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2010-05-05 08:02:25

Logical Volume Manager (LVM)提供了对任意一个Logical Volume(LV)做“快照”(snapshot)的功能,以此来获得一个分区的状态一致性备份。
在某一个状态下做备份的时候,可能有应用正在访问某一个文件或者数据库,这就是使得备份的时候文件处于一个状态,而备份完后,文件却处于另外一个状态,从而造成备份的非一致性,这种状态恢复数据库数据几乎不会成功。

状态的解决办法是将其分区挂载为只读,然后通过数据库的表级别锁定(table-level write locks)甚至停止数据库来备份数据。所有这些方法无意严重影响了服务的可用性。使用LVM snapshot既可以获得一致性备份,又不会影响服务器的可用性。

要提醒一点是,snapshot这种方法仅对LVM有效,对于非LVM文件系统无效。

snapshot的实现有多种方式(参考文章最后的连接),这里说说LVM中snapshot的“写时复制”(copy on write) 的实现方法。

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,CoW讲原始数据移动到 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。

这样,通常的文件I/0流程有一个改变,那就是在文件系统和设备驱动之间增加了一个cow层,变成了下面这个样子:

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

下面的图也许可以比较容易了解CoW的原理:
点击在新窗口中浏览此图片

采 取CoW实现方式时,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。所以,非常 重要的一点,一定要在snapshot的生命周期里,做完你需要做得事情。当然,如果你的snapshot大小和原始卷一样大,甚至还要大,那它的寿命就 是“与天齐寿”了。

snapshot其实除了备份以外,还有很多其他用途

1)虚拟化

在使用 LVM2 时,快照可以不是只读的。这意味着,在创建快照之后, 可以像常规块设备一样挂载和读写快照。

因 为流行的虚拟化系统(比如 Xen、VMWare、Qemu 和 KVM)可以将块设备用作 guest 映像,所以可以创建这些映像的完整拷贝,并根据需要使用它们,它们就像是内存占用量很低的虚拟机。这样做的好处是部署迅速(创建快照的时间常常不超过几 秒)和节省空间(guest 共享原映像的大多数数据)。

设置的步骤如下:

   1. 为原映像创建一个逻辑卷。
   2. 使用这个 LV 作为磁盘映像安装 guest 虚拟机。
   3. 暂停这个虚拟机。内存映像可以是一个常规文件,所有其他快照都放在里面。
   4. 为原 LV 创建一个可读写的快照。
   5. 使用快照卷作为磁盘映像生成一个新的虚拟机。如果需要的话,要修改网络/控制台设置。
   6. 登录已经创建的虚拟机,修改网络设置/主机名。 

完成这些步骤之后, 就可以让用户访问刚创建的虚拟机了。如果需要另一个虚拟机,那么只需重复步骤 4 到 6(所以不需要重新安装虚拟机)。还可以用一个脚本自动执行这些步骤。

在使用完虚拟机之后, 可以停止虚拟机并销毁快照。

2)数据回溯

在 一个生产系统上要执行一些操作,需要慎之又慎,即便在模拟环境中做过很多次测试都没有问题,但是并不能保证在生产环境就一定成功,于是这个时候,我们把系 统做一个snapshot,这样一旦新操作出现问题,立刻回溯到创建snapshot的时间点,当然你也可以认为这是一个备份的扩展使用。

最后,我们举一些例子,加深对snapshot的理解。

a) 创建一个20M的snapshot,执行一些操作看看CoW的动作。

我们举一个例子来说明如何创建和使用snapshot。我们假定创建一个120M的snapshot,这就意味着在snapshot生命周期里,你仅能有120M的数据量改变。

下面的命令,为/dev/vg/lvdata创建/dev/vg/lvdata-sp

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

Logical volume "lvdata-sp" created

其中lvdata大小为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%是我们关心的,表示目前还有99.73%的空间没有使用。

我们尝试在lvdata创建一个10M的文件,再看看这个参数值。

# 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%“,符合我们的预期。此时snapshot还剩下大概10M不到的空间了,如果我么再在lvdata上创建一个12M的文件,会发生什么呢?

#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.

创建文件的过程中,一个报错出现了,snapshot已经无效。我们看看snapshot卷的详细信息。

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

--- 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

整个snapshot卷已经出现I/0错误了,而且snapshot的状态也是“INACTIVE”。

是否能挂载上来呢?

# 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

从dmesg的错误信息来看,超级块的信息也丢失了

尝试激活一下lvdata-sp

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

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

恩,这个snapshot已经被释放了,所以剩下要做得事情就是删除它。

# lvremove /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

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

Logical volume "lvdata-sp" successfully removed


b)利用snapshot在线备份MySQL数据库(或者其他数据库)

流程是先做一个flush操作,并锁定表,任何创建snapshot,任何解锁,然后备份数据,最后释放snapshot。这样,MySQL几乎不会中断其运行。

FLUSH TABLES WITH READ LOCK;

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

UNLOCK TABLES;

接着做一些备份的工作

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
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