Capítulo 68. Configuração e gerenciamento de volumes lógicos

Figura 68.2, “Layout do volume físico” mostra o layout de um volume físico LVM. A etiqueta LVM está no segundo setor, seguida da área de metadados, seguida do espaço utilizável no dispositivo.

Figura 68.2. Layout do volume físico

O LVM permite a criação de volumes físicos a partir de partições de disco. A Red Hat recomenda que você crie uma única partição que cubra o disco inteiro para rotular como um volume físico LVM pelas seguintes razões:

Embora não seja recomendado, pode haver circunstâncias específicas quando for necessário dividir um disco em volumes físicos LVM separados. Por exemplo, em um sistema com poucos discos pode ser necessário mover dados em torno de partições quando você estiver migrando um sistema existente para volumes LVM. Além disso, se você tiver um disco muito grande e quiser ter mais de um grupo de volumes para fins administrativos, então é necessário particionar o disco. Se você tiver um disco com mais de uma partição e ambas as partições estiverem no mesmo grupo de volumes, tenha o cuidado de especificar quais partições devem ser incluídas em um volume lógico ao criar volumes listrados.

Um volume linear agrega espaço de um ou mais volumes físicos em um volume lógico. Por exemplo, se você tiver dois discos de 60GB, você pode criar um volume lógico de 120GB. O armazenamento físico é concatenado.

A criação de um volume linear atribui uma gama de extensões físicas a uma área de um volume lógico em ordem. Por exemplo, como mostrado em Figura 68.3, “Mapeamento de Extensão”, extensões lógicas de 1 a 99 poderiam mapear um volume físico e extensões lógicas de 100 a 198 poderiam mapear um segundo volume físico. Do ponto de vista da aplicação, há um dispositivo que tem 198 extensões em tamanho.

Figura 68.3. Mapeamento de Extensão

Os volumes físicos que compõem um volume lógico não precisam ter o mesmo tamanho. Figura 68.4, “Volume linear com volumes físicos desiguais” mostra o grupo de volume VG1 com um tamanho de extensão física de 4MB. Este grupo de volume inclui 2 volumes físicos denominados PV1 e PV2. Os volumes físicos são divididos em unidades de 4MB, já que esse é o tamanho da extensão. Neste exemplo, PV1 tem 200 extensões em tamanho (800MB) e PV2 tem 100 extensões em tamanho (400MB). Pode-se criar um volume linear de qualquer tamanho entre 1 e 300 extensões (4MB a 1200MB). Neste exemplo, o volume linear denominado LV1 é de 300 extensões.

Figura 68.4. Volume linear com volumes físicos desiguais

Você pode configurar mais de um volume lógico linear de qualquer tamanho que desejar do pool de extensões físicas. Figura 68.5, “Múltiplos volumes lógicos” mostra o mesmo grupo de volume que em Figura 68.4, “Volume linear com volumes físicos desiguais”, mas neste caso dois volumes lógicos foram esculpidos do grupo de volume: LV1, que é 250 extensões em tamanho (1000MB) e LV2 que é 50 extensões em tamanho (200MB).

Figura 68.5. Múltiplos volumes lógicos

Quando você escreve os dados em um volume lógico LVM, o sistema de arquivo estabelece os dados em todos os volumes físicos subjacentes. Você pode controlar a forma como os dados são escritos nos volumes físicos criando um volume lógico listrado. Para leituras e gravações sequenciais grandes, isto pode melhorar a eficiência da E/S dos dados.

A striping melhora o desempenho escrevendo dados para um número pré-determinado de volumes físicos de forma arredondada. Com a striping, as E/S podem ser feitas em paralelo. Em algumas situações, isto pode resultar em ganho de desempenho quase linear para cada volume físico adicional na listra.

A ilustração a seguir mostra os dados sendo listrados em três volumes físicos. Nesta figura:

Em um volume lógico listrado, o tamanho da listra não pode exceder o tamanho de uma extensão.

Figura 68.6. Dados de striping em três PVs

Os volumes lógicos listrados podem ser estendidos concatenando outro conjunto de dispositivos no final do primeiro conjunto. Para estender um volume lógico listrado, entretanto, deve haver espaço livre suficiente no conjunto de volumes físicos subjacentes que compõem o grupo de volume para suportar a listra. Por exemplo, se você tiver uma faixa de duas vias que utiliza um grupo de volume inteiro, adicionar um único volume físico ao grupo de volume não lhe permitirá estender a faixa. Ao invés disso, você deve adicionar pelo menos dois volumes físicos ao grupo de volume.

O LVM suporta níveis RAID 0, 1, 4, 5, 6, e 10.

Um volume LVM RAID tem as seguintes características:

Embora você possa criar e ativar volumes lógicos RAID exclusivamente em uma máquina, você não pode ativá-los simultaneamente em mais de uma máquina.

Por exemplo, a criação de uma matriz RAID1 de duas vias resulta em dois subvolumes de metadados (lv_rmeta_0 e lv_rmeta_1) e dois subvolumes de dados (lv_rimage_0 e lv_rimage_1). Da mesma forma, criar uma faixa de 3 vias (mais 1 dispositivo de paridade implícita) RAID4 resulta em 4 subvolumes de metadados (lv_rmeta_0, lv_rmeta_1, lv_rmeta_2, e lv_rmeta_3) e 4 subvolumes de dados (lv_rimage_0, lv_rimage_1, lv_rimage_2, e lv_rimage_3).

Os volumes lógicos podem ser provisionados de forma fina. Isto permite criar volumes lógicos maiores do que as extensões disponíveis. Usando thin provisioning, você pode gerenciar um pool de armazenamento de espaço livre, conhecido como thin pool, que pode ser alocado a um número arbitrário de dispositivos quando necessário pelas aplicações. Você pode então criar dispositivos que podem ser vinculados ao thin pool para alocação posterior quando uma aplicação realmente escreve para o volume lógico. O thin pool pode ser expandido dinamicamente quando necessário para alocação econômica de espaço de armazenamento.

Ao utilizar thin provisioning, um administrador de armazenamento pode comprometer excessivamente o armazenamento físico, muitas vezes evitando a necessidade de comprar armazenamento adicional. Por exemplo, se cada dez usuários solicitarem um sistema de arquivo de 100GB para sua aplicação, o administrador de armazenamento pode criar o que parece ser um sistema de arquivo de 100GB para cada usuário, mas que é apoiado por menos armazenamento real que é usado somente quando necessário. Ao utilizar thin provisioning, é importante que o administrador de armazenamento monitore o pool de armazenamento e acrescente mais capacidade se este começar a ficar cheio.

Para garantir que todo o espaço disponível possa ser utilizado, a LVM suporta o descarte de dados. Isto permite a reutilização do espaço que antes era utilizado por um arquivo descartado ou outro intervalo de blocos.

Os volumes finos fornecem suporte para uma nova implementação de volumes lógicos de cópia-em-escrita (COW), que permitem que muitos dispositivos virtuais compartilhem os mesmos dados no pool fino.

O recurso LVM snapshot oferece a capacidade de criar imagens virtuais de um dispositivo em um determinado instante sem causar uma interrupção do serviço. Quando uma mudança é feita no dispositivo original (a origem) após uma foto, o recurso de foto faz uma cópia da área de dados alterada como estava antes da mudança para que possa reconstruir o estado do dispositivo.

Como um instantâneo copia apenas as áreas de dados que mudam depois que o instantâneo é criado, o recurso de instantâneo requer uma quantidade mínima de armazenamento. Por exemplo, com uma origem raramente atualizada, 3-5 % da capacidade da origem é suficiente para manter o instantâneo.

O tamanho do instantâneo rege a quantidade de espaço reservado para armazenar as mudanças no volume de origem. Por exemplo, se você fizer um instantâneo e depois sobrescrever completamente a origem, o instantâneo teria que ser pelo menos tão grande quanto o volume de origem para segurar as mudanças. Você precisa dimensionar um instantâneo de acordo com o nível de mudança esperado. Assim, por exemplo, um instantâneo de curta duração de um volume mais lido, como /usr, precisaria de menos espaço do que um instantâneo de longa duração de um volume que vê um número maior de escritas, como /home.

Se um instantâneo estiver cheio, o instantâneo se torna inválido, uma vez que não pode mais rastrear as mudanças no volume de origem. Você deve monitorar regularmente o tamanho do instantâneo. Os instantâneos são totalmente redimensionáveis, porém, se você tiver a capacidade de armazenamento, poderá aumentar o tamanho do volume do instantâneo para evitar que ele caia. Por outro lado, se você achar que o volume da foto é maior do que você precisa, você pode reduzir o tamanho do volume para liberar espaço que é necessário para outros volumes lógicos.

Quando você cria um sistema de arquivo instantâneo, o acesso completo de leitura e escrita à origem permanece possível. Se um pedaço de um instantâneo for alterado, esse pedaço é marcado e nunca é copiado do volume original.

Há vários usos para o recurso de instantâneo:

Você pode usar a opção --merge do comando lvconvert para fundir um instantâneo em seu volume de origem. Um uso para este recurso é realizar o rollback do sistema se você tiver perdido dados ou arquivos ou se precisar restaurar seu sistema a um estado anterior. Após fundir o volume de snapshot, o volume lógico resultante terá o nome do volume de origem, número menor e UUID e o snapshot fundido é removido.

O Red Hat Enterprise Linux fornece suporte para volumes de instantâneos pouco fornecidos. Os volumes de snapshot finos permitem que muitos dispositivos virtuais sejam armazenados no mesmo volume de dados. Isto simplifica a administração e permite o compartilhamento de dados entre os volumes de snapshot.

Como para todos os volumes de instantâneos LVM, assim como para todos os volumes finos, os volumes de instantâneos finos não são suportados em todos os nós de um cluster. O volume de instantâneos deve ser ativado exclusivamente em um único nó de cluster.

Os volumes finos proporcionam os seguintes benefícios:

Embora haja muitas vantagens no uso de volumes finos, há alguns casos de uso para os quais o recurso de volume de instantâneos LVM antigo pode ser mais apropriado às suas necessidades:

Em geral, você deve considerar as exigências específicas de seu site ao decidir qual o formato de instantâneo a ser utilizado.

LVM suporta o uso de dispositivos de blocos rápidos (como unidades SSD) como caches de gravação ou caches de gravação para dispositivos de blocos maiores e mais lentos. Os usuários podem criar volumes lógicos de cache para melhorar o desempenho de seus volumes lógicos existentes ou criar novos volumes lógicos de cache compostos de um dispositivo pequeno e rápido acoplado a um dispositivo grande e lento.