ZStack Cloud 4.4.24 新功能：内存快照技术详解

Posted 2022-08-23 ZStack上海云轴

内存快照，顾名思义，是包含云主机运行时内存状态的快照。在近期发布的ZStack Cloud 4.4.24中，新增支持云主机内存快照。该功能主要基于快照组实现，在快照组已提供磁盘一致性的基础上，新增提供应用一致性，进一步确保数据完整性。内存快照支持以快照组为单位进行恢复，同时还能额外恢复当时内存快照中的网卡、光驱等配置。本文主要从技术实现出发，带您深入了解ZStack Cloud内存快照功能。

一、技术背景

ZStack Cloud内存快照主要基于Libvirt接口实现，我们可通过virsh命令的帮助信息了解相关参数。

1、创建内存快照

从上述命令可见，通过[–disk-only]，可创建磁盘快照；通过[–memspec]以及[–diskspec]，可指定对应的快照类型、快照文件名等信息。

在指定[memspec]的情况下，Libvirt会额外执行一段保存云主机运行时状态信息的逻辑（实际上通过云主机热迁移实现），最终将云主机对应的元数据和运行时状态信息写入到[memspec]指定的文件中。将该机制反推，即可将已保存的云主机运行时状态信息恢复，云主机可恢复到快照创建时的状态。

此外，也许您还会好奇，云主机运行时创建快照如何保证内存一致性？其实，在创建内存快照时，会在获取内存状态之前暂停云主机，由于服务暂停，从而保证了创建内存快照那一时刻的内存一致性。

2、恢复内存快照

从上述命令可见，通过[–file]，可指定待恢复的内存快照文件路径。

通过[–xml]，可指定待恢复的云主机xml配置文件，该xml配置文件需与内存快照已保存的xml配置文件保持一致，否则内存快照恢复失败；若不指定[–xml]，则会按照内存快照已保存的xml配置文件进行恢复。

此外，还可通过[–running]或[–paused]，指定恢复后的云主机状态（运行或暂停）。

二、 技术原理

ZStack Cloud内存快照技术原理可分为以下三个部分：

保存设备信息
创建内存快照
恢复内存快照

1、保存设备信息
在“技术背景”章节已提到，保存云主机运行时状态信息的逻辑，实际上通过云主机热迁移实现。

基于该背景可得知，执行创建/恢复快照组操作，其中已隐含云主机支持热迁移的前提条件。若仅针对Libvirt层面，直接恢复内存快照就能完成云主机的恢复，但这样会造成其它问题，比如在外部快照场合，若直接恢复内存快照，将直接读写一个只读的快照文件，这是我们不希望发生的。

因此，引入保存设备信息机制，可确保恢复的云主机配置是我们所需要的。云主机热迁移对相应设备的地址信息也有要求。

通过保存设备信息机制，云主机虚拟设备的地址信息被固定，结合之前物理设备地址信息保留的逻辑，从而实现设备定制信息的固定。

此外，保存设备信息机制还有存档功能，支持保留创建内存快照时刻对应的云主机相关虚拟资源信息。在创建内存快照后，即使云主机配置变化（比如修改网卡、光驱等），也可将云主机恢复到创建内存快照时刻的状态。

2、创建内存快照
引入保存设备信息机制，创建内存快照已具备实现基础，即：可以保存设备地址和设备配置信息。

创建包含内存快照的快照组，实质问题是：如何处理内存快照在快照组中的映射关系？为解决该问题，我们新增Memory类型云盘作为内存快照，考虑到内存快照也通过主存储保存，只需调整云盘逻辑，即可让内存快照与其它云盘保持逻辑抽象的统一。

此外，在创建快照组时，需再次建立快照组和设备信息的关联关系，用于快照组恢复。该关联关系在删除内存快照时连带删除。

3、恢复内存快照
内存快照需基于快照组进行恢复。恢复内存快照与恢复其它快照在实现逻辑上差别不大。唯一不同的是，恢复内存快照，会根据快照组和设备信息的关联关系，先将存档设备信息还原到当前云主机上，并对云主机配置及设备做一系列检查，当云主机配置及设备还原后，再进行正式的数据面恢复。

三、技术特色

1、易用性
创建内存快照并未新增功能入口，可直接通过创建快照组的功能入口实现。在创建快照组界面，选择创建内存快照，创建出的快照组将包含内存快照。恢复快照组，也可选择是否同时恢复内存快照，针对不同使用场景灵活选择。

2、实用性
内存快照本身是确保虚拟化场景具备更好可用性的基础功能。此外，通过内存快照，可让云主机在一定程度上规避因变更配置带来的风险。

3、扩展性
恢复内存快照，支持额外恢复当时内存快照中的云主机配置（比如网卡、光驱等）。

4、适用性
目前，除Ceph之外的其它主存储类型均支持内存快照功能。

四、 技术价值

内存快照支持捕获某一精确时刻的云主机内存状态。比如正在升级中的软件，若具备内存快照，当升级未按预期完成，或升级后不符合预期，可直接恢复内存快照，将软件快速回滚至升级之前的状态。

对于业务连续性要求苛刻的系统，如需进行升级或调整（不关机），可先创建内存快照，保证应用一致性，再开始进行业务变更。若突发异常，则可直接恢复内存快照，将业务系统快速恢复至升级或调整之前的状态。

五、结束语

云轴科技ZStack作为一家自主创新、专注产品化的云计算公司，打造好用的云产品，降低用户云计算使用门槛，是我们一直以来秉持的理念和践行方向。内存快照功能的推出，让ZStack Cloud快照功能更加完善，进一步保证用户数据完整性。未来，我们会继续推出更多丰富好用的云计算产品功能，为用户创造价值。