Zarządzanie woluminami logicznymi - Logical volume management

W pamięci komputera , logiczne zarządzanie objętość lub LVM dostarcza sposobu przydzielenia miejsca w pamięci masowej urządzenia, które jest bardziej elastyczny niż konwencjonalne przegród systemów do objętości przechowywania. W szczególności, menedżer objętość można łączyć, pasków razem lub w inny sposób połączyć przegrody (lub urządzenia blokowe ogólnie) w większych wirtualnych partycji, administrator może ponownie przenieść wielkości lub, co może bez przerywania wykorzystywania systemu.

Zarządzanie woluminami to tylko jedna z wielu form wirtualizacji pamięci masowej ; jego implementacja odbywa się w warstwie w stosie sterownika urządzenia w systemie operacyjnym (OS) (w przeciwieństwie do urządzeń magazynujących lub w sieci).

Projekt

Menedżer woluminów logicznych systemu Linux (LVM) v1

Większość implementacji menedżera głośności ma ten sam podstawowy projekt. Rozpoczynają się od woluminów fizycznych (PV), którymi mogą być dyski twarde, partycje dysków twardych lub logiczne numery jednostek (LUN) zewnętrznego urządzenia magazynującego. Zarządzanie woluminami traktuje każdy PV jako złożony z sekwencji fragmentów zwanych zakresami fizycznymi (PE). Niektóre menedżery woluminów (takie jak w HP-UX i Linux) mają PE o jednakowej wielkości; inne (takie jak Veritas ) mają PE o różnej wielkości, które można dowolnie dzielić i łączyć.

Zwykle PE po prostu odwzorowuje jeden do jednego na zakresy logiczne (LE). W przypadku dublowania wiele PE mapuje się do każdego LE. Te PE są pobierane z fizycznej grupy woluminów (PVG), zestawu PV o tej samej wielkości, które działają podobnie do dysków twardych w macierzy RAID1. PVG są zwykle tak rozmieszczone, że znajdują się na różnych dyskach lub szynach danych w celu zapewnienia maksymalnej nadmiarowości.

System łączy LE w grupę woluminów (VG). Pule LE można następnie połączyć w wirtualne partycje dysków zwane woluminami logicznymi lub LV . Systemy mogą używać LV jako surowych urządzeń blokowych, tak jak partycje dyskowe: tworząc na nich montowalne systemy plików lub używając ich jako pamięci wymiany .

Pasiaste LV przydzielają każdy kolejny LE z innego PV; w zależności od rozmiaru LE, może to poprawić wydajność dużych odczytów sekwencyjnych, przenosząc łączną przepustowość odczytu wielu PV.

Administratorzy mogą zwiększać LV (łącząc więcej LE) lub zmniejszać je (zwracając LE do puli). Połączone LE nie muszą być ciągłe. Pozwala to LV rosnąć bez konieczności przenoszenia już przydzielonych LE. Niektóre menedżery wolumenów pozwalają na zmianę rozmiaru LV w dowolnym kierunku w trybie online. Zmiana rozmiaru LV niekoniecznie zmienia rozmiar systemu plików na nim; po prostu zmienia rozmiar swojej przestrzeni zawierającej. Zalecany jest system plików, którego rozmiar można zmieniać w trybie online, ponieważ umożliwia on dostosowywanie pamięci masowej w locie bez przerywania aplikacji.

PV i LV nie mogą być współużytkowane przez różne VG lub obejmować je (chociaż niektórzy menedżerowie wolumenów mogą zezwalać na dowolne przenoszenie ich między VG na tym samym hoście). Umożliwia to administratorom wygodne włączanie wirtualnych grup do trybu online, przełączanie ich w tryb offline lub przenoszenie między systemami hostów jako pojedynczą jednostkę administracyjną.

VG mogą zwiększyć swoją pulę pamięci, absorbując nowe PV lub zmniejszyć się, wycofując się z PV. Może to obejmować przeniesienie już przydzielonych LE z PV. Większość menedżerów głośności może wykonać ten ruch online; jeśli podstawowy sprzęt jest podłączany podczas pracy, umożliwia to inżynierom aktualizację lub wymianę pamięci bez przestojów systemu.

Koncepcje

Głośność hybrydowa

Objętość hybrydowy jest każdą wartość celowo i opaquely umożliwia wykorzystanie dwóch oddzielnych części fizycznych. Na przykład obciążenie pracą może składać się z losowych poszukiwań, więc dysk SSD może być używany do trwałego przechowywania często używanych lub niedawno zapisanych danych, przy jednoczesnym użyciu obrotowych nośników magnetycznych o większej pojemności do długoterminowego przechowywania rzadko potrzebnych danych. W systemie Linux do tego celu można użyć bcache lub dm-cache , podczas gdy Fusion Drive może być używany w systemie OS X. ZFS również implementuje tę funkcjonalność na poziomie systemu plików , umożliwiając administratorom konfigurowanie wielopoziomowego buforowania odczytu / zapisu.

Woluminy hybrydowe prezentują podobną koncepcję jak dyski hybrydowe , które również łączą pamięć półprzewodnikową i obrotowe nośniki magnetyczne.

Migawki

Niektórzy menedżerowie woluminów również implementują migawki , stosując kopiowanie przy zapisie do każdego LE. W tym schemacie menedżer woluminów skopiuje LE do tabeli kopiowania przy zapisie tuż przed zapisem. Zachowuje to starą wersję LV, migawkę, która może zostać później zrekonstruowana przez nałożenie tabeli kopiowania przy zapisie na bieżącą LV. O ile zarządzanie woluminami nie obsługuje zarówno alokowania elastycznego, jak i odrzucania, po zapisaniu LE w woluminie źródłowym jest on trwale przechowywany w woluminie migawki. Jeśli wolumin migawki został zmniejszony niż jego początek, co jest powszechną praktyką, może to spowodować, że migawka nie będzie działać.

Migawki mogą być przydatne do tworzenia kopii zapasowych spójnych wersji danych ulotnych, takich jak pliki tabel z obciążonej bazy danych, lub do wycofywania dużych zmian (takich jak uaktualnienie systemu operacyjnego) w jednej operacji. Migawki mają podobny efekt jak renderowanie magazynu w stanie uśpienia i są podobne do usługi kopiowania w tle (VSS) w systemie Microsoft Windows.

Niektóre dyski Live CD oparte na systemie Linux również używają migawek do symulowania dostępu do odczytu i zapisu na dysku optycznym tylko do odczytu .

Wdrożenia

Sprzedawca Wprowadzony w Menedżer głośności Przydzielaj w dowolnym miejscu Migawki RAID 0 RAID 1 RAID 5 RAID 10 Thin Provisioning Uwagi
IBM AIX 3.0 (1989) Logical Volume Manager tak tak tak tak Nie tak Odnosi się do PE jako PP (partycje fizyczne), a do LE jako LP (partycje logiczne). Nie ma mechanizmu migawki kopiowania przy zapisie; tworzy migawki, zamrażając jeden wolumin pary lusterek.
Hewlett Packard HP-UX 9.0 HP Logical Volume Manager tak tak tak tak Nie tak
FreeBSD Vinum Volume Manager tak tak tak tak tak tak Szybki system plików FreeBSD (UFS) obsługuje migawki.
FreeBSD ZFS tak tak tak tak tak tak tak System plików ze zintegrowanym zarządzaniem woluminami
NetBSD Logical Volume Manager tak Nie tak tak Nie Nie NetBSD od wersji 6.0 obsługuje własną re-implementację Linux LVM. Ponowna implementacja jest oparta na sterowniku mapowania urządzeń na licencji BSD i wykorzystuje port narzędzi LVM systemu Linux jako część LVM w przestrzeni użytkownika. Nie ma potrzeby obsługi RAID5 w LVM z powodu nadrzędnego podsystemu RAIDFrame NetBSD.
NetBSD ZFS tak tak tak tak tak tak tak System plików ze zintegrowanym zarządzaniem woluminami
Fundacja NetBSD, Inc. NetBSD § 5.0 (2009) bioctl arcmsr Nie Nie tak tak tak tak bioctl na NetBSD może być używany zarówno do konserwacji, jak i inicjalizacji sprzętowej macierzy RAID, chociaż inicjalizacja (przez BIOCVOLOPS ioctl ) jest obsługiwana tylko przez jeden sterownik od 2019 r. - arcmsr(4) ; programowy RAID jest obsługiwany oddzielnie przez RAIDframe i ZFS
Projekt OpenBSD OpenBSD 4.2 (2007) bioctl softraid tak Nie tak tak tak tak bioctl na OpenBSD może być używany do obsługi sprzętowej macierzy RAID, a także do inicjalizacji i obsługi programowego RAID
Linux 2.2 Logical Volume Manager w wersji 1 tak tak tak tak Nie Nie
Linux 2.4 System zarządzania wolumenami przedsiębiorstwa tak tak tak tak tak Nie
Linux 2.6 i nowsze Logical Volume Manager w wersji 2 tak tak tak tak tak tak tak
Linux 2.6 i nowsze Btrfs tak tak tak tak Tak (niestabilne) tak Nie dotyczy System plików ze zintegrowanym zarządzaniem woluminami
Grafika krzemu IRIX lub Linux Menedżer głośności XVM tak tak tak tak tak
Sun Microsystems SunOS Solaris Volume Manager (wcześniej Solstice DiskSuite ). Nie Nie tak tak tak tak Odnosi się do PV jako woluminów (które można łączyć z prymitywami RAID0, RAID1 lub RAID5 w większe woluminy), do LV jako partycji miękkich (które są ciągłymi obszarami, które można umieścić w dowolnym miejscu na woluminach, ale które nie mogą obejmować wielu woluminów) oraz do VG jako dysków zestawy.
Sun Microsystems Solaris 10 ZFS tak tak tak tak tak tak tak System plików ze zintegrowanym zarządzaniem woluminami
illumos ZFS tak tak tak tak tak tak tak System plików ze zintegrowanym zarządzaniem woluminami
Veritas Cross-OS Menedżer głośności Veritas (VxVM) tak tak tak tak tak tak Odnosi się do LV jako woluminów , do VG jako grup dysków ; ma zmiennie wielkości PEs nazywa poddysków i Les nazywa plexes .
Microsoft Systemy operacyjne Windows 2000 i nowsze oparte na NT Menedżer dysków logicznych tak tak tak tak tak Nie Nie Nie ma koncepcji PE ani LE; może tylko RAID0, RAID1, RAID5 lub łączyć partycje dyskowe w większe woluminy; systemy plików muszą obejmować całe woluminy.
Windows 8 Miejsca do przechowywania tak tak Nie tak tak Nie tak Logika wyższego poziomu niż RAID1 i RAID5 - wiele przestrzeni dyskowych obejmuje wiele dysków o różnej wielkości, miejsca do magazynowania są odporne na awarie fizyczne dzięki dublowaniu (co najmniej 2 dyski) lub parzystości rozłożonej (co najmniej 3 dyski), zarządzaniu dyskami i odzyskiwaniu danych jest w pełni automatyczny
Windows 10 Miejsca do przechowywania tak tak tak tak tak tak tak RAID 10 jest nazywany dublowaniem dysku
czerwony kapelusz Linux 4.14 i nowsze Stratis tak tak Nie Nie Nie Nie tak Obsługa RAID planowana w wersji 2.0
jabłko Mac OS X Lion Core Storage tak Nie Nie Nie Nie Nie Nie Obecnie jest używany we wdrażaniu FileVault przez Lion , aby umożliwić pełne szyfrowanie dysku , a także Fusion Drive , który jest tylko LVG z wieloma PV.

Migawki są obsługiwane przez Time Machine ; Oparta na oprogramowaniu macierz RAID jest dostarczana przez AppleRAID. Oba są niezależne od Core Storage.

Niedogodności

Woluminy logiczne mogą ucierpieć z powodu zewnętrznej fragmentacji, gdy podstawowe urządzenia pamięci masowej nie przydzielają swoich PE w ciągły sposób. Może to zmniejszyć wydajność operacji we / wy na wolno wyszukujących nośnikach, takich jak dyski magnetyczne i inne nośniki rotacyjne. Jednak menedżerowie woluminów, którzy używają PE o stałym rozmiarze, zazwyczaj sprawiają, że PE jest stosunkowo duże (na przykład Linux LVM domyślnie używa 4 MB), aby zamortyzować koszt tych poszukiwań.

W przypadku wdrożeń, które są wyłącznie zarządzaniem woluminami, takich jak Core Storage i Linux LVM, oddzielenie i oderwanie zarządzania woluminami od systemu plików powoduje utratę możliwości łatwego podejmowania decyzji dotyczących pamięci masowej dla określonych plików lub katalogów. Na przykład, jeśli określony katalog (ale nie cały system plików) ma zostać trwale przeniesiony do szybszej pamięci masowej, należy przejść zarówno po układzie systemu plików, jak i podstawowej warstwie zarządzania woluminami. Na przykład w systemie Linux należałoby ręcznie określić przesunięcie zawartości pliku w systemie plików, a następnie ręcznie pvmove zakres (wraz z danymi niezwiązanymi z tym plikiem) do szybszej pamięci. Posiadanie zarządzania woluminami i plikami zaimplementowanymi w tym samym podsystemie, zamiast wdrażania ich jako oddzielnych podsystemów, teoretycznie upraszcza cały proces.

Uwagi

Zobacz też


Bibliografia

Źródła

Linki zewnętrzne