如何進行LVM snapshot的分析

本篇文章給大家分享的是有關如何進行LVM snapshot的分析，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

 Logical Volume Manager (LVM)提供了對任意一個Logical Volume(LV)做“快照”(snapshot)的功能，以此來獲得一個分區的狀態一致性備份。

在某一個狀態下做備份的時候，可能有應用正在訪問某一個文件或者數據庫，這就是使得備份的時候文件處于一個狀態，而備份完后，文件卻處于另外一個狀態，從而造成備份的非一致性，這種狀態恢復數據庫數據幾乎不會成功。

狀態的解決辦法是將其分區掛載為只讀，然后通過數據庫的表級別鎖定(table-level write locks)甚至停止數據庫來備份數據。所有這些方法無意嚴重影響了服務的可用性。使用LVM snapshot既可以獲得一致性備份，又不會影響服務器的可用性。

要提醒一點是，snapshot這種方法僅對LVM有效，對于非LVM文件系統無效。

snapshot的實現有多種方式(參考文章最后的連接)，這里說說LVM中snapshot的“寫時復制”(copy on write) 的實現方法。

當一個snapshot創建的時候，僅拷貝原始卷里數據的元數據(meta-data)。創建的時候，并不會有數據的物理拷貝，因此snapshot的創建幾乎是實時的，當原始卷上有寫操作執行時，snapshot跟蹤原始卷塊的改變，這個時候原始卷上將要改變的數據在改變之前被拷貝到snapshot預留的空間里，因此這個原理的實現叫做寫時復制(copy-on-write)。

在寫操作寫入塊之前，CoW講原始數據移動到 snapshot空間里，這樣就保證了所有的數據在snapshot創建時保持一致。而對于snapshot的讀操作，如果是讀取數據塊是沒有修改過的，那么會將讀操作直接重定向到原始卷上，如果是要讀取已經修改過的塊，那么就讀取拷貝到snapshot中的塊。

這樣，通常的文件I/0流程有一個改變，那就是在文件系統和設備驅動之間增加了一個cow層，變成了下面這個樣子：

file I/0 ---> filesystem -- >CoW --> block I /O

下面的圖也許可以比較容易了解CoW的原理：


采取CoW實現方式時，snapshot的大小并不需要和原始卷一樣大，其大小僅僅只需要考慮兩個方面：從shapshot創建到釋放這段時間內，估計塊的改變量有多大;數據更新的頻率。一旦 snapshot的空間記錄滿了原始卷塊變換的信息，那么這個snapshot立刻被釋放，從而無法使用，從而導致這個snapshot無效。所以，非常重要的一點，一定要在snapshot的生命周期里，做完你需要做得事情。當然，如果你的snapshot大小和原始卷一樣大，甚至還要大，那它的壽命就是“與天齊壽”了。

snapshot其實除了備份以外，還有很多其他用途

1）虛擬化

在使用 LVM2 時，快照可以不是只讀的。這意味著，在創建快照之后， 可以像常規塊設備一樣掛載和讀寫快照。

因 為流行的虛擬化系統（比如 Xen、VMWare、Qemu 和 KVM）可以將塊設備用作 guest 映像，所以可以創建這些映像的完整拷貝，并根據需要使用它們，它們就像是內存占用量很低的虛擬機。這樣做的好處是部署迅速（創建快照的時間常常不超過幾秒）和節省空間（guest 共享原映像的大多數數據）。

設置的步驟如下：

   1. 為原映像創建一個邏輯卷。
   2. 使用這個 LV 作為磁盤映像安裝 guest 虛擬機。
   3. 暫停這個虛擬機。內存映像可以是一個常規文件，所有其他快照都放在里面。
   4. 為原 LV 創建一個可讀寫的快照。
   5. 使用快照卷作為磁盤映像生成一個新的虛擬機。如果需要的話，要修改網絡/控制臺設置。
   6. 登錄已經創建的虛擬機，修改網絡設置/主機名。 

完成這些步驟之后， 就可以讓用戶訪問剛創建的虛擬機了。如果需要另一個虛擬機，那么只需重復步驟 4 到 6（所以不需要重新安裝虛擬機）。還可以用一個腳本自動執行這些步驟。

在使用完虛擬機之后， 可以停止虛擬機并銷毀快照。

2）數據回溯

在一個生產系統上要執行一些操作，需要慎之又慎，即便在模擬環境中做過很多次測試都沒有問題，但是并不能保證在生產環境就一定成功，于是這個時候，我們把系統做一個snapshot，這樣一旦新操作出現問題，立刻回溯到創建snapshot的時間點，當然你也可以認為這是一個備份的擴展使用。

最后，我們舉一些例子，加深對snapshot的理解。

a) 創建一個20M的snapshot，執行一些操作看看CoW的動作。

我們舉一個例子來說明如何創建和使用snapshot。我們假定創建一個120M的snapshot，這就意味著在snapshot生命周期里，你僅能有120M的數據量改變。

下面的命令，為/dev/vg/lvdata創建/dev/vg/lvdata-sp

# lvcreate -L20M -s -n lvdata-sp /dev/vg/lvdata

Logical volume "lvdata-sp">

其中lvdata大小為120MB。

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

--- Logical volume ---

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status active destination for /dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 1

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Allocated to snapshot 0.27%

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

Block device 253:0

上面的 Allocated to snapshot 0.27%是我們關心的，表示目前還有99.73%的空間沒有使用。

我們嘗試在lvdata創建一個10M的文件，再看看這個參數值。

# mount /dev/vg/lvdata /media/lvdata/
# dd if=/dev/hda of=/media/lvdata/10M bs=1M count=10

10+0 records in

10+0 records out

10485760 bytes (10 MB) copied, 0.272393 seconds, 38.5 MB/s

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

--- Logical volume ---

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status active destination for /dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 0

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Allocated to snapshot 51.02%

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

Block device 253:0

”Allocated to snapshot 51.02%“,符合我們的預期。此時snapshot還剩下大概10M不到的空間了，如果我么再在lvdata上創建一個12M的文件，會發生什么呢？

#dd if=/dev/hda of=/media/lvdata/12M bs=1M count=12

12+0 records in

12+0 records out

12582912 bytes (13 MB) copied, 0.288311 seconds, 43.6 MB/s

device-mapper: snapshots: Invalidating snapshot: Unable to allocate exception.

創建文件的過程中，一個報錯出現了，snapshot已經無效。我們看看snapshot卷的詳細信息。

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 輸入/輸出錯誤

--- Logical volume ---

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status INACTIVE destination for /dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 0

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

整個snapshot卷已經出現I/0錯誤了，而且snapshot的狀態也是“INACTIVE”。

是否能掛載上來呢？

# mount /dev/vg/lvdata-sp /media/snapshot/

mount: you must specify the filesystem type

#dmesg

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 0

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 1

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 2

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 3

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 4

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 5

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 6

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 7

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 8

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 9

hfs: unable to find HFS+ superblock

從dmesg的錯誤信息來看，超級塊的信息也丟失了

嘗試激活一下lvdata-sp

# lvchange -ay /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 輸入/輸出錯誤

恩，這個snapshot已經被釋放了，所以剩下要做得事情就是刪除它。

# lvremove /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 輸入/輸出錯誤

Do you really want to remove active logical volume "lvdata-sp"? [y/n]: y

Logical volume "lvdata-sp" successfully removed

b）利用snapshot在線備份MySQL數據庫（或者其他數據庫）

流程是先做一個flush操作，并鎖定表，任何創建snapshot，任何解鎖，然后備份數據，最后釋放snapshot。這樣，MySQL幾乎不會中斷其運行。

FLUSH TABLES WITH READ LOCK;

\! lvcreate --size 100m --snapshot --name snap /dev/VolGroup01/LogVol00

UNLOCK TABLES;

接著做一些備份的工作

mkdir /snap

mount /dev/VolGroup01/snap /snap

# This is where you back up whatever you need from /snap, e.g. rsync(1)

umount /snap

lvremove /dev/VolGroup01/snap

rmdir /snap

以上就是如何進行LVM snapshot的分析，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。