仮想環境のバックアップ製品 選定ポイント【第1回】
【技術解説】仮想化特有の課題がある、VMware環境の“従来型”バックアップ
サーバ仮想化の導入が急速に進む一方で、データ量も増え続けている。物理環境と同様のバックアップでは、バックアップ時間や容量、システムへの負荷など多くの課題が出てくる。
本連載「仮想環境のバックアップ製品 選定ポイント」では、VMware環境におけるバックアップの課題を解決する最新のバックアップ技術、最適な製品選定のポイントについて、技術的かつ具体的に説明する。また、主要なバックアップ製品の機能とコストを比較し、システム規模に応じた製品選定のノウハウを説明する。
第1回は、VMware環境における従来型のバックアップ方式と課題を解説する。内容は以下の通り。
- VMware環境のバックアップ方式の現状
- VMware環境の従来のバックアップ方法と特徴
- VMware環境のバックアップデータの整合性
- VMware環境のバックアップの課題のまとめ
サーバ仮想化のバックアップ製品に関する記事
VMware環境のバックアップ方法の現状
2012年末、アイティメディアが仮想環境のバックアップに関するアンケート調査を行った。下記が「サーバ仮想化環境のバックアップ方法」についての結果である。
注目すべきは、「一般のバックアップソフトを使い仮想マシンを個別に取得」(49.4%)と「ストレージのレプリケーション機能を利用」(18.1%)を合わせると大半を占める点である。それら2つの具体的な方法を説明すると、前者は、仮想マシンのゲストOSにバックアップエージェントをインストールし、ファイルデータやデータベースのデータをネットワーク経由でバックアップする方法である。後者は、ストレージのコピー機能(スナップショット、クローン、レプリケーションなど)を使用して、LU(Logical Unit)またはボリュームの複製を筐体内や筐体間で行うバックアップ方法である。
こうした従来のバックアップ方法を、仮想化に特化したバックアップ方法も合わせて検討した上で選定したなら問題はない。だが、比較的中規模・大規模な環境になると、バックアップ時間や容量、システムへの負荷で課題が出てくる。
VMware環境の従来のバックアップ方法と特徴
従来のバックアップ方法(物理環境と同一の方法)は、大きく分けて3つに分類できる。
- ネットワークバックアップ
- VMDKバックアップ
- ストレージのコピー機能
1.ネットワークバックアップ (データバックアップ用途)
・概要
仮想マシンのゲストOSにバックアップエージェントをインストールし、ネットワークを経由してバックアップサーバにバックアップする。
・特徴
ゲストOS内のファイルをファイル単位でバックアップ/リストアできる。また、データベースの整合性を担保したバックアップが可能で、一般的にデータベースのバックアップはこの方法が必須と考えてよい。この方法でシステムバックアップを行うことは、VMDKファイルのカプセル化の恩恵を受けられず、物理サーバと変わらない方法となるため不向きである。また、仮想マシンの台数が増えると、VMware ESXサーバやLANのシステムリソースを消費する。この方法の用途は主にデータバックアップと考えてよい。
2.VMDKバックアップ (システムバックアップ用途)
・概要
バックアップサーバがVMwareデータストアを直接マウントしてVMDKファイルをバックアップする。この方法が可能なのはNFSデータストアのみ。SANストレージのデータストアの場合はVMFS(Virtual Machine File System)となるため、バックアップサーバから直接マウントすることはできない。
・特徴
VMDKファイル単位のバックアップ/リストアが可能。ただし、バックアップデータの整合性が取りにくい。また、ゲストOSの実際の使用量に関わらず、VMDKファイル全体を常にフルバックアップすることになる。少しの変更でも、常にフルバックアップとなるため容量効率が悪い。例えばゲストOSが50Gバイトを使用している場合でも、VMDKファイルが100Gバイトあれば毎回100Gバイトをバックアップすることになる。小規模であれば問題にならないケースもあるが、大規模になっていくとバックアップ/リストア時間、容量とも増大する。なお、ヴイエムウェアはこの方法を推奨していない。
3.ストレージのコピー機能 (システムバックアップ用途)
・概要
ストレージのコピー機能(スナップショット、クローン、レプリケーションなど)を使用して、LUまたはボリュームの複製を筐体内や筐体間で行うバックアップ方法。
・特徴
ストレージの機能を使うバックアップ方式。変更ブロックのみがコピー対象になるので、高速なバックアップが可能である。ただし、一般的にバックアップ/リストアは、ストレージのLUまたはボリューム単位となる。よって、仮想マシン単位でのバックアップ/リストアを行うためには、1つのLUまたはボリュームに対して1つの仮想マシンを配置した設計が必要になり、ストレージの容量効率が悪くなる。
RDM(Raw Device Mapping)の領域は、コピー先の領域をバックアップサーバが直接マウントしてバックアップすることも可能である。SANストレージのデータストアの場合、VMFSのため、テープ装置へのD2D2Tバックアップは困難になる。一般的には整合性が取りづらく、スケジュール、世代管理が困難である。ただし、ストレージベンダーがそれらを自動化する専用ソフトウェアを提供している場合がある。ソフトウェアによっては、1つのボリュームに複数の仮想マシンが含まれる場合でも、個々の仮想マシン単位でリストアを行ったり、ゲストOS内のファイルレベルのリストアが可能なものもある。専用ソフトウェアを使用せず、管理者による手動実行やスクリプトによるバッチ処理を作成するのは、複雑になるので推奨しない。
VMware環境のバックアップデータの整合性
ここで、バックアップデータの整合性について考えてみよう。仮想環境は物理環境とは異なり、データの整合性という観点で複数のレイヤーを考慮する必要がある。
上位のレイヤーから、
- データベースなどのデータ
- ゲストOSのファイルシステム
- VMDKファイル
- VMFS/NASのファイルシステム
となる。VMDKファイルのバックアップやストレージのコピー機能によるバックアップでは、これらのレイヤーの整合性を考慮する必要がある。
まず、1.データベースなどの整合性を取るためには、物理環境と同様にバックアップモードの実行やアプリケーションの停止が必要になる。その後、2.ゲストOSのファイルシステムをフラッシュする必要がある。データ領域であれば、アンマウントすることも可能だが、OSのシステム領域はアンマウントすることができない。そして、3.VMDKファイルへの書き込みを停止するために、仮想マシンのスナップショットを実行する必要がある。その際、ゲストOSがWindowsの場合は、VMware ToolsのSYNCドライバまたはVSS連携機能でゲストOSのファイルシステムが静止されるので、“ある程度”の整合性は取れていると考えてよい。残念ながらLinuxのVMware Toolsにはその機能はない。なお、4.VMFS/NASのファイルシステムは、VMware ESXサーバからアンマウントすることは事実上難しいので、ほとんどのケースで考慮しない。以上から、下記の流れでバックアップする必要がある。ここまで考えないと、整合性の取れたバックアップとはいえない。
整合性を考えたバックアップの流れ
- データベースなど、アプリケーションのバックアップモードの実行/停止
- 仮想マシンのスナップショット
- VMDKファイルのバックアップまたはストレージのコピー機能によるバックアップ
仮想マシンをオンラインでバックアップ取得するためには、上記の整合性について考慮する必要がある。実は、オンラインでの仮想マシンバックアップは、ヴイエムウェアもOSベンダーも完全には保証していない。オンラインでのシステムバックアップは「突然のシステム電源ダウン」と同じである。オンラインバックアップした仮想マシンをリストアして起動すると、Windowsの場合は停止理由について求められる画面が表示され、Linuxの場合はFSCKが実行される。そのため、100%の整合性を担保したい場合は、仮想マシンを停止してバックアップする必要がある。しかし、毎回停止するというのは運用の要件を満たせない場合が多いので、通常の運用ではオンラインでバックアップし、システムに変更があったときなど、不定期で仮想マシンを停止してバックアップするという運用を推奨する。
VMware環境のバックアップの課題のまとめ
VMware環境のバックアップで、ゲストOS内のファイル単位のリストアと、仮想マシン単位のシステムリストアの両方を行いたい場合は、従来のバックアップ方法を2パターン実施し取得する必要がある。だが、そうすると、ゲストOS内のファイルとVMDKファイル内の同じデータを、形を変えて2重取りしていることになる。VMDKバックアップが毎回フルバックアップになることも合わせ、バックアップ時間と容量が肥大化する。大規模になれば、ゲストOSからネットワークバックアップをすることによるVMware ESXサーバとLANの負荷も増大する。よって、時間、容量、負荷が課題になる。これら3つの課題をどう解決するかが重要だ。
これら3つの課題が大きいので、災害対策や運用の効率化など、潜在的な課題に対処する余裕がないというのが現状ではないだろうか。
第1回ではVMware環境のバックアップにおける課題について説明した。第2回、第3回では、こうした課題を解決する上で効率の良い最新のバックアップ技術を紹介する他、最適なバックアップ製品を選定するポイントを説明する。第4回では、バックアップ製品の機能比較、最終回の第5回ではコスト比較を行う。最終回までお付き合いいただきたい。
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仮想環境のバックアップ製品 選定ポイント
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