[Linux]红帽高级存储功能 - Stratis与VDO
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本文作者：SkyBiuBiu
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Stratis 卷管理文件系统
介绍
红帽的 Stratis 是新一代的存储管理解决方案，称为卷管理文件系统。可以通过它创建文件系统及调整其大小时以动态、透明的方式来管理卷层。
Stratis 以管理物理存储池的服务形式运行，并透明地为所创建的文件系统创建和管理卷。由于 Stratis 使用现有的存储驱动程序和工具，因此 Stratis 也支持当前在 lvm、xfs 和设备映射器中使用的所有高级存储功能。Stratis 文件系统没有固定大小，也不再预分配未使用的块空间。
Stratis 使用存储的元数据来识别所管理的池、卷和文件系统。因此绝不应该对 Stratis 创建的文件系统进行手动重新格式化或重新配置；只应使用 Stratis 工具和命令对它们进行管理。手动配置 Stratis 文件系统可能会导致该元数据丢失，并阻止 Stratis 识别它已创建的文件系统。您可以使用不同组的块设备来创建多个池。在每个池中，您可以创建一个或多个文件系统。目前每个池最多可以创建 2^24 个文件系统。
在内部 Stratis 使用 Backstore 子系统来管理块设备，并使用 Thinpool 子系统来管理池。Backstore 有一个数据层，负责维护块设备磁盘上的元数据，以及检测和纠正数据损坏。缓存层使用高性能块设备作为数据层之上的缓存。Thinpool 子系统管理与 Stratis 文件系统关联的精简部署卷。该子系统使用 dm-tin设备映射器驱动程序取代 LVM 进行虚拟卷大小调整和管理。dm-thin 可以创建虚拟大小比较大，但物理大小比较小的卷, 采用 XFS 格式。当物理大小快要满时，Stratis 会自动将其扩大。
特点
使用Stratis管理分层存储，有以下的好处：
- 自动精简配置（超额分配）
- 文件系统快照
- 基于池的存储管理
- 存储监控
Stratis相关概念：
- blockdev：块设备
- pool：存储池
- filesystem：文件系统
对应关系：
- 1个Pool，最多可以创建2²⁴个文件系统，自动分配大小，当总数据量接近虚拟分配的大小则自动扩容，只要存储池物理设备充足，理论上无限扩展。
使用
- 安装软件包
[root@localhost /]# yum install -y stratis-cli stratisd
- 启动服务并设置服务开机自启
[root@localhost /]# systemctl enable --now stratisd
- 添加一块SATA硬盘，创建存储池
[root@localhost ~]# stratis pool create pool1 /dev/sdb
- 查看可用池列表
[root@localhost ~]# stratis pool list
Name Total Physical Properties UUID
pool1 5 GiB / 37.63 MiB / 4.96 GiB ~Ca,~Cr d45d2be9-e1ca-4700-a03f-365eda2eac34
- 再次添加一块硬盘，添加这个块设备到存储池
[root@localhost ~]# stratis pool add-data pool1 /dev/sdc
- 查看池的块设备
[root@localhost ~]# stratis blockdev list
Pool Name Device Node Physical Size Tier
pool1 /dev/sdb 5 GiB Data
pool1 /dev/sdc 5 GiB Data
[root@localhost ~]# stratis pool list
Name Total Physical Properties UUID
pool1 10 GiB / 41.63 MiB / 9.96 GiB ~Ca,~Cr d45d2be9-e1ca-4700-a03f-365eda2eac34
- 为池创建动态、灵活的文件系统
[root@localhost ~]# stratis filesystem create pool1 fs1
- 查看文件系统
[root@localhost ~]# stratis filesystem list
Pool Name Name Used Created Device UUID
pool1 fs1 546 MiB Apr 13 2022 15:22 /dev/stratis/pool1/fs1 b28ec1f4-21ed-4d89-84f5-d8ca91ef12ce
[root@localhost ~]# blkid /dev/stratis/pool1/fs1
/dev/stratis/pool1/fs1: UUID="b28ec1f4-21ed-4d89-84f5-d8ca91ef12ce" TYPE="xfs"
- 挂载文件系统
这里的 x-systemd.requires=stratisd.service，是通过 systemd 来确保 stratisd.service（Stratis服务的守护进程）启动，再挂载这个文件系统，否则电脑将无法开机。
[root@localhost ~]# vim /etc/fstab
...
UUID=b28ec1f4-21ed-4d89-84f5-d8ca91ef12ce /dir1 xfs defaults,x-systemd.requires=stratisd.service 0 0
[root@localhost ~]# mount -a
[root@localhost ~]# df -hT
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
...
/dev/mapper/stratis-1-d45d2be9e1ca4700a03f365eda2eac34-thin-fs-b28ec1f421ed4d8984f5d8ca91ef12ce xfs 1.0T 7.2G 1017G 1% /dir1
- 创建文件测试
[root@localhost ~]# echo hello world > /dir1/file1
- 创建快照
[root@localhost ~]# stratis filesystem snapshot pool1 fs1 snap1
[root@localhost ~]# stratis filesystem list
Pool Name Name Used Created Device UUID
pool1 fs1 546 MiB Apr 13 2022 15:22 /dev/stratis/pool1/fs1 b28ec1f4-21ed-4d89-84f5-d8ca91ef12ce
pool1 snap1 546 MiB Apr 13 2022 15:31 /dev/stratis/pool1/snap1 6dafb135-a4f8-49a8-a757-0c78cb430fb2
[root@localhost ~]# rm -rf /dir1/file1
[root@localhost ~]# mount /dev/stratis/pool1/snap1 /dir2
[root@localhost ~]# cat /dir2/file1
VDO 虚拟数据优化器
介绍
LVM只能解决容量的问题，但不具备数据压缩的能力。
VDO（Virtual Data Optimize）：虚拟数据优化器，通过压缩或删除存储设备上的数据来优化空间，VDO层放置在现有块存储设备上层，例如RAID设备或本地磁盘的顶部。
特点
- kvdo：用于控制数据压缩
- uds：用于重复数据删除
vdo不仅能对数据进行压缩，还能对重复的数据进行优化。
Linux下依赖vdo.service服务，否则是不能使用vdo的
使用
- 安装软件包（默认已安装）
[root@localhost ~]# yum install -y vdo
- 创建VDO卷
[root@localhost ~]# vdo create --name=vdo1 --device=/dev/sdb --vdoLogicalSize=10G
Creating VDO vdo1
The VDO volume can address 6 GB in 3 data slabs, each 2 GB.
It can grow to address at most 16 TB of physical storage in 8192 slabs.
If a larger maximum size might be needed, use bigger slabs.
Starting VDO vdo1
Starting compression on VDO vdo1
VDO instance 0 volume is ready at /dev/mapper/vdo1
- 查看VDO卷的属性与状态
[root@localhost ~]# vdo status --name=vdo1
VDO status:
Date: '2022-04-13 16:34:12+08:00'
Node: localhost.localdomain
Kernel module:
Loaded: true
Name: kvdo
Version information:
kvdo version: 6.2.2.117
Configuration:
File: /etc/vdoconf.yml
Last modified: '2022-04-13 16:33:40'
VDOs:
vdo1:
Acknowledgement threads: 1
Activate: enabled
Bio rotation interval: 64
Bio submission threads: 4
Block map cache size: 128M
Block map period: 16380
Block size: 4096
CPU-work threads: 2
Compression: enabled
Configured write policy: auto
Deduplication: enabled
Device mapper status: 0 20971520 vdo /dev/sdb normal - online online 1049638 2621440
Emulate 512 byte: disabled
Hash zone threads: 1
Index checkpoint frequency: 0
Index memory setting: 0.25
Index parallel factor: 0
Index sparse: disabled
Index status: online
Logical size: 10G
Logical threads: 1
Max discard size: 4K
Physical size: 10G
Physical threads: 1
Slab size: 2G
Storage device: /dev/sdb
UUID: VDO-59a6cb34-0ba6-4e3d-81b8-967710ca668f
VDO statistics: not available
- 显示VDO卷列表
[root@localhost ~]# vdo list
vdo1
- 停止和启动VDO卷
[root@localhost ~]# vdo stop -n vdo1
Stopping VDO vdo1
[root@localhost ~]# vdo start -n vdo1
Starting VDO vdo1
Starting compression on VDO vdo1
VDO instance 1 volume is ready at /dev/mapper/vdo1
- 查看VDO卷上是否启用了压缩（Compression）和重复数据（Deduplication）删除功能
[root@localhost ~]# vdo status --name=vdo1 | grep Dedu
Deduplication: enabled
[root@localhost ~]# vdo status --name=vdo1 | grep Com
Compression: enabled
- 格式化VDO卷
[root@localhost ~]# mkfs.xfs -K /dev/mapper/vdo1
meta-data=/dev/mapper/vdo1 isize=512 agcount=4, agsize=655360 blks
= sectsz=4096 attr=2, projid32bit=1
= crc=1 finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
= reflink=1
data = bsize=4096 blocks=2621440, imaxpct=25
= sunit=0 swidth=0 blks
naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0, ftype=1
log =internal log bsize=4096 blocks=2560, version=2
= sectsz=4096 sunit=1 blks, lazy-count=1
realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0
- 检查设备事件处理是否完成
[root@localhost ~]# udevadm settle
- 创建挂载点，设置开机自动挂载
[root@localhost ~]# mkdir /mnt/vdo1
[root@localhost ~]# blkid | grep vdo1
/dev/mapper/vdo1: UUID="b4373f24-2c29-4893-bce3-fb608025107d" TYPE="xfs"
[root@localhost ~]# vim /etc/fstab
...
UUID=b4373f24-2c29-4893-bce3-fb608025107d /mnt/vdo1 xfs defaults,x-systemd.requires=vdo.service 0 0
[root@localhost ~]# mount /mnt/vdo1/
- 查看卷初始信息
[root@localhost /]# vdostats --human-readable
Device Size Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdo1 10.0G 4.0G 6.0G 40% N/A
- 准备一个大文件用于测试
[root@localhost /]# dd if=/dev/urandom of=/root/testfile1 bs=1M count=300
300+0 records in
300+0 records out
314572800 bytes (315 MB, 300 MiB) copied, 12.8609 s, 24.5 MB/s
[root@localhost /]# ls -lh /root/testfile1
-rw-r--r--. 1 root root 300M Apr 13 17:06 /root/testfile1
- 把文件复制到VDO卷挂载目录
[root@localhost /]# cp /root/testfile1 /mnt/vdo1/testfile1.1
[root@localhost /]# vdostats --human-readable
Device Size Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdo1 10.0G 4.3G 5.7G 42% 3%
- 重复多次操作观察Used与Saving%的变化
[root@localhost /]# cp /root/testfile1 /mnt/vdo1/testfile1.2
[root@localhost /]# vdostats --human-readable
Device Size Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdo1 10.0G 4.3G 5.7G 43% 48%
[root@localhost /]# cp /root/testfile1 /mnt/vdo1/testfile1.3
[root@localhost /]# vdostats --human-readable
Device Size Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdo1 10.0G 4.3G 5.7G 43% 65%