基于LVM的快照实现原理分析-演道网

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1.LVM介绍

LVM是逻辑盘卷管理(Logical Volume Manager)的简称,它是Linux环境下对磁盘分区进行管理的一种机制,LVM是建立在硬盘和分区之上的一个逻辑层,来提高磁盘分区管理的灵活性。

LVM的工作原理其实很简单,它就是通过将底层的物理硬盘抽象的封装起来,然后以逻辑卷的方式呈现给上层应用。在传统的磁盘管理机制中,我们的上层应用是直接访问文件系统,从而对底层的物理硬盘进行读取,而在LVM中,其通过对底层的硬盘进行封装,当我们对底层的物理硬盘进行操作时,其不再是针对于分区进行操作,而是通过一个叫做逻辑卷的东西来对其进行底层的磁盘管理操作。比如说我增加一个物理硬盘,这个时候上层的服务是感觉不到的,因为呈现给上层服务的是以逻辑卷的方式。

LVM最大的特点就是可以对磁盘进行动态管理。因为逻辑卷的大小是可以动态调整的,而且不会丢失现有的数据。如果我们新增加了硬盘,其也不会改变现有上层的逻辑卷。作为一个动态磁盘管理机制,逻辑卷技术大大提高了磁盘管理的灵活性。 基本的逻辑卷管理概念:

PV(Physical Volume)- 物理卷

物理卷在逻辑卷管理中处于最底层,它可以是实际物理硬盘上的分区,也可以是整个物理硬盘,也可以是raid备。

VG(Volumne Group)- 卷组

卷组建立在物理卷之上,一个卷组中至少要包括一个物理卷,在卷组建立之后可动态添加物理卷到卷组中。一个逻辑卷管理系统工程中可以只有一个卷组,也可以拥有多个卷组。

LV(Logical Volume)- 逻辑卷

逻辑卷建立在卷组之上,卷组中的未分配空间可以用于建立新的逻辑卷,逻辑卷建立后可以动态地扩展和缩小空间。系统中的多个逻辑卷可以属于同一个卷组,也可以属于不同的多个卷组。

2,LVM快照原理

LVM对LV提供的快照功能,只对LVM有效。

当一个snapshot创建的时候,仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta-data)。创建的时候,并不会有数据的物理拷贝,因此snapshot的创建几乎是实时的,当原始卷上有写操作执行时,snapshot跟踪原始卷块的改变,这个时候原始卷上将要改变的数据在改变之前被拷贝到snapshot预留的空间里,因此这个原理的实现叫做写时复制(copy-on-write)。

在写操作写入块之前,将原始数据移动到 snapshot空间里,这样就保证了所有的数据在snapshot创建时保持一致。而对于snapshot的读操作,如果是读取数据块是没有修改过的,那么会将读操作直接重定向到原始卷上,如果是要读取已经修改过的块,那么就读取拷贝到snapshot中的块。

创建snapshot的大小并不需要和原始卷一样大,其大小仅仅只需要考虑两个方面:从shapshot创建到释放这段时间内,估计块的改变量有多大;数据更新的频率。一旦 snapshot的空间记录满了原始卷块变换的信息,那么这个snapshot立刻被释放,从而无法使用,从而导致这个snapshot无效。

2.1 创建快照

在快照创建的时候,仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta-data),并生成位图记录原始卷的块数据变化。

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2.2 读写原始卷

在创建完快照后,对原始卷的读写请求处理流程如下。

1,写原始卷 在原始卷的写入数据

1) 检查Chunk位图中要写入数据所在的Chunk所对应的bitmap是否被置位; 2) 如果已被置位,直接写入该Chunk;如果未被置位,将拷贝该Chunk的数据到快照备份卷;

3) 将Chunk位图中对应的bitmap置位。 4) 将数据写入原始卷。

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2,读原始卷

直接从原始卷对应的Chunk中读取数据。

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2.3 读写快照

1,读快照

在处理快照的读请求时,检查Chunk位图是否置位,如果置位从快照读取数据;如果未置位,则从原始卷读取数据。如下图所示:

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2,写快照

在处理快照的写请求时,

1) 检查Chunk位图是否置位,如果置位直接写快照;

2) 如果未置位,则从原始卷读取该Chunk的数据,拷贝到快照卷; 3) 将Chunk位图中对应的位图置位; 4) 将数据写入快照卷。

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3,LVM快照实验

1) 创建1G大小的LV,名称为lvData1,在该lv上创建文件系统,并创建文件。

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2) 创建500M大小的快照LV(lvcreate –L 500M -s -n snaplv /dev/vg/lvData1),名称为snaplv。
创建过程很快,可以看到该LV的LVSize和原始卷是一样的,多了一些快照的属性,其LV snapshot status 为active,distination为LVData1。

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3) 在原始卷lvData1中写入新的文件,可以看到快照卷的Allocated to snapshot 会逐渐
变大。

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如何调整LVM 逻辑分区的大小?  http://www.linuxidc.com/Linux/2016-06/132709.htm

LVM2详解  http://www.linuxidc.com/Linux/2015-09/122976.htm

Ubuntu 上使用 LVM 轻松调整分区并制作快照  http://www.linuxidc.com/Linux/2015-09/122563.htm

使用LVM创建弹性磁盘存储——第一部分  http://www.linuxidc.com/Linux/2014-10/107697.htm

在Linux中扩展/缩减LVM(第二部分)  http://www.linuxidc.com/Linux/2014-10/107786.htm

在 LVM中 录制逻辑卷快照并恢复(第三部分) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/108867.htm

在LVM中设置精简资源调配卷(第四部分) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/109757.htm

使用条块化I/O管理多个LVM磁盘(第五部分) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/110532.htm

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