KVM虛拟機快照研究（一）

      KVM虛拟機的快照用來儲存虛拟機在某個時間點的記憶體、磁盤或者裝置狀态，如果将來有需要可以把虛拟機的狀态復原到這個時間點。

根據被做快照的對象不同，快照可以分為磁盤快照和記憶體快照，兩者加起來構成了一個系統還原點，記錄虛拟機在某個時間點的全部狀态；根據做快照時虛拟機是否在運作，快照又可以分為線上快照和離線快照。

磁盤快照根據存儲方式的不同，又分為内部快照和外部快照：内部快照隻支援qcow2格式的虛拟機鏡像，把快照及後續變動都儲存在原來的qcow2檔案内；外部快照在建立時，快照被儲存在單獨一個檔案中，建立快照時間點之後的資料被記錄到一個新的qcow2檔案中，原鏡像檔案成為新的qcow2檔案的backing file（隻讀），在建立多個快照後，這些檔案将形成一個鍊——backing chain。外部快照同時支援raw和qcow2格式的虛拟機鏡像。

下文将分别具體介紹不同類型的KVM虛拟機快照。

操作環境：

l  作業系統：

[root@localhost ~]# cat   /etc/redhat-release CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)

l  Libvirt版本：

[root@localhost ~]# libvirtd --version libvirtd (libvirt) 3.2.0

l  qemu版本：

[root@localhost ~]# rpm -qa|grep qemu-kvm qemu-kvm-common-ev-2.3.0-29.1.el7.x86_64 qemu-kvm-ev-2.3.0-29.1.el7.x86_64

centos7.4的預設yum源中的qemu-kvm不支援線上建立外部快照，需要安裝Redhat的qemu-kvm-ev，安裝方法：

1.      配置yum源

[root@localhost ~]# cat   /etc/yum.repos.d/qemu-kvm-rhev.repo [qemu-kvm-rhev] name=oVirt rebuilds of qemu-kvm-rhev baseurl=http://resources.ovirt.org/pub/ovirt-3.5/rpm/el7Server/ mirrorlist=http://resources.ovirt.org/pub/yum-repo/mirrorlist-ovirt-3.5-el7Server enabled=1 skip_if_unavailable=1 gpgcheck=0

2.      安裝

[root@localhost ~]# yum install qemu-kvm-rhev -y

測試機上有一台虛拟機

[root@localhost ~]# virsh list  Id      Name                             State ---------------------------------------------------- 10      vm                             running

虛拟機的磁盤檔案為系統盤/data/vm.img，資料盤/data/data.img。

記憶體快照

1.      建立快照

指令：virsh save vm vm.snapshot1

[root@localhost ~]# virsh save vm   vm.snapshot1 Domain vm saved to vm.snapshot1

建立完後虛拟機會關機：

[root@localhost ~]# virsh list --all  -       vm                             shut off

2.      復原快照

指令：virsh restore vm.snapshot1

[root@localhost ~]# virsh restore   vm.snapshot1 Domain restored from vm.snapshot1  11      vm                             running

注：

1.      隻能對關機狀态的虛拟機進行復原快照；

2.      記憶體快照做完後，如果虛拟機磁盤檔案發生修改，可能會導緻corruption。

磁盤内部快照

磁盤内部快照可以在虛拟機開機狀态建立，但是建立過程中虛拟機處于paused狀态，

指令：virsh snapshot-create-as --domain vm --name vm1

這條指令執行後，虛拟機會變成paused狀态

13      vm                             paused

等快照建立完成，會重新變回running。

2.      檢視快照

指令：virsh snapshot-list –domain vm

[root@localhost ~]# virsh snapshot-list   --domain vm  Name                 Creation Time             State ------------------------------------------------------------  vm1                  2018-03-06 10:37:57 +0800   running

快照復原：virsh snapshot-revert --domain vm --snapshotname vm1

快照删除：virsh snapshot-delete --domain vm --snapshotname vm1

磁盤内部快照有2個缺點：

1.      隻支援qcow2格式的鏡像檔案；

2.      建立快照虛拟機會paused，有停機時間，對于不能停機的線上業務來說是無法接受的。

磁盤外部快照

原理

假設虛拟機磁盤鏡像檔案為base，建立一個外部快照snapshot1，這時候的鏡像之間的關系backing chain如下：

base<-snapshot1*

“*”表示目前active狀态的鏡像，base變為隻讀，snapshot1以base為backing file，虛拟機所有寫入都發生在snapshot1，如果再建立一個外部快照snapshot2，backing chain會變成：

base<-snapshot1<-snapshot2*

snapshot2又以snapshot1為backing file，現在base和snapshot1都變成了隻讀。繼續建立快照會加長這個backing chain：

base<-snapshot1<-snapshot2<-snapshot3<-snapshot4*

如果要復原某個快照，就要把虛拟機使用的鏡像指向該快照檔案的backing file。例如，復原到snapshot2，就要把虛拟機的鏡像改為snapshot1；復原到snapshot1，則要把虛拟機的鏡像改為base。復原到snapshot1會導緻snapshot1之後的所有快照失效，因為他們在backing chain上遊的backing file發生了變化（backing file隻能是隻讀，如果資料發生變化，下遊鏡像也會失效）。

随着快照數量變多，backing chain也會越來越長，變得難以維護。如果有些快照已經沒用了可以進行删除。縮短這條鍊通常有兩種思路：

1.      blockcommit，從top檔案合并資料到base（下遊鏡像向backing file合并，稱為“commit”）；

2.      blockpull，從base檔案合并資料到top（從backing file向下遊鏡像合并，稱為“pull”）。截止目前隻能将backing file合并至目前的active的鏡像中，也就是說還不支援指定top的合并。

在上面的backing chain中，如果我們要删除snapshot2，方法如下：

1.      blockcommit：把snapshot2的資料合并到snapshot1，合并完後backing chain變成了

base<-snapshot1<-snapshot2（内容為snapshot2+snapshot3）<-snapshot4*

2.      blockpull：把snapshot2的資料合并到snapshot3，合并完後backing chain變成了

base<-snapshot1<-snapshot3（内容為snapshot2+snapshot3）<-snapshot4*

具體操作

1.      建立外部快照

指令：virsh snapshot-create-as --domain vm --name snapshot1 --disk-only --atomic --no-metadata

--disk-only 有這個參數，snapshot-create-as指令就會建立磁盤外部快照；

--atomic 如果虛拟機有多個磁盤，則把為虛拟機所有磁盤建立快照的操作當做一個原子操作，要麼全部成功，要麼全部失敗；

--no-metadata 不讓libvirt記錄快照的中繼資料。這個參數不是必須的，但是強烈建議使用，目前libvirt對外部快照支援不完整，隻能建立，不能删除和復原，如果要删除一個有外部快照的虛拟機，會出現以下報錯：

[root@localhost ~]# virsh undefine vm error: Failed to undefine domain test error: Requested operation is not valid:   cannot delete inactive domain with 1 snapshots

加上這個參數後，libvirt不再管理外部快照，删除和復原都不會受影響了。

快照建立成功後，在虛拟機磁盤檔案目錄下會多出2個新檔案vm.snapshot1和data.snapshot1，分别是系統盤和資料盤的快照檔案，檢視鏡像資訊可以看出，它們分别以原鏡像為backing file，與之前原理中分析的一緻：

[root@localhost data]# qemu-img info   vm.snapshot1 image: vm.snapshot1 file format: qcow2 virtual size: 20G (21474836480 bytes) disk size: 3.4M cluster_size: 65536 backing file: /data/vm.img backing file format: qcow2 Format specific information:       compat: 1.1       lazy refcounts: false       refcount bits: 16       corrupt: false [root@localhost data]# qemu-img info   data.snapshot1 image: data.snapshot1 virtual size: 1.0G (1073741824 bytes) disk size: 196K backing file: /data/data.img corrupt: false

建立完後，虛拟機xml檔案中使用的磁盤檔案會libvirt自動被改成這兩個新檔案，這兩個新檔案處于active狀态，原鏡像變為隻讀。

<disk type='file' device='disk'>         <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none' io='native'/>         <source file='/data/vm.snapshot1'/>         <target dev='vda' bus='virtio'/>         <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04'   function='0x0'/>       </disk>       <disk type='file' device='disk'>         <source file='/data/data.snapshot1'/>         <target dev='vdb' bus='virtio'/>         <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x07'   function='0x0'/>

Libvirt目前不支援復原外部快照，隻能純手工操作。為了證明在復原快照後虛拟機确實回到了快照記錄的狀态，我們在虛拟機中在/root下建立一個空檔案test。然後關閉虛拟機并把虛拟機的磁盤改回vm.img和data.img，開機後會發現/root/test不見了，可以證明虛拟機檔案系統回到了建立快照的時間點。

由上面的操作我們可以得出結論：復原到某個快照，就是把虛拟機目前磁盤檔案改為這個快照檔案的backing file；快照名和快照檔案名并不對應，例如建立snapshot1後産生的檔案vm.snapshot1中記錄的并不是快照snapshot1的内容，它的backing file才是。在下面介紹删除快照時，牢記這點尤其重要。

3.      删除快照

在原理中已經介紹過，删除快照有blockcommit和blockpull兩種思路，由于blockpull不支援指定top的合并，下面将隻介紹blockcommit方式。我們先為虛拟機vm多建立幾個快照，現在快照鍊為（以下操作都以系統盤為例，資料盤同理）：

qemu-img指令也可以檢視鍊關系：

[root@localhost   data]# qemu-img info --backing-chain vm.snapshot4 image:   vm.snapshot4 virtual size:   20G (21474836480 bytes) disk size:   452K cluster_size:   65536 backing file:   /data/vm.snapshot3 backing file   format: qcow2 Format   specific information:     compat: 1.1     lazy refcounts: false     refcount bits: 16     corrupt: false image:   /data/vm.snapshot3 file format:   qcow2 disk size:   196K backing file:   /data/vm.snapshot2 image:   /data/vm.snapshot2 backing file:   /data/vm.img image:   /data/vm.img disk size:   1.5G     compat: 0.10

現在我們要删除snapshot2，根據復原快照時得出的結論，要復原到snapshot2就是把虛拟機磁盤指向vm.snapshot1，是以删除snapshot2就要在不影響backing chain中其他檔案的前提下，把vm.snapshot2的内容合并到vm.snapshot1，vm.snapshot1的内容發生了改變，也就不能復原到snapshot2了，達到了删除快照的目的。操作指令如下：

virsh blockcommit --domain vm vda --base /data/vm.snapshot1 --top /data/vm.snapshot2 --wait –verbose

virsh blockcommit --domain vm vdb --base /data/data.snapshot1 --top /data/data.snapshot2 --wait –verbose

合并完後，使用qemu-img指令再次檢視檔案資訊可以發現，vm.snapshot2已經不在backing chain中了：

[root@localhost data]# qemu-img info --backing-chain vm.snapshot4 image: vm.snapshot4 disk size: 1.1M backing file: /data/vm.snapshot3     compat: 1.1 image: /data/vm.snapshot3 disk size: 388K backing file: /data/vm.snapshot1 image: /data/vm.snapshot1 disk size: 1.5M image: /data/vm.img disk size: 1.5G

總結

三種快照中，隻有磁盤外部快照可以不停機建立，是以這種快照最符合我們平時的需求，後續研究也重點關注外部快照。不幸的是libvirt對外部快照的支援太弱，大部分操作需要我們人腦思考、手工操作。接下來研究的重點有以下幾點：

1.      測試外部快照建立時是否真正零停機時間；