

Methode für Schnappschüsse von untergeordneten VMs

Die Methode für Schnappschüsse von untergeordneten VMs ist eine Application-Aware-Methode und wird bevorzugt verwendet, um laufende VMs zu sichern. Diese Methode kann für Produktionsumgebungen mit hoher Verfügbarkeit verwendet werden. Die VM bleibt während des Vorgangs zum Backup online, aber das erstellte Backup ist dennoch transaktionskonsistent. Während die Methode „Gespeicherter Zustand“ Hyper-V VSS außerhalb der untergeordneten VMs verwendet, nutzt die Methode „Schnappschuss der untergeordneten VM“ den VSS-Mechanismus innerhalb der untergeordneten VM (der Begriff „untergeordnete VM“ ist gleichbedeutend mit „Gast-VM“), um Backups zu erstellen.

Wie funktioniert die Child VM Schnappschuss-Methode?

Die Ereignisabfolge ähnelt teilweise der Saved State-Methode.

• PrepareForSnapshot Ereignis. Der Hyper-V VSS Requestor Service in der untergeordneten VM löst das PrepareForSnapshot-Ereignis aus, um die Erstellung des Backups zu initiieren.
• Ereignis „Taking snapshot” (Schnappschuss erstellen). Nach Erhalt der Anforderung vom VSS-Anforderungsdienst wird der Schnappschuss erstellt. Anschließend wird die Steuerung vom Hyper-V-VSS-Anforderungsdienst an den Hyper-V-VSS-Writer zurückgegeben.
• PostSnapshot Ereignis. Der VSS-Writer löst das PostSnapshot-Ereignis aus, um die Backup-Software darüber zu informieren, dass die Erstellung des VM-Schnappschusses abgeschlossen ist. Die Backup-Software kann dann den Schnappschuss als Teil des VM-Backup-Prozesses kopieren.

Die Rolle der Hyper-V-Integrationsdienste

Hyper-V-Integrationsdienste werden für die Erstellung von Backups mit der Child-VM-Schnappschuss-Methode verwendet; sie ermöglichen eine spezielle Interaktion zwischen dem Hypervisor und der Child-VM. Diese Dienste umfassen eine Sammlung von Treibern und Diensten, die je nach Bedarf einzeln aktiviert oder deaktiviert werden können. Der oben beschriebene VSS Requestor Service ist Teil der Integration Services-Suite, die auf der Virtuellen Maschine installiert sein muss, um Backups auf Host-Ebene durchführen zu können.

Seit Windows Server 2008 R2 und Windows 7 sind die Integration Services im Betriebssystem enthalten. Wenn Sie die Integrationsdienste auf der VM manuell installieren oder aktualisieren möchten, können Sie dies mit dem Hyper-V-Manager tun, indem Sie das virtuelle Festplatten-Image „vmguest.iso“ auf dem virtuellen Laufwerk der VM mounten. Um die Integrationsdienste auf einem Hyper-V-Host manuell zu aktualisieren, können Sie sie von der Microsoft-Website herunterladen und über PowerShell installieren. Windows 10 und Windows Server 2016 können die Integrationsdienste sowohl auf Hosts als auch auf Gästen über den Windows Update-Dienst aktualisieren.

Anforderungen für die Verwendung der Snapshot-Methode für untergeordnete VMs

Die folgenden Bedingungen müssen erfüllt sein, um ein Backup mit der Kind-VM-Schnappschuss-Methode durchzuführen:

• Hyper-V-Integrationsdienste, einschließlich des Hyper-V-VSS-Anforderers, müssen in der Kind-VM installiert sein.
• Alle Volumes innerhalb der VM müssen als Basisdatenträger und nicht als dynamische Datenträger konfiguriert sein. Die Dateisysteme der Festplatten innerhalb der untergeordneten VM müssen Schnappschüsse unterstützen (das NTFS-Dateisystem würde beispielsweise dieses Kriterium erfüllen).
• Die VM-Schnappschuss-Dateien müssen sich im selben Volume wie die VHD-Dateien befinden.
• Die untergeordnete VM muss ausgeführt werden.

Wenn eine der oben aufgeführten Bedingungen nicht erfüllt ist, kann die Snapshot-Methode für untergeordnete VMs nicht verwendet werden. In diesem Verwendungsfall wird standardmäßig die Methode „Gespeicherter Zustand“ verwendet.

Vorteile von Backup-Methoden auf Host-Ebene

Wie oben gezeigt, sind Backup-Methoden auf Host-Ebene für die Sicherung von Hyper-V-VMs vorzuziehen und bieten gegenüber der Methode auf Gast-Ebene viele Vorteile. Diese Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Eine Sicherung auf Hypervisor-Ebene ist einfacher zu verwalten. Es sind keine Agenten erforderlich. Das Sicherungsprodukt kann den gesamten Hyper-V-Host und alle auf diesem Host befindlichen VMs verwalten. Sie können die einzelnen VMs auswählen, die gesichert werden sollen.
• Der gesamte Inhalt der VM, einschließlich virtueller Festplatten, Snapshots und VM-Einstellungen, wird während des Backup-Prozesses erfasst. Sie müssen lediglich den Hypervisor sowie einen Speicherort für die VM-Wiederherstellung auswählen; Sie müssen keine neue VM erstellen und manuell konfigurieren.
• Möglichkeit zur Durchführung eines Application-Aware-Online-Backups von Hyper-V-VMs mithilfe der Child VM Snapshot-Methode, die für Produktionsumgebungen von entscheidender Bedeutung ist. Der Betrieb der Virtuellen Maschine wird nicht unterbrochen, und das Backup ist transaktionskonsistent.
• Ressourcenschonung (Prozessor, Arbeitsspeicher und Festplattenspeicher).

Verwendung von NAKIVO Backup & Replikation zur Verbesserung des Hyper-V-Backups

NAKIVO Backup & Replication verwendet Methoden auf Host-Ebene, um Virtuelle Maschinen zu sichern, und vereinfacht die Konfiguration von Backupaufträgen. NAKIVO Backup & Replication bietet native Sicherungen für Hyper-V Server 2012 R2 sowie Hyper-V Server 2016 und kann blockbasierte Image-Sicherungen von laufenden Virtuellen Maschinen ohne Ausfallzeiten durchführen.

Das Produkt verwendet außerdem verschiedene Technologien zur Speichereinsparung. Hyper-V-Backups sind inkrementell aufgrund von Resilient Change Tracking (RCT), das die seit dem letzten Backup geänderten Datenblöcke verfolgt. Die Hyper-V-Backup-Daten werden im Repository im vollständigen synthetischen Modusgespeichert. Dateien werden während des Hyper-V-Backup-Prozesses ausgeschlossen, und die Daten werden durch Globale Deduplizierung weiter reduziert, um die Größe zu reduzieren.

Funktionen von NAKIVO Backup & Replikation & >

• Der Application-Aware Modus ermöglicht Ihnen konsistente Backups von VMs, auf denen Microsoft Exchange, SQL Server, Active Directory und andere Anwendungen oder Datenbanken ausgeführt werden.
• Die Remote-Speicherung von Hyper-V-Backups in der Azure- oder AWS-Cloud bietet zusätzlichen Schutz vor Katastrophen.
• Die integrierte Sicherungsüberprüfung stellt sicher, dass die Sicherung konsistent ist, und hilft Ihnen dabei, sicherzustellen, dass die im Repository gespeicherten gesicherten Daten mit den Daten der Quelle identisch sind. Mit der Screenshot-Überprüfung werden Screenshots der geladenen Betriebssysteme der testweise wiederhergestellten untergeordneten VM unmittelbar nach dem Backup automatisch per E-Mail versendet.
• Clusterfreundliche Funktionen helfen Ihnen bei der Sicherung von VMs in Hyper-V-Failover-Clustern. Die VMs können ihren Standort zwischen den verschiedenen Hosts innerhalb des Clusters wechseln. Das Produkt verfolgt automatisch den Standort der VMs, sodass diese immer gesichert werden können.

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Fazit

Wir haben sowohl Methoden zum Backup auf Gast- als auch auf Host-Ebene für virtuelle Hyper-V-Maschinen behandelt. Backups auf Gast-Ebene erfordern den Einsatz von Agenten, während Backups auf Host-Ebene eine Reihe von Vorteilen bieten, darunter eine einfachere Wiederherstellung und Ressourceneinsparungen. Aus diesem Grund führt NAKIVO Backup & Replikation Application-Aware Hyper-V-Backups auf Host-Ebene durch. &

Die Child-VM-Schnappschuss-Methode wird in der Regel für Produktionsumgebungen bevorzugt, da sie die Erstellung transaktionskonsistenter Online-Backups ohne Unterbrechung des Betriebs der Virtuellen Maschine ermöglicht. Wenn eine Virtuelle Maschine offline ist, kann die Saved-State-Methode verwendet werden. Wenn aus Kompatibilitätsgründen oder aufgrund anderer Einschränkungen keine der beiden Backup-Methoden auf Host-Ebene verwendet werden kann, kann ein Backup auf Gast-Ebene durchgeführt werden.