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LVM Thin Provision

之前对 LVM 做过一番简单的探索, 但其实研究的还不够, 真正在使用的时候 LVM 不太能 满足我的需求, 比如我需要的 Thin Provision 功能就没法实现. 也就是说一般情况下, 我们使用的 LVM 是不支持 Thin Provision 的, LV 在创建之后, 大小就固定了, 虽然之后可以手动增加和减小 PE 的数量, 但是在一些场景中会带来更复杂的问题.

比如, 考虑用 LV 作为虚拟机的镜像存储方式, 我们知道很多虚拟磁盘(比如 qcow2, qde, vdi) 是支持 copy-on-write 的, 即虚拟磁盘在创建的时候只需要分配非常小的空间, 随着 用户对该磁盘的写操作, “按需” 的扩大实际占用空间. 这样做的好处是明显的: 可以创 建比真实设备允许的更多的虚拟磁盘, 即实现了 Thin Provision.

但是, 由于 LV 的限制, 在磁盘存在的那一刹那, 除非以后用户手动 resize 磁盘, 磁盘 的实际占用大小确定了, 也就是说 copy-on-write 其实已经失效了.

为了解决这个问题, 不同的虚拟化平台采用不同的办法, 比如创建虚拟镜像的 LV 的时候, 只分配很少的 PE, 然后监控该 LV 的使用情况(通过 guest agent 或者其他工具), 一旦该 LV “快满了”, 则调用 lvm 的工具 extend 该 LV. 但这样同样存在问题:

  • 监控 LV 可能消耗过多资源, 如果监控程序和 lvm 的管理程序不在一台节点上, 那么对网络带宽的消耗是不可忽视的, 还有监控间隔? 什么时候认为 LV “快满了”等等
  • 如果 LVM 的管理程序还没有来得及对磁盘进行扩充, 而 guest 的写入速度又 太快, 那么必然发生可用空间不够的错误 (errno=ENOSPC // not enough space)
  • 以上讨论的整个架构过于复杂, 太多因素需要考虑. e.g. 监控间隔, 数据包结构 …

归根结底, 上面的缺陷其实就是由于 LVM 不能 Thin Provison 导致的.

情况在 LVM 的 2.02.89 版本 开始变好了, 从这个版本开始, LVM 开始支持一种叫 “thin pool” 的特性, 该特性可以允许用户创建一个类型为 thin-pool 的 LV, 这个 LV 其实是一个 LV pool, 基于这个 LV pool 之上创建的 LV 就具有了 Thin Provison 的特性, 也就是 LV 池里面的 LV 也可以 copy-on-write 了.

下面来体验一下: 一个 10G 的磁盘用来作为 LVM 的实验环境的 PV

首先像之前 LVM 杂记 中提到的, 建立 PV, VG

# pvcreate /dev/vdb 
vgcreate test-vg /dev/vdb
# vgdisplay | grep Free
  Free  PE / Size       2559 / 10.00 GiB

创建一个类型 thin-pool, 名字为 test-pool 的 特殊的 LV, 大小为 8G, 其实就是 一个 LV pool

# lvcreate --size 8G --type thin-pool --thinpool test-pool test-vg
  Logical volume "test-pool" created

查看这个 thin-pool 的状态, 因为 thin-pool 是一个特殊的 LV, 所以可以用 lvs 查看, 可以看到和没有使用 thin pool 时候的变化, 真实地空间占用也显示出来了, 为 0%

# lvs
  LV        VG      Attr     LSize Pool Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
  test-pool test-vg twi-a-tz 8.00g               0.00

好, 开始重头戏, 创建一个基于 thin pool 的 LV, 名字为 test-lv, 大小是 4G

# lvcreate -V4G -T test-vg/test-pool --name test-lv

看一下现在各个 LV 的情况, 可以看到我们的 test-lv 显示的是 4G, 实际占用为 0%, thin pool 仍然为 8G, 实际占用还是 0%. (因为没有数据 write, 所以也没有数据 copy)

# lvs
  LV        VG      Attr     LSize Pool      Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
  test-lv   test-vg Vwi-a-tz 4.00g test-pool          0.00                        
  test-pool test-vg twi-a-tz 8.00g                    0.00

向 test-lv 填充一些数据, 看看 copy-on-write 怎么工作

# dd if=/dev/zero of=/dev/test-vg/test-lv bs=1M count=1024 && sync
root@cloudtimes:~# lvs
  LV        VG      Attr     LSize Pool      Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
  test-lv   test-vg Vwi-a-tz 4.00g test-pool         25.00                        
  test-pool test-vg twi-a-tz 8.00g                   12.50

可以看到, 当我们写了 1G 的数据后, test-lv 的真实空间占用变大了 25%(1G/4G), thin pool 的空间也相应地变为 12.5%(1G/8G), 这些数值是随着写入的内容而变化的, 并不像之前那样, 我们需要用 LVM 工具干预. 真正的 Thin Provison!

下面, 为了做对比, 创建一个正常的 LV, 来看看和基于 thin pool 的 LV 的区别

#lvcreate -l 50 -n normal-lv test-vg
# lvs
  LV        VG      Attr     LSize   Pool      Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
  normal-lv test-vg -wi-a--- 200.00m                                         <== 仔细看这行和下一行的区别
  test-lv   test-vg Vwi-a-tz   4.00g test-pool         25.00
  test-pool test-vg twi-a-tz   8.00g                   12.50
# dd if=/dev/zero of=/dev/test-vg/normal-lv bs=1M count=100 && sync
# lvs
  LV        VG      Attr     LSize   Pool      Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
  normal-lv test-vg -wi-a--- 200.00m                                         <== 仔细看这行和下一行的区别
  test-lv   test-vg Vwi-a-tz   4.00g test-pool         25.00                        
  test-pool test-vg twi-a-tz   8.00g                   12.50

可以看到, 正常的 LV 并不能反映出到底用户真实写了多少数据, 因为不需要嘛, 它一被创建伊始就被赋予了他要求的所有空间, 自然达不到 Thin Provison(节省空间) 的效果.

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