KVM虚拟机的快照用来保存虚拟机在某个时间点的内存、磁盘或者设备状态，如果将来有需要可以把虚拟机的状态回滚到这个时间点。

根据被做快照的对象不同，快照可以分为磁盘快照和内存快照，两者加起来构成了一个系统还原点，记录虚拟机在某个时间点的全部状态；根据做快照时虚拟机是否在运行，快照又可以分为在线快照和离线快照。

磁盘快照根据存储方式的不同，又分为内部快照和外部快照：内部快照只支持qcow2格式的虚拟机镜像，把快照及后续变动都保存在原来的qcow2文件内；外部快照在创建时，快照被保存在单独一个文件中，创建快照时间点之后的数据被记录到一个新的qcow2文件中，原镜像文件成为新的qcow2文件的backing file（只读），在创建多个快照后，这些文件将形成一个链——backing chain。外部快照同时支持raw和qcow2格式的虚拟机镜像。

下文将分别具体介绍不同类型的KVM虚拟机快照。

操作环境：

操作系统：

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

Libvirt版本：

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

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的默认yum源中的qemu-kvm不支持在线创建外部快照，需要安装Redhat的qemu-kvm-ev，安装方法：

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

安装

[root@localhost ~]# yum install qemu-kvm-rhev -y
测试机上有一台虚拟机

[root@localhost ~]# virsh list

 Id      Name                             State

----------------------------------------------------

10      vm                             running

虚拟机的磁盘文件为系统盘/data/vm.img，数据盘/data/data.img。

内存快照

创建快照

命令：virsh save vm vm.snapshot1

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



Domain vm saved to vm.snapshot1


创建完后虚拟机会关机：

[root@localhost ~]# virsh list --all

 Id      Name                             State

----------------------------------------------------

 -       vm                             shut off

回滚快照

命令：virsh restore vm.snapshot1

[root@localhost ~]# virsh restore   vm.snapshot1

Domain restored from vm.snapshot1



[root@localhost ~]# virsh list

 Id      Name                             State

----------------------------------------------------

 11      vm                             running

注：

只能对关机状态的虚拟机进行回滚快照；
内存快照做完后，如果虚拟机磁盘文件发生修改，可能会导致corruption。

磁盘内部快照

磁盘内部快照可以在虚拟机开机状态创建，但是创建过程中虚拟机处于paused状态，

创建快照

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

这条命令执行后，虚拟机会变成paused状态

[root@localhost ~]# virsh list

 Id      Name                             State

----------------------------------------------------

 13      vm                             paused

等快照创建完成，会重新变回running。

查看快照

命令：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

快照回滚：virsh snapshot-revert --domain vm --snapshotname vm1

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

磁盘内部快照有2个缺点：

只支持qcow2格式的镜像文件；
创建快照虚拟机会paused，有停机时间，对于不能停机的线上业务来说是无法接受的。

磁盘外部快照

原理

假设虚拟机磁盘镜像文件为base，创建一个外部快照snapshot1，这时候的镜像之间的关系backing chain如下：

base<-snapshot1*

“*”表示目前active状态的镜像，base变为只读，snapshot1以base为backing file，虚拟机所有写入都发生在snapshot1，如果再创建一个外部快照snapshot2，backing chain会变成：

base<-snapshot1<-snapshot2*

snapshot2又以snapshot1为backing file，现在base和snapshot1都变成了只读。继续创建快照会加长这个backing chain：

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

如果要回滚某个快照，就要把虚拟机使用的镜像指向该快照文件的backing file。例如，回滚到snapshot2，就要把虚拟机的镜像改为snapshot1；回滚到snapshot1，则要把虚拟机的镜像改为base。回滚到snapshot1会导致snapshot1之后的所有快照失效，因为他们在backing chain上游的backing file发生了变化（backing file只能是只读，如果数据发生变化，下游镜像也会失效）。

缩短链

随着快照数量变多，backing chain也会越来越长，变得难以维护。如果有些快照已经没用了可以进行删除。缩短这条链通常有两种思路：

blockcommit，从top文件合并数据到base（下游镜像向backing file合并，称为“commit”）；
blockpull，从base文件合并数据到top（从backing file向下游镜像合并，称为“pull”）。截止目前只能将backing file合并至当前的active的镜像中，也就是说还不支持指定top的合并。

删除快照

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

blockcommit：把snapshot2的数据合并到snapshot1，合并完后backing chain变成了

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

blockpull：把snapshot2的数据合并到snapshot3，合并完后backing chain变成了

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

具体操作

1. 创建外部快照

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

--disk-only 有这个参数，snapshot-create-as命令就会创建磁盘外部快照；

--atomic 如果虚拟机有多个磁盘，则把为虚拟机所有磁盘创建快照的操作当做一个原子操作，要么全部成功，要么全部失败；

--no-metadata 不让libvirt记录快照的元数据。这个参数不是必须的，但是强烈建议使用，目前libvirt对外部快照支持不完整，只能创建，不能删除和回滚，如果要删除一个有外部快照的虚拟机，会出现以下报错：

[root@localhost ~]# virsh undefine vm

error: Failed to undefine domain test

error: Requested operation is not valid:   cannot delete inactive domain with 1 snapshots

加上这个参数后，libvirt不再管理外部快照，删除和回滚都不会受影响了。

快照创建成功后，在虚拟机磁盘文件目录下会多出2个新文件vm.snapshot1和data.snapshot1，分别是系统盘和数据盘的快照文件，查看镜像信息可以看出，它们分别以原镜像为backing file，与之前原理中分析的一致：

[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

file format: qcow2

virtual size: 1.0G (1073741824 bytes)

disk size: 196K

cluster_size: 65536

backing file: /data/data.img

backing file format: qcow2

Format specific information:

      compat: 1.1

      lazy refcounts: false

      refcount bits: 16

corrupt: false

创建完后，虚拟机xml文件中使用的磁盘文件会libvirt自动被改成这两个新文件，这两个新文件处于active状态，原镜像变为只读。

<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'>

        <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none' io='native'/>

        <source file='/data/data.snapshot1'/>

        <target dev='vdb' bus='virtio'/>

        <address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x07'   function='0x0'/>

      </disk>

2. 回滚快照

Libvirt目前不支持回滚外部快照，只能纯手工操作。为了证明在回滚快照后虚拟机确实回到了快照记录的状态，我们在虚拟机中在/root下新建一个空文件test。然后关闭虚拟机并把虚拟机的磁盘改回vm.img和data.img，开机后会发现/root/test不见了，可以证明虚拟机文件系统回到了创建快照的时间点。

由上面的操作我们可以得出结论：回滚到某个快照，就是把虚拟机当前磁盘文件改为这个快照文件的backing file；快照名和快照文件名并不对应，例如创建snapshot1后产生的文件vm.snapshot1中记录的并不是快照snapshot1的内容，它的backing file才是。在下面介绍删除快照时，牢记这点尤其重要。

3.删除快照

在原理中已经介绍过，删除快照有blockcommit和blockpull两种思路，由于blockpull不支持指定top的合并，下面将只介绍blockcommit方式。我们先为虚拟机vm多创建几个快照，现在快照链为（以下操作都以系统盘为例，数据盘同理）：
base<-snapshot1<-snapshot2<-snapshot3<-snapshot4*
qemu-img命令也可以查看链关系：

[root@localhost   data]# qemu-img info --backing-chain vm.snapshot4

image:   vm.snapshot4

file format: qcow2

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

virtual size:   20G (21474836480 bytes)

disk size:   196K

cluster_size:   65536

backing file:   /data/vm.snapshot2

backing file   format: qcow2

Format   specific information:

    compat: 1.1

    lazy refcounts: false

    refcount bits: 16

    corrupt: false



image:   /data/vm.snapshot2

file format:   qcow2

virtual size:   20G (21474836480 bytes)

disk size:   196K

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



image:   /data/vm.img

file format:   qcow2

virtual size:   20G (21474836480 bytes)

disk size:   1.5G

cluster_size:   65536

Format   specific information:

    compat: 0.10

    refcount bits: 16

现在我们要删除snapshot2，根据回滚快照时得出的结论，要回滚到snapshot2就是把虚拟机磁盘指向vm.snapshot1，所以删除snapshot2就要在不影响backing chain中其他文件的前提下，把vm.snapshot2的内容合并到vm.snapshot1，vm.snapshot1的内容发生了改变，也就不能回滚到snapshot2了，达到了删除快照的目的。操作命令如下：

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

合并完后，使用qemu-img命令再次查看文件信息可以发现，vm.snapshot2已经不在backing chain中了：

[root@localhost data]# qemu-img info --backing-chain vm.snapshot4

image: vm.snapshot4

file format: qcow2

virtual size: 20G (21474836480 bytes)

disk size: 1.1M

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

virtual size: 20G (21474836480 bytes)

disk size: 388K

cluster_size: 65536

backing file: /data/vm.snapshot1

backing file format: qcow2

Format specific information:

    compat: 1.1

    lazy refcounts: false

    refcount bits: 16

    corrupt: false



image: /data/vm.snapshot1

file format: qcow2

virtual size: 20G (21474836480 bytes)

disk size: 1.5M

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



image: /data/vm.img

file format: qcow2

virtual size: 20G (21474836480 bytes)

disk size: 1.5G

cluster_size: 65536

Format specific information:

    compat: 0.10

    refcount bits: 16

总结

三种快照中，只有磁盘外部快照可以不停机创建，所以这种快照最符合我们平时的需求，后续研究也重点关注外部快照。不幸的是libvirt对外部快照的支持太弱，大部分操作需要我们人脑思考、手工操作。接下来研究的重点有以下几点：

测试外部快照创建时是否真正零停机时间；
虚拟机运行时进行快照文件合并对性能有何影响；
利用Python脚本封装外部快照的操作。

KVM虚拟机快照研究（一）

内存快照

磁盘内部快照

磁盘外部快照

原理

缩短链

删除快照

具体操作

1. 创建外部快照

2. 回滚快照

3.删除快照

总结

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