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C++ 中的卷影复制服务 API 入门

didierjeanphi
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2012年1月30日

CPOL

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C++ 中的卷影复制 API 入门

引言

卷影复制服务（Volume Shadow Copy Service，简称 VSS）为 Microsoft Windows 操作系统提供了备份基础结构，以及一种创建数据一致性时间点副本（称为卷影副本）的机制。VSS 在 Windows XP SP2 中引入，并可在 Windows Server 2003、Vista、Windows Server 2008、Windows 7 和 Windows Server 2008 R2 上使用。

卷影复制服务可以通过与应用程序、文件系统服务、备份应用程序、快速恢复解决方案和存储硬件协调，即使数据被锁定，也能生成一致的手动或自动备份副本或快照。Windows 操作系统中的一些功能会使用卷影复制服务。从 Vista 开始，某些组件（如名为“以前的版本”的属性表外壳扩展）允许从还原点本地恢复单个文件或文件夹，就像它们在快照创建时那样，从而检索文件的早期版本或恢复意外删除的文件。

本文将介绍如何使用原生 C++ 中的 VSS API 创建一个基本快照。MSDN 文档非常详尽，但说实话也有些令人费解，因此我萌生了写这篇文章的想法，希望能以一种更友好的方式来介绍 VSS API。

VSS 词汇

在编写代码之前，我们需要确定构成一个解决方案的不同组件。

  • VSS 服务

此组件是 Windows 的一部分，它确保其他组件能够正确地相互通信并协同工作。

  • VSS 请求程序

这是本文的重点。它只是一组用于创建、导入或删除卷影副本的指令。一个典型的例子是像 NTBackup 这样的备份应用程序。在 Vista 或 Win 7 和 Win 2008 上，Windows Server Backup 实用程序和 System Center Data Protection Manager 应用程序是 VSS 请求程序。本系列的第一部分将重点介绍 VSS 请求程序的基础知识。

  • VSS 写入程序

VSS 写入程序是一个软件组件，通过接收 冻结和解冻通知，确保备份的数据文件在内部一致，从而保证备份的数据集一致。SQL Server® 或 Exchange Server 用户熟悉 VSS 写入程序，因为这两个应用程序都带有自己的写入程序。Windows 还为注册表等各种组件包含了一些 VSS 写入程序。如果您想确保备份期间数据的完整性，可以为自己的应用程序创建 VSS 写入程序。本文的第二部分将介绍 VSS 写入程序。

  • VSS 提供程序

此组件负责创建和维护卷影副本。这可以在软件或硬件层面进行。Windows 操作系统包含一个使用写时复制的 VSS 提供程序。如果您使用存储区域网络 (SAN)，那么安装 SAN 的 VSS 硬件提供程序非常重要，如果它可用的话。硬件提供程序将创建和维护卷影副本的任务从主机操作系统中卸载。在本文中，我将提及 VSS 提供程序，但要了解更多关于它的信息，请访问 MSDN 页面。

它是如何工作的？

现在我们知道了请求程序、写入程序和提供程序是什么，那么如何将它们的作用置于上下文中，并展示它们如何相互作用来创建一个快照？

无论副本的具体用途和使用 VSS 的应用程序如何，卷影副本的创建都遵循相同的步骤：

  1. 请求程序请求卷影复制服务枚举写入程序、收集写入程序元数据，并为卷影副本的创建做好准备。
  2. 每个写入程序都会创建一个 XML 描述需要备份的组件和数据存储，并将其提供给卷影复制服务。写入程序还定义了一个用于所有组件的还原方法。卷影复制服务将写入程序的描述提供给请求程序，请求程序选择将被备份的组件。这部分将在第二部分介绍。
  3. 卷影复制服务通知所有写入程序准备其数据以创建卷影副本。
  4. 每个写入程序会相应地准备数据，例如完成所有打开的事务、滚动事务日志和刷新缓存。当数据准备好进行卷影复制时，写入程序会通知卷影复制服务。
  5. 写入程序会暂时冻结应用程序写入 I/O 请求，以进行创建卷影副本卷或卷所需的几秒钟。请注意，在此期间，读取 I/O 请求仍然是可能的。应用程序冻结不允许超过 60 秒。卷影复制服务会刷新文件系统缓存，然后冻结文件系统，这确保了文件系统元数据被正确记录，并且要进行卷影复制的数据以一致的顺序写入。
  6. 然后由提供程序创建卷影副本。此操作持续不超过 10 秒，在此期间，对文件系统的所有写入 I/O 请求都保持冻结状态。
  7. VSS 服务释放文件系统写入 I/O 请求，并 指示写入程序解冻应用程序写入 I/O 请求。

编写代码

现在是时候深入研究 API 了。我假设您了解我的开发环境。VSS 可在 Microsoft Windows SDK 中找到。如果您使用的是 Windows Server 2003 和 Windows XP，则必须使用卷影复制服务 7.2 SDK。Windows XP 有一个限制：创建的快照不是持久的。本文的代码是使用 Visual C++ 2010 和 Windows SDK 7.1 编译的，并在 Windows Vista 和 Windows 7 上进行了测试。还有一点需要知道的是，所有 VSS 应用程序（请求程序、提供程序和写入程序）都必须作为原生的 32 位或 64 位应用程序运行。在 WOW64 下运行它们不受支持。

VSS API 假定了解 COM（中级）。

自制请求程序的接口：IVssBackupComponents

无论您是想运行备份、还原还是获取有关快照的信息，您都必须实现一个请求程序。所有请求程序都使用 IVssBackupComponent 接口。应用程序使用此接口的实例来轮询写入程序，了解文件状态，并运行备份或还原操作。应用程序通过调用 CreateVssBackupComponents 来获取 IVssBackupComponents 接口的实例。

 // Create the IVssBackupComponents Interface
IVssBackupComponents *pVssBackup = NULL;
HRESULT hr = CreateVssBackupComponents(&pVssBackup);
if (result = S_OK) {. . .
...

创建快照

任何卷影副本的创建都将始终需要 IVssBackupComponents::InitializeForBackup 和 IVssBackupComponents::StartSnapshotSet 方法。

// sets the context for subsequent shadow copy-related operations.
HRESULT result = pVssBackup->InitializeForBackup(); 
if (result == S_OK){
                    . . 
}.

尽管请求程序可以创建不同类型的卷影副本，但大多数备份应用程序会调用以下方法：

1. 调用 IVssBackupComponents::SetContext

上下文为 VSS_CTX_BACKUP。

 // sets the context for subsequent shadow copy-related operations.
HRESULT result = pVssBackup->SetContext(VSS_CTX_BACKUP | VSS_CTX_CLIENT_ACCESSIBLE_WRITERS                                        | VSS_CTX_APP_ROLLBACK);
if (result == S_OK) {. . .
2. 调用 IVssBackupComponents::GatherWriterMetadata 来初始化与写入程序的通信。
// sets the context for subsequent shadow copy-related operations.
<pre>IVssAsync *pAsync = NULL;
HRESULT result = pVssBackup->GatherWriterMetadata(&pAsync);
if (result == S_OK) 
{ 
}
// Free all resources allocated during the call to GatherWriterMetadata
pVssBackup->FreeWriterMetadata();
//

3. IVssBackupComponents::StartSnapshotSet 初始化卷影复制机制。

VSS_ID snapshotSetID;
HRESULT result = pVssBackup->StartSnapshotSet(); 
if (result == S_OK) {. . .

VSS_ID 定义指定了通用的 VSS 标识符格式。它是一种标准的 GUID 数据类型，用于标识卷影副本、卷影副本集、提供程序、提供程序版本、写入程序。

4. 调用 IVssBackupComponents::AddToSnapshotSet 将卷添加到卷影副本中。
TCHAR szVolumeName[MAX_PATH]; // DO NOT FORGET TO INITIALIZE IT!!!
HRESULT result = pVssBackup->AddToSnapshotSet(szVolumeName , GUID_NULL, &snapshotSetID); 
if (result == S_OK) {. . .

第一个参数可以是卷的名称或要进行卷影复制的远程文件共享的 UNC 路径。它必须符合以下格式之一，并且必须包含尾部反斜杠 (\)

  • 挂载文件夹的路径，例如 Y:\MountX\
  • 驱动器号，例如 D:\
  • 格式为 \\?\Volume{GUID}\ 的卷 GUID 路径（其中 GUID 标识卷）
  • 指定远程文件共享的 UNC 路径，例如 \\Clusterx\Share1\

5. 调用 IVssBackupComponents::PrepareForBackup 以通知写入程序进行备份操作。

IVssAsync *pAsync = NULL; 
HRESULT result = pVssBackup->PrepareForBackup(&pAsync); 
if (result == S_OK) {. . .

本文附带的演示项目包含了创建快照的代码。

处理快照

Windows XP 及更高版本包含一个名为 vssadmin 的命令行实用程序，可用于操作卷影副本。此实用程序需要管理员权限。

命令 _vssadmin list shadows /for=c:\_ 将返回驱动器 C:\ 上所有卷影副本的列表。

在 Vista 及更高版本上，可以通过输入命令将这些副本挂载到 Windows 资源管理器中

_mklink /d c:\mount_shadow_copy \\?\GLOBALROOT\Device\HarddiskVolumeShadowCopyX\_ 。X 是上一个命令返回的任意数字。

您想以编程方式挂载卷影副本吗？那么 CreateSymbolicLink 函数就是您的答案。本文附带的代码中有一个注释掉的示例。请注意，此函数仅在 Vista、Win7 和 Win 2k8 上可用。

敬请期待

第一部分的 VSS 系列到此结束。我将带着另一篇关于高级请求程序和 VSS 写入程序的文章回来。祝您编码愉快。

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