Менеджер логических томов (Linux)

Менеджер логических томов

Оригинальный автор(ы)	Хайнц Мауэльсхаген
Стабильная версия	2.03.21   / 21 апреля 2023 г ( 21 апреля 2023 г. )
Репозиторий	исходное программное обеспечение .org / git /?p=lvm2 .git
Написано в	С
Операционная система	Линукс , НетБСД
Лицензия	лицензия GPLv2
Веб-сайт	исходное программное обеспечение .org /lvm2 /

В Linux , диспетчер логических томов ( LVM ) представляет собой структуру сопоставления устройств которая обеспечивает управление логическими томами для ядра Linux . Большинство современных дистрибутивов Linux поддерживают LVM до такой степени, что могут располагать корневые файловые системы на логическом томе .

Хайнц Мауэльсхаген написал оригинальный код LVM в 1998 году, когда он работал в Sistina Software , взяв основные рекомендации по проектированию у HP-UX . менеджера томов

Использование

LVM используется для следующих целей:

• Создание отдельных логических томов из нескольких физических томов или целых жестких дисков (что-то похожее на RAID 0 , но больше похоже на JBOD ), позволяющее динамически изменять размер тома.
• Управление большими фермами жестких дисков путем добавления и замены дисков без простоев или перебоев в обслуживании в сочетании с горячей заменой .
• В небольших системах (например, настольных компьютерах) вместо того, чтобы во время установки оценивать размер раздела, LVM позволяет легко изменять размер файловых систем по мере необходимости.
• Выполнение согласованного резервного копирования путем создания снимков логических томов.
• Шифрование нескольких физических разделов одним паролем.

LVM можно рассматривать как тонкий программный слой поверх жестких дисков и разделов, который создает абстракцию непрерывности и простоты использования для управления заменой жесткого диска, переразметкой и резервным копированием.

Функции

Различные элементы LVM

Базовый функционал

• Размер групп томов (VG) можно изменять в режиме онлайн, поглощая новые физические тома (PV) или удаляя существующие.
• Размер логических томов (LV) можно изменить в режиме онлайн путем объединения или усечения экстентов из них.
• LV можно перемещать между PV.
• Создание снимков логических томов, доступных только для чтения (LVM1), с использованием функции копирования при записи (CoW), или чтение/запись снимков (LVM2)
• VG можно разделить или объединить на месте , если в это разделение не входят LV. Это может быть полезно при переносе целых логических томов в автономное хранилище или из него.
• Объекты LVM могут быть помечены для удобства администрирования.
• VG и LV можно сделать активными, когда базовые устройства станут доступны с помощью lvmetad демон.

Расширенная функциональность

• Гибридные тома можно создавать с использованием цели dm-cache , которая позволяет одному или нескольким быстрым устройствам хранения данных, таким как твердотельные накопители на базе флэш-памяти , выступать в качестве кэша для одного или нескольких более медленных жестких дисков .
• LV с тонким выделением ресурсов можно выделить из пула.
• В более новых версиях устройства отображения устройств LVM достаточно интегрирован с остальной частью устройства отображения устройств, чтобы игнорировать отдельные пути, которые поддерживают устройство dm-multipath, если devices/multipath_component_detection=1 установлен в lvm.conf. Это не позволяет LVM активировать тома по отдельному пути вместо многопутевого устройства.

Рейд

• LV могут быть созданы с поддержкой функций RAID , включая RAID 1 , 5 и 6 .
• Целые LV или их части могут быть распределены по нескольким PV, аналогично RAID 0 .
• Внутреннее устройство RAID 1 (PV) можно настроить как «с преимущественной записью», в результате чего чтение на такие устройства будет исключено, если в этом нет необходимости.
• Скорость восстановления можно ограничить с помощью lvchange --raidmaxrecoveryrate и lvchange --raidminrecoveryrate для поддержания приемлемой производительности ввода-вывода при восстановлении логического тома, включающего функции RAID.

Высокая доступность

LVM также работает в кластере общего хранилища , в котором диски, содержащие PV, используются несколькими хост-компьютерами, но может потребоваться дополнительный демон для обеспечения доступа к метаданным посредством блокировки.

КЛВМ

Диспетчер распределенных блокировок используется для обеспечения одновременного доступа к метаданным LVM. Всякий раз, когда узлу кластера необходимо изменить метаданные LVM, он должен получить разрешение от своего локального узла. clvmdкоторый находится в постоянном контакте с другими clvmd демонам в кластере и может сообщить о желании получить блокировку определенного набора объектов.

HA-LVM

Поддержка кластера остается на усмотрение приложения, обеспечивающего функцию высокой доступности. Что касается LVM, HA-LVM может использовать CLVM в качестве механизма блокировки или может продолжать использовать блокировку файлов по умолчанию и уменьшать «коллизии», ограничивая доступ только к тем объектам LVM, которые имеют соответствующие теги. Поскольку это более простое решение позволяет избежать конфликтов, а не смягчать их, одновременный доступ не допускается, поэтому HA-LVM считается полезным только в активно-пассивных конфигурациях.

lvmlockd

По состоянию на 2017 год , стабильный компонент LVM, предназначенный для замены clvmd делая блокировку объектов LVM прозрачной для остальной части LVM, не полагаясь на распределенный менеджер блокировок. В 2016 году он получил масштабное развитие.

Описанные выше механизмы решают только проблемы с доступом LVM к хранилищу. Файловая система, выбранная для размещения поверх таких логических томов, должна либо поддерживать кластеризацию сама по себе (например, GFS2 или VxFS ), либо она должна быть смонтирована только одним узлом кластера в любое время (например, в активно-пассивной конфигурации).

Политика распределения групп томов

LVM VG должны содержать политику распределения по умолчанию для новых томов, созданных на их основе. Позже это можно будет изменить для каждого LV с помощью lvconvert -A командой, или на самом VG через vgchange --alloc. Чтобы свести к минимуму фрагментацию, LVM сначала попытается применить самую строгую политику (непрерывную), а затем перейти к наиболее либеральной политике, определенной для объекта LVM, пока распределение, наконец, не будет успешным.

В конфигурациях RAID почти все политики применяются к каждой ветви изолированно. Например, даже если LV имеет политику cling , расширение файловой системы не приведет к тому, что LVM будет использовать PV, если он уже используется одной из других ветвей в настройке RAID. LV с функциональностью RAID будут размещать каждую ветвь на разных PV, делая другие PV недоступными для какой-либо другой ветви. Если бы это был единственный доступный вариант, расширение НН не удалось бы. В этом смысле логика цепляния применима только к расширению каждой отдельной ветви массива.

Доступные политики распределения:

• Непрерывный – заставляет все LE в данном LV быть смежными и упорядоченными. Это устраняет фрагментацию, но существенно снижает возможности расширения ЛЖ.
• Cling – заставляет новые LE распределяться только на PV, уже используемых LV. Это может помочь смягчить фрагментацию, а также снизить уязвимость отдельных логических томов в случае выхода устройства из строя, за счет снижения вероятности того, что другие логические тома также будут иметь экстенты на этом физическом томе.
• Нормальный – подразумевает практически неизбирательный выбор PE, но при этом будет предпринята попытка предотвратить совместное использование параллельных ветвей (например, в конфигурации RAID) с физическим устройством.
• Где угодно – никаких ограничений не накладывает. Очень рискованно при настройке RAID, поскольку игнорирует требования изоляции, что сводит на нет большинство преимуществ RAID. Для линейных объемов это может привести к повышенной фрагментации.

Выполнение

Базовый пример головы LVM

Внутренняя работа версии 1 LVM. На этой диаграмме PE означает физический экстент.

Обычно первый мегабайт каждого физического тома содержит структуру, закодированную в основном в ASCII, называемую «заголовком LVM» или «головой LVM». Первоначально голова LVM записывалась в первый и последний мегабайт каждого PV для резервирования (на случай частичного аппаратного сбоя); однако позже это было изменено на только первый мегабайт. Заголовок каждого PV представляет собой полную копию макета всей группы томов, включая UUID всех других PV и LV, а также карту распределения PE по LE . Это упрощает восстановление данных в случае потери PV.

В версии ядра Linux 2.6 LVM реализован в виде устройства отображения устройств — простой схемы уровня блока для создания виртуальных блочных устройств и отображения их содержимого на другие блочные устройства. Это сводит к минимуму объем относительно сложного для отладки кода ядра, необходимого для реализации LVM. Он также позволяет использовать свои службы перенаправления ввода-вывода совместно с другими менеджерами томов (такими как EVMS ). Любой код, специфичный для LVM, выбрасывается в инструменты пользовательского пространства, которые просто манипулируют этими сопоставлениями и восстанавливают их состояние из метаданных на диске при каждом вызове.

Чтобы перевести группу томов в режим онлайн, используйте инструмент «vgchange»:

1. Ищет PV во всех доступных блочных устройствах.
2. Анализирует заголовок метаданных в каждом найденном PV.
3. Вычисляет макеты всех видимых групп томов.
4. Просматривает каждый логический том в группе томов, который необходимо перевести в онлайн-режим, и:
   1. Проверяет, видны ли все физические тома логического тома, который необходимо подключить к сети.
   2. Создает новое пустое сопоставление устройств.
   3. Сопоставляет его (с «линейной» целью) с областями данных физических томов, которым принадлежит логический том.

Чтобы переместить онлайн-логический том между физическими томами в одной группе томов, используйте инструмент «pvmove»:

1. Создает новое пустое сопоставление устройств для пункта назначения.
2. Применяет «зеркальную» цель к исходной карте и карте назначения. Ядро запустит зеркало в «ухудшенном» режиме и начнет копировать данные из оригинала в место назначения, чтобы синхронизировать их.
3. Заменяет исходное сопоставление местом назначения, когда зеркало синхронизируется, а затем уничтожает оригинал.

Эти операции сопоставителя устройств происходят прозрачно, без того, чтобы приложения или файловые системы знали, что их базовое хранилище перемещается.

Предостережения

• До ядра Linux 2.6.31, барьеры записи не поддерживались (полностью поддерживаются в версии 2.6.33). Это означает, что гарантия против повреждения файловой системы, обеспечиваемая журналируемыми файловыми системами, такими как ext3 и XFS, при некоторых обстоятельствах была аннулирована.
• По состоянию на 2015 год , для LVM не существует ни онлайн-, ни офлайн-программы дефрагментации. Это несколько смягчается тем, что фрагментация происходит только при расширении тома, а также применением вышеупомянутых политик распределения. Однако фрагментация по-прежнему имеет место, и если ее необходимо уменьшить, необходимо идентифицировать несмежные экстенты и вручную переупорядочить их с помощью pvmove команда.
• В большинстве конфигураций LVM на каждом физическом диске сохраняется только одна копия головы LVM, что может сделать тома более уязвимыми к повреждению секторов диска. Это поведение можно переопределить с помощью vgconvert --pvmetadatacopies. Если LVM не может прочитать правильный заголовок, используя первую копию, он проверит конец тома на наличие резервного заголовка. Большинство дистрибутивов Linux хранят действующую резервную копию. /etc/lvm/backup, который позволяет вручную перезаписать поврежденную головку LVM с помощью vgcfgrestore команда.

См. также

• Btrfs (имеет свои «снимки», которые отличаются, но использование LVM- снимков btrfs приводит к потере обеих копий)
• Сопоставитель устройств
• Диспетчер логических дисков (LDM)
• Управление логическими томами
• Снимок (компьютерное хранилище)
• Виртуализация хранилища
• ZFS

Дальнейшее чтение

• Льюис, Эй Джей (27 ноября 2006 г.). «LVM-HOWTO» . Проект документации Linux . Проверено 4 марта 2008 г. .
• Патент США 5129088 , Ауслендер и др., «Метод обработки данных для создания виртуальных дисков из несмежных групп логически смежных адресуемых блоков устройства хранения данных с прямым доступом», выданный 7 июля 1992 г.   (фундаментальный патент).
• «RedHat Linux: что такое диспетчер логических томов или LVM?» . techmagazinez.com . 6 августа 2013 года. Архивировано из оригинала 10 августа 2013 года . Проверено 4 сентября 2013 г.
• «Страница ресурсов LVM2» . исходное программное обеспечение.org . 8 июня 2012 года . Проверено 4 сентября 2013 г.
• «Как: установить Ubuntu на разделы LVM» . Дебунту.орг . 28 июля 2007 года . Проверено 4 сентября 2013 г.
• «Диспетчер логических томов» . markus-gattol.name . 13 июля 2013 г.