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wiki/FormalSciences/ComputerScience/OperatingSystem/Virtualization/2.KVM/5. KVM 存储管理.md

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KVM：存储管理
2024-07-19 18:04:01 +08:00
---
title: 5. KVM 存储管理
description: 本文深入探讨了KVM虚拟化环境中的存储管理，涵盖了磁盘映像文件、逻辑卷管理（LVM）、网络存储（NFS、iSCSI）的配置方法，以及存储池和存储卷的创建与管理。
keywords:
- KVM
- 存储管理
- 磁盘映像文件
- LVM
- 网络存储
- 存储池
- 存储卷
tags:
项目：标签重构
2024-10-14 16:48:38 +08:00
- FormalSciences/ComputerScience
- OperatingSystem/Virtualization
- KVM
KVM：存储管理
2024-07-19 18:04:01 +08:00
author: 仲平
date: 2024-07-16
---
## KVM 存储
### 存储概念
KVM（Kernel-based Virtual Machine）存储是指在 KVM 虚拟化环境中，为虚拟机提供的存储资源。KVM 支持多种存储类型，包括磁盘映像文件、逻辑卷管理（LVM）和网络存储。虚拟机的存储设备可以像物理机的硬盘一样使用，并且可以通过不同的存储格式和协议进行管理和访问。
### 虚拟机存储类型
#### 磁盘映像文件（qcow2, raw）
| 类型 | 特点 | 使用场景 |
| ---------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------ |
| **qcow2** (QEMU Copy On Write version 2) | 支持动态分配、快照、压缩和加密。磁盘空间在实际使用时才分配，可以节省存储空间。 | 适合需要多快照和动态存储分配的环境。 |
| **raw** | 不支持快照、压缩和加密，直接映射磁盘数据。性能更高，适合需要最大化性能的场景。 | 适合高性能需求和简单存储管理的环境。 |
#### 其他常见磁盘映像文件类型
| 类型 | 特点 | 使用场景 |
| -------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | --------------------------------------------- |
| **qcow** (QEMU Copy On Write) | qcow2 的前身，支持动态分配和快照，但性能和功能不及 qcow2。 | 已有 qcow 格式的旧环境。 |
| **vmdk** (Virtual Machine Disk) | 主要用于 VMware 虚拟机，可以兼容 KVM。支持多种虚拟磁盘格式和快照。 | 需要在 KVM 和 VMware 之间进行迁移的环境。 |
| **vdi** (Virtual Disk Image) | 主要用于 Oracle VirtualBox 虚拟机，可以兼容 KVM。支持动态分配和快照。 | 需要在 KVM 和 VirtualBox 之间进行迁移的环境。 |
| **vhd/vhdx** (Virtual Hard Disk) | 主要用于 Microsoft Hyper-V 虚拟机，可以兼容 KVM。vhdx 是 vhd 的改进版本，支持更大容量和更高性能。 | 需要在 KVM 和 Hyper-V 之间进行迁移的环境。 |
#### 逻辑卷管理（LVM）
逻辑卷管理（LVM）提供灵活的存储管理，可以动态调整逻辑卷大小、快照和卷组管理。性能较高，适合企业级应用和需要高性能、灵活存储管理的环境。
1. 创建物理卷和卷组：
```shell
sudo pvcreate /dev/sdX
sudo vgcreate vg_kvm /dev/sdX
```
2. 创建逻辑卷：
```shell
sudo lvcreate -n lv_myvm -L 20G vg_kvm
```
#### 网络存储（NFS, iSCSI）
NFS（Network File System）通过网络共享文件系统，适合共享存储和集中存储管理，以及多台虚拟机需要共享同一存储资源的环境。
挂载 NFS 存储：
```shell
sudo mount -t nfs server:/path/to/nfs /mnt/nfs
```
**iSCSI（Internet Small Computer Systems Interface）**：
通过网络提供块级存储，适合高性能需求的存储应用，以及需要集中管理和高性能存储访问的环境。
1. 安装 iSCSI 客户端：
```shell
sudo apt install open-iscsi # Ubuntu
sudo yum install iscsi-initiator-utils # CentOS/RHEL
```
1. 发现和登录 iSCSI 目标：
```shell
sudo iscsiadm -m discovery -t sendtargets -p <iSCSI_server_IP>
sudo iscsiadm -m node --login
```
### 配置系统存储支持
#### 确认存储驱动加载情况
1. **检查存储驱动**：
使用 `lsmod` 命令检查存储驱动是否加载：
```shell
lsmod | grep -E 'virtio_blk|virtio_scsi'
```
2. **加载存储驱动**：
如果存储驱动未加载，可以手动加载：
```shell
sudo modprobe virtio_blk
sudo modprobe virtio_scsi
```
#### 准备存储设备和挂载点
1. **准备本地存储设备**：
分区和格式化存储设备：
```shell
sudo fdisk /dev/sdX
sudo mkfs.ext4 /dev/sdX1
```
创建挂载点并挂载：
```shell
sudo mkdir -p /mnt/kvm_storage
sudo mount /dev/sdX1 /mnt/kvm_storage
```
2. **准备网络存储设备（NFS 例子）**：
安装 NFS 客户端：
```shell
sudo apt install nfs-common # Ubuntu
sudo yum install nfs-utils # CentOS/RHEL
```
挂载 NFS 共享：
```shell
sudo mkdir -p /mnt/nfs_storage
sudo mount -t nfs server:/path/to/nfs /mnt/nfs_storage
```
3. **配置自动挂载**：
编辑 `/etc/fstab` 文件，添加以下内容确保重启后自动挂载：
```text
/dev/sdX1 /mnt/kvm_storage ext4 defaults 0 2
server:/path/to/nfs /mnt/nfs_storage nfs defaults 0 0
```
通过以上步骤，可以为 KVM 环境配置各种存储支持，包括磁盘映像文件、LVM 和网络存储。确保存储驱动已加载，并准备好存储设备和挂载点，为虚拟机提供可靠的存储资源。
## 配置存储池
### 存储池是什么
#### 存储池的概念
存储池（Storage Pool）是 KVM 虚拟化环境中的一种抽象概念，用于管理和组织底层存储资源。存储池可以包含多个存储卷（Storage Volume），每个存储卷对应虚拟机的一个磁盘映像文件、逻辑卷或网络存储块。通过存储池，管理员可以更方便地管理和分配存储资源。
#### 存储池的类型
| 类型 | 特点 | 使用场景 |
| --------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------ |
| **目录存储池** (Directory Storage Pool) | 使用本地或挂载的目录作为存储池。简单易用，适合中小型部署。 | 适合中小型部署。 |
| **逻辑卷存储池** (LVM Storage Pool) | 基于 LVM（Logical Volume Manager）创建和管理逻辑卷。提供灵活的卷管理和快照功能。 | 适合企业级部署。 |
| **网络存储池** (Network Storage Pool) | 使用网络存储协议（如 NFS、iSCSI）创建存储池。适合分布式存储和集中存储管理。 | 适合分布式存储和集中存储管理。 |
### 创建和管理目录存储池
#### 使用 `virsh` 创建目录存储池
1. **创建目录存储池**：
创建一个目录存储池的 XML 配置文件，例如 `dir-pool.xml`：
```xml
<pool type='dir'>
<name>dir-pool</name>
<target>
<path>/mnt/kvm_storage</path>
</target>
</pool>
```
2. **定义并启动存储池**：
使用 `virsh` 命令定义并启动目录存储池：
```shell
sudo virsh pool-define dir-pool.xml
sudo virsh pool-start dir-pool
sudo virsh pool-autostart dir-pool
```
#### 配置目录存储池
1. **查看存储池信息**：
```shell
sudo virsh pool-info dir-pool
```
2. **查看存储池中的存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-list dir-pool
```
3. **创建存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-create-as dir-pool volume1 10G
```
### 创建和管理逻辑卷存储池
#### 使用 `virsh` 创建 LVM 存储池
1. **创建 LVM 存储池**：
创建一个 LVM 存储池的 XML 配置文件，例如 `lvm-pool.xml`：
```xml
<pool type='logical'>
<name>lvm-pool</name>
<source>
<device path='/dev/vg_kvm'/>
<name>vg_kvm</name>
<format type='lvm2'/>
</source>
<target>
<path>/dev/vg_kvm</path>
</target>
</pool>
```
2. **定义并启动存储池**：
使用 `virsh` 命令定义并启动 LVM 存储池：
```shell
sudo virsh pool-define lvm-pool.xml
sudo virsh pool-start lvm-pool
sudo virsh pool-autostart lvm-pool
```
#### 配置 LVM 存储池
1. **查看存储池信息**：
```shell
sudo virsh pool-info lvm-pool
```
2. **查看存储池中的存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-list lvm-pool
```
3. **创建存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-create-as lvm-pool lv_volume1 20G
```
### 创建和管理网络存储池
#### 使用 `virsh` 创建 NFS 存储池
1. **创建 NFS 存储池**：
创建一个 NFS 存储池的 XML 配置文件，例如 `nfs-pool.xml`：
```xml
<pool type='netfs'>
<name>nfs-pool</name>
<source>
<host name='nfs-server'/>
<dir path='/path/to/nfs'/>
</source>
<target>
<path>/mnt/nfs_storage</path>
</target>
</pool>
```
2. **定义并启动存储池**：
使用 `virsh` 命令定义并启动 NFS 存储池：
```shell
sudo virsh pool-define nfs-pool.xml
sudo virsh pool-start nfs-pool
sudo virsh pool-autostart nfs-pool
```
#### 使用 `virsh` 创建 iSCSI 存储池
1. **创建 iSCSI 存储池**：
创建一个 iSCSI 存储池的 XML 配置文件，例如 `iscsi-pool.xml`：
```xml
<pool type='iscsi'>
<name>iscsi-pool</name>
<source>
<host name='iscsi-server'/>
<device path='/dev/sdX'/>
</source>
<target>
<path>/dev/disk/by-path/</path>
</target>
</pool>
```
2. **定义并启动存储池**：
使用 `virsh` 命令定义并启动 iSCSI 存储池：
```shell
sudo virsh pool-define iscsi-pool.xml
sudo virsh pool-start iscsi-pool
sudo virsh pool-autostart iscsi-pool
```
#### 配置网络存储池
1. **查看存储池信息**：
```shell
sudo virsh pool-info nfs-pool
sudo virsh pool-info iscsi-pool
```
2. **查看存储池中的存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-list nfs-pool
sudo virsh vol-list iscsi-pool
```
3. **创建存储卷**：
```shell
sudo virsh vol-create-as nfs-pool volume1 10G
sudo virsh vol-create-as iscsi-pool volume2 20G
```
## 配置存储卷
### 存储卷的概念
**存储卷（Storage Volume）是存储池（Storage Pool）中的一个逻辑单元，类似于传统文件系统中的文件。**存储卷为虚拟机提供存储空间，用于存储操作系统、应用程序和数据。每个存储卷可以对应一个磁盘映像文件、逻辑卷或网络存储块。通过存储卷，管理员可以灵活管理和分配存储资源。
### 创建和管理磁盘映像文件
#### 使用 `virsh` 创建磁盘映像文件
1. **创建磁盘映像文件**：
使用 `virsh` 创建一个磁盘映像文件：
```shell
sudo virsh vol-create-as dir-pool mydisk.qcow2 20G --format qcow2
```
以上命令将在 `dir-pool` 存储池中创建一个名为 `mydisk.qcow2` 的磁盘映像文件，大小为 20GB，格式为 qcow2。
2. **查看磁盘映像文件信息**：
查看创建的磁盘映像文件信息：
```shell
sudo virsh vol-info mydisk.qcow2 --pool dir-pool
```
#### 配置磁盘映像文件的大小和格式
1. **调整磁盘映像文件大小**：
可以使用 `qemu-img` 工具调整磁盘映像文件的大小：
```shell
qemu-img resize /path/to/mydisk.qcow2 +10G
```
以上命令将 `mydisk.qcow2` 的大小增加 10GB。
2. **转换磁盘映像文件格式**：
可以使用 `qemu-img` 工具转换磁盘映像文件的格式：
```shell
qemu-img convert -f qcow2 -O raw /path/to/mydisk.qcow2 /path/to/mydisk.raw
```
以上命令将 `mydisk.qcow2` 转换为 `mydisk.raw`，格式从 qcow2 转换为 raw。
### 创建和管理逻辑卷
#### 使用 `virsh` 创建逻辑卷
1. **创建逻辑卷**：
使用 `virsh` 创建一个逻辑卷：
```shell
sudo virsh vol-create-as lvm-pool lv_mydisk 20G
```
以上命令将在 `lvm-pool` 存储池中创建一个名为 `lv_mydisk` 的逻辑卷，大小为 20GB。
2. **查看逻辑卷信息**：
查看创建的逻辑卷信息：
```shell
sudo virsh vol-info lv_mydisk --pool lvm-pool
```
#### 配置逻辑卷的大小和格式
1. **调整逻辑卷大小**：
可以使用 `lvresize` 工具调整逻辑卷的大小：
```shell
sudo lvresize -L +10G /dev/vg_kvm/lv_mydisk
```
以上命令将 `lv_mydisk` 的大小增加 10GB。
2. **格式化逻辑卷**：
在使用逻辑卷之前，需要对其进行格式化：
```shell
sudo mkfs.ext4 /dev/vg_kvm/lv_mydisk
```
通过以上步骤，可以使用 `virsh` 创建和管理磁盘映像文件和逻辑卷，并灵活配置其大小和格式。这些存储卷为虚拟机提供了可靠和高效的存储解决方案。
## 虚拟机的存储配置
### 使用 `virsh` 添加和删除虚拟机磁盘
**添加虚拟机磁盘**
1. 创建一个新的磁盘映像文件（如果需要）：
```shell
sudo qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/mydisk.qcow2 20G
```
2. 使用 `virsh` 命令编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
3. 在 `<devices>` 部分中添加以下内容，指定新的磁盘设备：
```xml
<disk type='file' device='disk'>
<driver name='qemu' type='qcow2'/>
<source file='/var/lib/libvirt/images/mydisk.qcow2'/>
<target dev='vdb' bus='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x09' function='0x0'/>
</disk>
```
4. 保存并退出编辑器，启动或重启虚拟机以使新磁盘生效：
```shell
sudo virsh start <vm_name>
```
**删除虚拟机磁盘**
1. 使用 `virsh` 命令编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 找到需要删除的 `<disk>` 节点，并将其删除：
```xml
<disk type='file' device='disk'>
<driver name='qemu' type='qcow2'/>
<source file='/var/lib/libvirt/images/mydisk.qcow2'/>
<target dev='vdb' bus='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x09' function='0x0'/>
</disk>
```
3. 保存并退出编辑器，启动或重启虚拟机以应用更改：
```shell
sudo virsh start <vm_name>
```
### `virsh` 配置虚拟机的启动磁盘
1. 使用 `virsh` 命令编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 在 `<os>` 部分中，找到 `<boot dev='...'>` 节点并调整顺序。例如，将磁盘设备设为首选启动设备：
```xml
<os>
<type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
<boot dev='hd'/>
<boot dev='cdrom'/>
</os>
```
3. 保存并退出编辑器，启动或重启虚拟机以应用更改：
```shell
sudo virsh start <vm_name>
```
#### 配置虚拟机 BIOS 设置
1. 使用 `virsh` 命令编辑虚拟机的 XML 配置文件：
```shell
sudo virsh edit <vm_name>
```
2. 在 `<os>` 部分中，添加或修改 `<bios>` 节点。例如，启用 BIOS 引导菜单：
```xml
<os>
<type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
<loader readonly='yes' type='pflash'>/usr/share/OVMF/OVMF_CODE.fd</loader>
<nvram>/var/lib/libvirt/qemu/nvram/<vm_name>.fd</nvram>
<bootmenu enable='yes'/>
</os>
```
3. 保存并退出编辑器，启动或重启虚拟机以应用更改：
```shell
sudo virsh start <vm_name>
```
## 高级存储管理
### 快照管理
#### 创建和管理磁盘快照
快照是虚拟机在某一时刻的状态，包括虚拟机的磁盘和内存状态。通过快照，您可以在需要时恢复虚拟机到之前的状态。
**创建磁盘快照**
使用 `virsh` 创建磁盘快照：
```shell
sudo virsh snapshot-create-as <vm_name> <snapshot_name> --disk-only --atomic
```
以上命令创建一个仅包含磁盘状态的快照。
**管理磁盘快照**
使用 `virsh` 列出所有快照：
```shell
sudo virsh snapshot-list <vm_name>
```
**恢复快照**
使用 `virsh` 恢复快照：
```shell
sudo virsh snapshot-revert <vm_name> <snapshot_name>
```
#### 扩展存储池容量
**扩展目录存储池**
确保文件系统有足够的空间，然后直接添加更多存储卷到目录存储池即可。
**扩展 LVM 存储池**
1. 添加新的物理卷到卷组：
```shell
sudo pvcreate /dev/sdX
sudo vgextend vg_kvm /dev/sdX
```
2. 更新存储池配置：
```shell
sudo virsh pool-refresh lvm-pool
```
**扩展网络存储池**
对于 NFS 和 iSCSI，直接在网络存储服务器上扩展存储容量，然后刷新存储池即可。
#### 缩减存储池容量
**缩减 LVM 存储池**
1. 移动逻辑卷中的数据到其他物理卷：
```shell
sudo pvmove /dev/sdX
```
2. 移除物理卷并减少卷组大小：
```shell
sudo vgreduce vg_kvm /dev/sdX
sudo pvremove /dev/sdX
```
**缩减目录存储池和网络存储池**
一般不直接缩减这些存储池，建议清理不需要的存储卷以释放空间。
### 磁盘镜像和克隆
#### 创建磁盘镜像
**创建磁盘镜像**
使用 `qemu-img` 创建磁盘镜像：
```shell
qemu-img create -f qcow2 /var/lib/libvirt/images/mydisk.qcow2 20G
```
**转换磁盘镜像格式**
使用 `qemu-img` 转换磁盘镜像格式：
```shell
qemu-img convert -f qcow2 -O raw /path/to/mydisk.qcow2 /path/to/mydisk.raw
```
#### 克隆虚拟机磁盘
1. 使用 `qemu-img` 克隆磁盘映像：
```shell
qemu-img create -f qcow2 -b /var/lib/libvirt/images/source-disk.qcow2 /var/lib/libvirt/images/clone-disk.qcow2
```
2. 使用 `virsh` 定义新的虚拟机，并指定克隆的磁盘映像：
创建虚拟机 XML 文件：
```xml
<domain type='kvm'>
<name>clone-vm</name>
<memory unit='KiB'>1048576</memory>
<vcpu placement='static'>1</vcpu>
<os>
<type arch='x86_64' machine='pc-i440fx-2.9'>hvm</type>
</os>
<devices>
<disk type='file' device='disk'>
<driver name='qemu' type='qcow2'/>
<source file='/var/lib/libvirt/images/clone-disk.qcow2'/>
<target dev='vda' bus='virtio'/>
<address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x04' function='0x0'/>
</disk>
</devices>
</domain>
```
3. 使用 `virsh` 定义并启动新的虚拟机：
```shell
sudo virsh define /path/to/clone-vm.xml
sudo virsh start clone-vm
```
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