Sao lưu Hyper-V ở cấp độ máy chủ so với cấp độ máy khách
Khi sử dụng nền tảng ảo hóa Hyper-V của Microsoft, việc sao lưu các máy ảo (VM) của bạn có tầm quan trọng then chốt. Để đảm bảo an toàn cho dữ liệu máy ảo, bạn cần nắm rõ các phương pháp sao lưu máy ảo Hyper-V khác nhau và xác định phương pháp nào phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Có hai phương pháp sao lưu máy ảo Hyper-V: cấp độ máy khách (guest-level) và cấp độ máy chủ (host-level).
Phương pháp cấp độ máy khách tương tự như sao lưu máy vật lý, hoạt động ở cấp độ máy ảo với sự hỗ trợ của các trình điều khiển (agents) được cài đặt trên từng máy ảo. Sao lưu cấp độ máy chủ mang lại nhiều lợi ích hơn, hoạt động ở cấp độ trình ảo hóa (hypervisor) và sao lưu toàn bộ máy ảo, bao gồm cả cấu hình của chúng, giúp quá trình khôi phục trở nên dễ dàng hơn. Cả hai phương pháp này đều được phân tích chi tiết trong bài viết blog này, cùng với các tính năng của NAKIVO Backup & Replication dành cho sao lưu cấp độ máy chủ.
Sao lưu Hyper-V ở cấp độ máy ảo
Việc sao lưu máy ảo (VM) ở cấp độ máy ảo tương tự như việc sao lưu máy chủ vật lý. Phần mềm chuyên dụng dựa trên trình đại lý (agent) được cài đặt trên hệ điều hành khách (OS) để thực hiện quá trình sao lưu. Hầu hết các sản phẩm sao lưu dành cho Windows đều sử dụng Dịch vụ Bản sao Bóng Thể tích (Volume Shadow Copy Service – VSS) của Microsoft (còn được gọi là Dịch vụ Ảnh chụp Nhanh Thể tích). VSS là công nghệ được phát triển để tạo sao lưu dựa trên ứng dụng các bản sao dữ liệu của bạn thông qua ảnh chụp nhanh. Các thành phần đặc biệt của VSS được gọi là trình ghi VSS (VSS writers) được sử dụng cho quá trình này. Trong hệ điều hành Linux, các ảnh chụp nhanh LVM (Logical Volume Manager) có thể được sử dụng cho mục đích tương tự.
Vai trò của các trình đại lý (agents)
Trình đại lý (agent) là một phần mềm sao lưu được cài đặt trên máy tính vật lý hoặc máy ảo để tương tác với hệ thống tệp và các ứng dụng. Các trình đại lý có thể được sử dụng để tạo bản sao của toàn bộ hệ thống hoặc các tệp hoặc chương trình riêng lẻ. Các agent thường chạy dưới dạng quy trình hệ thống bên trong hệ điều hành khách (guest OS); chúng thiết lập kết nối mạng với máy chủ nơi bạn có thể quản lý các bản sao lưu. Các giải pháp sao lưu sử dụng agent thường được gọi là các giải pháp sao lưu truyền thống.
Các trường hợp sử dụng sao lưu cấp hệ điều hành khách (Guest-Level Backup) trong môi trường ảo
Sao lưu cấp hệ điều hành khách có thể được sử dụng vì các lý do sau:
- Nếu hệ điều hành khách (guest OS) không được hypervisor hỗ trợ chính thức, điều này có nghĩa là việc tạo bản sao lưu nhất quán với ứng dụng (application-consistent backup) bằng phương pháp cấp máy chủ (host-level) là không khả thi.
- Nếu một máy ảo (VM) được kết nối với bộ lưu trữ chia sẻ ở cấp độ hệ điều hành khách hoặc có đĩa vật lý được gắn trực tiếp (bao gồm cả đĩa pass-through) mà phần mềm sao lưu cấp độ máy chủ không hỗ trợ. Ví dụ: giả sử một máy ảo được kết nối với LUN (Logical Unit Number) của SAN (Storage Area Network) thông qua giao thức iSCSI (bằng cách sử dụng trình khởi tạo iSCSI trong hệ điều hành khách), và phần mềm như máy chủ cơ sở dữ liệu hoặc máy chủ tệp đang sử dụng khối lượng đó. Trong trường hợp này, trình ghi VSS của Hyper-V sẽ không thể thực hiện sao lưu hoàn toàn nhất quán cho tất cả các đĩa được máy ảo sử dụng (các khối lượng bên trong đĩa ảo VHD và các khối lượng của các đĩa vật lý được gắn trực tiếp). Điều này là do để thực hiện sao lưu đúng cách, các ứng dụng và cả hai loại đĩa này phải được tạm dừng khi chụp ảnh nhanh. Các đĩa truyền qua có thể được chuyển đổi thành đĩa ảo VHD để thực hiện sao lưu ở cấp máy chủ. Lưu ý rằng máy ảo có thể được đặt trên bộ lưu trữ chia sẻ, chẳng hạn như thiết bị NAS (Bộ lưu trữ kết nối mạng) hoặc SAN. Các giải pháp này được sử dụng để thực hiện sao lưu ở cấp máy chủ với cấu trúc cụm.
- Một số tổ chức có môi trường ảo hóa quy mô nhỏ sử dụng sao lưu máy ảo ở cấp khách vì muốn tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, phương pháp này không được khuyến nghị. Mặc dù trước đây điều này có thể hợp lý, vì các giải pháp truyền thống dựa trên tác nhân (agent) tiết kiệm chi phí hơn cho các môi trường có ít máy ảo, nhưng hiện nay đã có các giải pháp sao lưu máy ảo ở cấp máy chủ với chi phí tương đương (hoặc thấp hơn) dành cho các môi trường Hyper-V quy mô nhỏ.
Nhược điểm của sao lưu cấp máy ảo (Guest-Level)
- Phải cài đặt trình đại lý (agent) trên từng máy ảo, điều này gây bất tiện và tốn thời gian.
- Quá trình khôi phục phức tạp hơn. Trước tiên, phải tạo một máy ảo trống, sau đó cấu hình các thiết lập của máy ảo (CPU ảo, bộ nhớ, đĩa, mạng, v.v.). Chỉ sau đó mới có thể khôi phục máy ảo, và bạn cần phương tiện khôi phục để khởi động lại hệ thống.
- Mức tiêu thụ tài nguyên tính toán cao hơn nhiều, đặc biệt khi sao lưu đồng thời nhiều máy ảo trên cùng một máy chủ Hyper-V.
- Phần mềm sao lưu dựa trên trình đại lý (agent) yêu cầu sử dụng quyền root hoặc quyền quản trị để cấu hình các trình đại lý, điều này có thể gây ra rủi ro bảo mật.
- Không hỗ trợ ảnh chụp nhanh (snapshot) ở cấp độ máy ảo.
Sao lưu Hyper-V ở cấp độ máy chủ
Các phương pháp sao lưu ở cấp độ máy chủ được ưu tiên cho việc sao lưu máy ảo Hyper-V. Các phương pháp sao lưu cấp máy chủ hoạt động ở cấp độ trình ảo hóa thay vì cấp độ máy ảo khách, và có thể sao lưu các máy ảo bất kể hệ điều hành nào đang chạy trên đó. Các máy ảo có thể được sao lưu hoàn toàn, bao gồm các tệp đĩa ảo (được biểu thị bằng định dạng VHD trong Hyper-V) và các tệp cấu hình nơi lưu trữ các thiết lập của máy ảo như CPU, bộ nhớ, mạng, v.v. Có hai loại phương pháp sao lưu cấp máy chủ – Phương pháp Trạng thái Lưu (Saved State Method) và Phương pháp Ảnh chụp nhanh Máy ảo con (Child VM Snapshot Method).
Phương pháp Trạng thái Lưu (Saved State Method)
Phương pháp Trạng thái Lưu (Saved State Method) là một phương pháp ngoại tuyến không nhận biết ứng dụng. Khi sử dụng phương pháp này, Dịch vụ Bản sao Bóng Thể tích (Volume Shadow Copy Service – VSS) của Hyper-V sẽ chỉ định trình ghi VSS để thực hiện quá trình sao lưu. Nếu máy ảo đang chạy tại thời điểm đó, máy ảo sẽ được đưa vào “trạng thái lưu”. Điều này có nghĩa là máy ảo sẽ ngắt kết nối trong một khoảng thời gian ngắn trong khi ảnh chụp nhanh được thực hiện. Trình ghi VSS của Hyper-V sẽ đưa máy ảo vào trạng thái ngủ đông. Điều này đảm bảo rằng các tệp đang mở có thể được lưu lại và trạng thái của các ứng dụng đang chạy có thể được ghi lại trên đĩa cứng ảo.
Phương pháp “Saved State” hoạt động như thế nào?
Nếu phân tích chi tiết, quy trình này bao gồm các giai đoạn sau:
- PrepareForSnapshot event. Tại thời điểm này, phần mềm sao lưu bắt đầu chuẩn bị máy ảo (VM) cho quá trình sao lưu và trạng thái của máy ảo được lưu lại bằng chế độ ngủ đông.
- Chụp ảnh nhanh (snapshot). Trình ghi VSS của Hyper-V, chạy dưới dạng tiến trình VMMS.exe (Dịch vụ Quản lý Máy Ảo), được sử dụng ở bước này. Ảnh chụp nhanh (còn được gọi là điểm kiểm tra máy ảo trong môi trường Hyper-V) được tạo; phần mềm sao lưu tạo bản sao lưu dựa trên ảnh chụp nhanh này. Việc tạo ảnh chụp nhanh cho phép sao lưu dữ liệu của máy ảo đồng thời tránh mọi thay đổi dữ liệu trong quá trình sao chép. Khi hoàn tất, sự kiện PostSnapshot được kích hoạt.
- PostSnapshot sự kiện. Máy ảo được khôi phục về trạng thái trước đó (tức là thức dậy từ chế độ ngủ đông).
Phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con
Phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con là phương pháp nhận biết ứng dụng và được ưu tiên sử dụng để sao lưu các máy ảo đang chạy. Phương pháp này có thể được áp dụng cho các môi trường sản xuất có tính sẵn sàng cao. Máy ảo vẫn duy trì trạng thái trực tuyến trong suốt quá trình sao lưu, nhưng bản sao lưu được tạo ra vẫn đảm bảo tính nhất quán giao dịch. Trong khi Phương pháp Trạng thái Lưu trữ sử dụng Hyper-V VSS bên ngoài các máy ảo con, Phương pháp Chụp nhanh Máy ảo Con sử dụng cơ chế VSS bên trong máy ảo con (thuật ngữ “máy ảo con” đồng nghĩa với “máy ảo khách”) để tạo bản sao lưu.
Phương pháp Chụp nhanh Máy ảo Con hoạt động như thế nào?
Chuỗi sự kiện phần nào tương tự như Phương pháp Trạng thái Lưu trữ.
- Sự kiện PrepareForSnapshot . Dịch vụ Yêu cầu VSS của Hyper-V trong máy ảo con sẽ kích hoạt sự kiện PrepareForSnapshot để bắt đầu quá trình tạo bản sao lưu.
- Sự kiện tạo bản sao lưu. Sau khi nhận được yêu cầu từ Dịch vụ Yêu cầu VSS, bản sao lưu sẽ được tạo. Sau đó, quyền kiểm soát được chuyển từ Dịch vụ Yêu cầu VSS của Hyper-V sang Dịch vụ Ghi VSS của Hyper-V.
- Sự kiện PostSnapshot . Dịch vụ ghi VSS kích hoạt sự kiện PostSnapshot để thông báo cho phần mềm sao lưu rằng việc tạo ảnh chụp nhanh máy ảo đã hoàn tất. Phần mềm sao lưu sau đó có thể sao chép ảnh chụp nhanh như một phần của quy trình sao lưu máy ảo.
Vai trò của Dịch vụ Tích hợp Hyper-V
Dịch vụ Tích hợp Hyper-V được sử dụng để thực hiện sao lưu bằng Phương pháp Ảnh chụp nhanh Máy ảo Con; chúng cung cấp sự tương tác đặc biệt giữa trình ảo hóa và máy ảo con. Các dịch vụ này bao gồm một bộ các trình điều khiển và dịch vụ có thể được bật hoặc tắt riêng lẻ tùy theo nhu cầu của bạn. Dịch vụ VSS Requestor được đề cập ở trên là một phần của bộ dịch vụ Integration Services, bộ dịch vụ này phải được cài đặt trên máy ảo để thực hiện sao lưu ở cấp độ máy chủ.
Kể từ Windows Server 2008 R2 và Windows 7, bộ dịch vụ Integration Services đã được tích hợp sẵn trong hệ điều hành. Nếu bạn muốn cài đặt hoặc cập nhật Dịch vụ Tích hợp trên máy ảo theo cách thủ công, bạn có thể thực hiện việc này bằng cách sử dụng Trình quản lý Hyper-V và gắn hình ảnh đĩa ảo vmguest.iso vào ổ đĩa ảo của máy ảo. Để cập nhật Dịch vụ Tích hợp theo cách thủ công trên máy chủ Hyper-V, bạn có thể tải xuống từ trang web của Microsoft và cài đặt chúng thông qua PowerShell. Windows 10 và Windows Server 2016 có thể cập nhật Dịch vụ Tích hợp trên cả máy chủ lẫn máy ảo thông qua dịch vụ Windows Update.
Yêu cầu để sử dụng phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con
Các điều kiện sau đây phải được đáp ứng để thực hiện sao lưu bằng phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con:
- Dịch vụ Tích hợp Hyper-V, bao gồm Hyper-V VSS Requestor, phải được cài đặt trên máy ảo con.
- Tất cả các phân vùng bên trong máy ảo phải được cấu hình dưới dạng đĩa cơ bản thay vì đĩa động. Hệ thống tệp của các đĩa bên trong máy ảo con phải hỗ trợ ảnh chụp nhanh (ví dụ: hệ thống tệp NTFS đáp ứng tiêu chí này).
- Các tệp ảnh chụp nhanh của máy ảo phải nằm trong cùng một phân vùng với các tệp VHD.
- Máy ảo con phải đang chạy.
Nếu bất kỳ điều kiện nào được liệt kê ở trên không được đáp ứng, phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con sẽ không thể được sử dụng. Trong trường hợp này, phương pháp “Trạng thái đã lưu” (Saved State) sẽ được sử dụng làm phương pháp mặc định.
Ưu điểm của các phương pháp sao lưu cấp máy chủ
Như đã trình bày ở trên, các phương pháp sao lưu cấp máy chủ được ưu tiên khi sao lưu các máy ảo Hyper-V và mang lại nhiều ưu điểm so với phương pháp cấp máy ảo. Những ưu điểm này có thể tóm tắt như sau:
- Sao lưu cấp hypervisor dễ quản lý hơn. Không cần cài đặt trình đại lý. Sản phẩm sao lưu có thể quản lý toàn bộ máy chủ Hyper-V và tất cả các máy ảo trên máy chủ này. Bạn có thể chọn các máy ảo cụ thể cần sao lưu.
- Toàn bộ nội dung của máy ảo, bao gồm đĩa ảo, bản chụp nhanh và cài đặt máy ảo, đều được sao lưu trong quá trình này. Bạn chỉ cần chọn hypervisor cùng với vị trí lưu trữ để khôi phục máy ảo; Bạn không cần phải tạo và cấu hình thủ công một máy ảo (VM) mới.
- Khả năng thực hiện sao lưu trực tuyến nhận diện ứng dụng cho các máy ảo Hyper-V bằng phương pháp ảnh chụp nhanh máy ảo con (Child VM Snapshot Method), điều này cực kỳ quan trọng đối với các môi trường sản xuất. Hoạt động của máy ảo không bị gián đoạn và bản sao lưu đảm bảo tính nhất quán về giao dịch.
- Tiết kiệm tài nguyên (bộ xử lý, bộ nhớ và dung lượng đĩa).
Sử dụng NAKIVO Backup & Replication để cải thiện sao lưu Hyper-V
NAKIVO Backup & Replication sử dụng các phương pháp cấp máy chủ để sao lưu các máy ảo Hyper-V và đơn giản hóa quy trình cấu hình tác vụ sao lưu. NAKIVO Backup & Replication cung cấp khả năng sao lưu bản địa cho Hyper-V Server 2012 R2 cũng như Hyper-V Server 2016 và có thể thực hiện sao lưu dựa trên hình ảnh cấp khối của các máy ảo đang chạy mà không gây gián đoạn.
Sản phẩm này cũng sử dụng một số công nghệ tiết kiệm dung lượng lưu trữ khác nhau. Các bản sao lưu Hyper-V là bản sao lưu gia tăng nhờ công nghệ Theo dõi thay đổi linh hoạt (RCT), công nghệ này theo dõi các khối dữ liệu đã thay đổi kể từ lần sao lưu cuối cùng. Dữ liệu sao lưu Hyper-V được lưu trữ trong kho lưu trữ thông qua chế độ hoàn toàn tổng hợp. Các tệp trao đổi (swap files) bị loại trừ trong quá trình sao lưu Hyper-V, và dữ liệu được loại trừ trùng lặp toàn cục để giảm thêm kích thước.
Các tính năng của NAKIVO Backup & Replication giúp cải thiện sao lưu Hyper-V
- Chế độ sao lưu nhận diện ứng dụng (Application-aware backup mode) cho phép bạn thực hiện các bản sao lưu nhất quán cho các máy ảo chạy Microsoft Exchange, SQL Server, Active Directory và các ứng dụng hoặc cơ sở dữ liệu khác.
- Lưu trữ các bản sao lưu Hyper-V từ xa trên đám mây Azure hoặc AWS cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung chống lại các thảm họa.
- Tính năng xác minh sao lưu tích hợp sẽ kiểm tra tính nhất quán của bản sao lưu và giúp bạn đảm bảo rằng dữ liệu sao lưu được lưu trữ trong kho lưu trữ hoàn toàn trùng khớp với dữ liệu của máy ảo nguồn. Với tính năng Xác minh Ảnh chụp màn hình, ảnh chụp màn hình của hệ điều hành đã được tải trên máy ảo con được phục hồi thử nghiệm sẽ được gửi qua email ngay lập tức sau khi quá trình sao lưu hoàn tất, một cách tự động.
- Các tính năng hỗ trợ cụm giúp bạn sao lưu các máy ảo trong cụm chuyển đổi dự phòng Hyper-V. Các máy ảo có thể thay đổi vị trí giữa các máy chủ khác nhau trong cụm. Sản phẩm tự động theo dõi vị trí của các máy ảo và luôn đảm bảo chúng được sao lưu.
Kết luận
Chúng tôi đã trình bày các phương pháp sao lưu ở cấp độ máy ảo (guest) cũng như ở cấp độ máy chủ (host) cho các máy ảo Hyper-V. Sao lưu ở cấp độ máy ảo yêu cầu sử dụng các trình đại lý (agents), trong khi sao lưu ở cấp độ máy chủ mang lại một số lợi thế, bao gồm việc khôi phục đơn giản hơn và tiết kiệm tài nguyên. Đây là lý do tại sao NAKIVO Backup & Replication thực hiện sao lưu Hyper-V ở cấp độ máy chủ với khả năng nhận diện ứng dụng.
Phương pháp chụp nhanh máy ảo con (Child VM Snapshot) thường được ưa chuộng trong môi trường sản xuất nhờ khả năng tạo các bản sao lưu trực tuyến nhất quán về giao dịch mà không làm gián đoạn hoạt động của máy ảo. Khi máy ảo ở trạng thái ngoại tuyến, có thể sử dụng phương pháp Trạng thái đã lưu (Saved State). Nếu không thể sử dụng bất kỳ phương pháp sao lưu cấp máy chủ nào, dù là do lý do tương thích hay các hạn chế khác, thì có thể thực hiện sao lưu cấp máy ảo.
