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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:
  - FormalSciences/ComputerScience
  - OperatingSystem/Virtualization
  - KVM
author: 仲平
date: 2024-07-16
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## 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
   ```