LVM (thin provisioning)

Tzv. Thin Provisioning se u LVM objevil relativně nedávno, kolem r. 2009. Je to technologie, která umožňuje vytvářet a používat logické disky o větší kapacitě, než je dostupná kapacita fyzických blokových zařízení. Tato technologie využívá v principu toho, že jen výjimečně zabírají data na vyhrazeném logickém disku jeho plnou kapacitu. Je zde ale zvýšený počet IO operací, takže thin provisioning snižuje IO výkon LVM až o 30%!.

U klasických "plnotučných" logických LVM oddílů, má každá z nich vyhrazen pro své extenty pevný rozsah, v jehož rámci si pak již souborový systém ukládá data po libosti. Většina datového prostoru ale zůstává nevyužita. Z hlediska ceny za jednotku datové kapacity je tento způsob hospodaření s datovým prostorem zbytečně rozmařilý, byť má svoje přednosti - označuje se jako tzv. fat či thick provisioning.

Thin Provisioning používá COW mechanismus, co ukládá extenty s daty bezprostředně těsně za sebou, tak jak se postupně plní daty. Ovšem souborový systém, který je nad takovým logickým LVM oddílem, o tom neví. Díky tomu lze dělat logické oddíly s virtuální kapacitou, která je větší než skutečně dostupný fyzický datový prostor, aniž by bylo nutné předem řešit otázku hardwarové kapacity.

Data těchto logických oddílů jsou umístěna v tzv. poolu, což je ve své podstatě klasický logický LVM oddíl s přiděleným rozsahem extentů. Který lze v případě potřeby operativně zvětšit.

Ačkoliv s balíčkem lvm2 u Debianu nainstalujete i knihovny protřebné pro práci s těmito tzv. thin disky, narazíte při jejich praktickém použití na problém, pokud nenainstalujete také balíček thin-provisioning-tools. Ten totiž není standardní součástí lvm2, ale je velmi důležitý, neboť obsahuje nástroje pro kontrolu a případnou opravu těchto thin oddílů.

Velikost thin oddílů je (na rozdíl od velikosti poolu) čistě virtuální a tak se pochopitelně může stát, že některý z nich "zbobtná" do té míry, že už není kam data jiných přírůstkových oddílů uložit, a to i přes to, že stále vykazují dostatek volného místa.

V takovém případě lze situaci operativně vyřešit roztažením poolu - je-li to ovšem fyzicky možné. Pokud to možné není, nezbývá než:

• zmenšit, nebo úplně zrušit některý z plnotučných logických disků a tím uvolnit extenty pro roztažení poolu
• zrušit nějaký nepotřebný snapshot přírůstkového logického oddílu - pokud existuje, případně rovnou celý přírůstkový oddíl, je-li zbytečný.
• odstranit data některého z přírůstkových logických oddílů v rámci poolu.

ThinDataLV	velký logický oddíl, který bude konvertován na pool, do kterého se budou ukládat datové extenty virtuálních logických oddílů
ThinMetaLV	malý logický oddíl pro metadata budoucího poolu, ve kterých se udržují informace o tom, ke kterému virtuálnímu logickému oddílu extent patří a zda-li má být jeho datový prostor na fyzickém disku stále obsazen, či zda se může uvolnit
ThinLV	virtuální logický oddíl v rámci poolu

Základní logický oddíl ThinDataLV, který bude tvořit základ poolu bude součástí LVM skupiny testovaci_skupina, umístěné na klasickém HDD zařízení /dev/sdb.

Příprava LVM skupiny testovaci_skupina ...

stroj:~# cat /proc/partitions major minor #blocks name ... 8 64 244198584 sdb stroj:~# pvcreate /dev/sdb Physical volume "/dev/sdb" successfully created stroj:~# vgcreate -d -v testovaci_skupina /dev/sdb DEGRADED MODE. Incomplete RAID LVs will be processed. Wiping cache of LVM-capable devices Adding physical volume '/dev/sdb' to volume group 'testovaci_skupina' Archiving volume group "testovaci_skupina" metadata (seqno 0). Creating volume group backup "/etc/lvm/backup/testovaci_skupina" (seqno 1). Volume group "testovaci_skupina" successfully created

1, Vytvoření logického oddílu ThinMetaLV kde budou metadata extentů spravovaných v poolu.

stroj:~# lvcreate -L 1G -n ThinMetaLV testovaci_skupina Logical volume "ThinMetaLV" created

Bude-li logický oddíl ThinMetaLV pro metadata vytvořen dříve, než logický oddíl ThinDataLV, pak bude pro jeho extenty vyhrazen 1G datového prostoru fyzického disku /dev/sdb začleného do skupiny testovaci_skupina. Což je u klasických rotačních disků oblast s nejrychlejším přístupem. Pokud ale ve skupině testovaci_skupina bude kombinace rychlých SSD disků s klasickým rotačním, pak lze tento oddíl umístit na SSD disky

2, Vytvoření logického oddílu ThinDataLV pro datové extenty virtuálních logických oddílů, jehož název se stane po konverzi názvem poolu

stroj:~# lvcreate -L 100G -n ThinDataLV testovaci_skupina Logical volume "ThinDataLV" created

charlie-brown (AMD) :~# lvs -a -o +seg_pe_ranges testovaci_skupina LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert PE Ranges ThinDataLV testovaci_skupina -wi-a----- 100.00g /dev/sdb:256-25855 ThinMetaLV testovaci_skupina -wi-a----- 1.00g /dev/sdb:0-255

3, Vytvoření poolu

stroj:~# lvconvert --type thin-pool --thinpool testovaci_skupina/ThinDataLV --poolmetadata testovaci_skupina/ThinMetaLV WARNING: Converting logical volume testovaci_skupina/ThinDataLV and testovaci_skupina/ThinMetaLV to pool's data and metadata volumes. THIS WILL DESTROY CONTENT OF LOGICAL VOLUME (filesystem etc.) Do you really want to convert testovaci_skupina/ThinDataLV and testovaci_skupina/ThinMetaLV? [y/n]: y Logical volume "lvol0" created Converted testovaci_skupina/ThinDataLV to thin pool. stroj:~# lvs testovaci_skupina LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert ThinDataLV testovaci_skupina twi-a-tz-- 100.00g 0.00 0.05 stroj:~# lvs -a -o +seg_pe_ranges testovaci_skupina LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert PE Ranges ThinDataLV testovaci_skupina twi-a-tz-- 100.00g 0.00 0.05 ThinDataLV_tdata:0-25599 [ThinDataLV_tdata] testovaci_skupina Twi-ao---- 100.00g /dev/sdb:256-25855 [ThinDataLV_tmeta] testovaci_skupina ewi-ao---- 1.00g /dev/sdb:0-255 [lvol0_pmspare] testovaci_skupina ewi------- 1.00g /dev/sdb:25856-26111

Pool lze vytvořit také rovnou, bez konverze předpřipravených LV oddílů příkazem lvconvert stroj:~# lvccreate -L 100G --poolmetadatasize 1G --type thin-pool --thinpool ThinDataLV testovaci_skupina Ba lze při založení poolu vynechat i parametr --poolmetadatasize. V takovém případě bude vytvořen metadatový oddíl automaticky, a jeho velikost bude odpovídat počtu "chunků", na který bude rozdělen datový pool * 64 bajtů. Výchozí velikost "chunku" je 64 KiB, ale jeho hodnota může být nastavena v rozmezí od 4 KiB do 1GiB. Větší velikost "chunku" je výhodnější pro rychlejší snapshotování, menší je úspornější z hlediska místa. Jakou máte nastavenou velikost "chunku" můžete zjistit následujícím příkazem: stroj:~# lvs -o name,chunksize LV Chunk ThinData 64,00k

4, Vytvoření virtuálního logického oddílu ThinLV o velikosti 200GB

stroj:~# lvcreate --thinpool testovaci_skupina/ThinDataLV --virtualsize 200G -n ThinLV Logical volume "ThinLV" created stroj:~# lvs testovaci_skupina LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert ThinDataLV testovaci_skupina twi-a-tz-- 100.00g 0.00 0.05 ThinLV testovaci_skupina Vwi-a-tz-- 200.00g ThinDataLV 0.00

Podrobný výpis obsazených extentů: stroj:~# lvs -a -o +seg_pe_ranges testovaci_skupina LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert PE Ranges ThinDataLV testovaci_skupina twi-a-tz-- 100.00g 0.00 0.05 ThinDataLV_tdata:0-25599 [ThinDataLV_tdata] testovaci_skupina Twi-ao---- 100.00g /dev/sdb:256-25855 [ThinDataLV_tmeta] testovaci_skupina ewi-ao---- 1.00g /dev/sdb:0-255 ThinLV testovaci_skupina Vwi-a-tz-- 200.00g ThinDataLV 0.00 [lvol0_pmspare] testovaci_skupina ewi------- 1.00g /dev/sdb:25856-26111

U podrobného výpisu si povšimněte, že u virtuálního logického oddílu 'ThinLV není uveden rozsah přidělených extentů.

Také si všimněte logického oddílu lvol0_pmspare, který je rovněž součástí vytvořeného poolu. Tento automaticky vytvořený skrytý logický oddíl (pool metadata spare), je určen pro kontrolu a rekonstrukci dat v případě poškození metadat v rámci výchozího konvertovaného metadatového logického oddílu ThinDataLV_tmeta. I když lze vytvoření lvol0_pmspare při vytvoření poolu potlačit, je to z praktického hlediska nežádoucí. Pokud by totiž k takovému poškození došlo, lze následujícím příkazem vynutit sestavení nové, opravené kopie metadatového logického oddílu: stroj:~# lvconvert --repair testovaci_skupina/ThinDataLV Při této operaci bude utilita lvconvert postupně číst metadata ze stávajícího poškozeného metadatového logického oddílu ThinDataLV_tmeta, průběžně kontrolovat se stávajícím stavem datového logického oddílu ThinDataLV_tdata a v případě chyby se pokusí o jejich rekonstrukci. Takto rekonstruovaná kopie se bude zapisovat právě do logického oddílu lvol0_pmspare. Po skončení této operace se původní metadatový logický oddíl ThinDataLV_tmeta' nahradí tímto logickým oddílem s opravenými metadaty, který se stane viditelný pod novým názvem ThinDataLV_tmetaN (kde N může být číslo od nuly výše ). Pokud dopadla oprava úspěšně, pak může být původní logický oddíl s metadaty odstraněn. Pokud ovšem musíme přistoupit k opravě metadat, tak se zpravidla jedná o situaci, kdy se na původním blokovém zařízení začaly objevovat chyby. Proto je vysoce žádoucí v takovém případě zavčas celý pool přesunout na nový fyzický disk. V případě, že se metadata nepodaří obnovit, budou všechna data z poolu v háji!.