虚拟磁盘和卷管理

　　RAID组的再划分

　　实际中，如果用5块100GB的磁盘做了一个RAID5，那么实际数据空间是400GB，剩下100GB是校验空间。如果将这400GB虚拟成一块盘，不够灵活，如果OS不需要那么大的磁盘呢。所以需要再次划分这400GB的空间，比如划分成4块100GB的逻辑磁盘，虽然容量也是100GB，但是不同于物理盘，向逻辑盘写一个数据会被RAID计算，而有可能写向多块物理盘，这样就提升了性能，同时也得到保护，纵使RAID组中坏掉一块盘，操作系统也不会感知到，它看到的仍然是100GB的磁盘。

　　同一通道中可以存在多种类型的RAID组

　　假设总线上连接有8块100GB的磁盘，我们可以利用其中的5块磁盘来做一个RAID 5，而后再利用剩余的3块磁盘来做一个RAID 0，这样，RAID 5的可用数据空间为400GB，校验空间为100GB，RAID 0的可用数据空间为300GB。而后，RAID 5和RAID 0各自的可用空间，又可以根据上层OS的需求，再次划分为更小的逻辑磁盘。

　　操作系统如何看待逻辑磁盘

　　目前各种RAID卡都可以划分逻辑盘，逻辑盘大小任意设置。每个逻辑盘对于OS来说都认成一块单独的物理磁盘。逻辑盘和分区不一样，分区是OS在一块物理磁盘（或逻辑磁盘）上做的再次划分。而RAID卡提供给OS的，任何时候，都是一块或者几块逻辑盘，也就是OS认成的物理磁盘。而OS在这个磁盘上，还可以进行分区、格式化等操作。

　　RAID控制器如何管理逻辑磁盘

　　RAID卡对磁盘进行再次划分，需要在每块磁盘上保留一个区域，专门记录逻辑盘的划分信息、RAID类型以及组内的其他磁盘信息等，这些信息统称为RAID信息。不同厂家、不同品牌的产品实现起来不一样，SNIA委员会为了统一RAID信息的格式，专门定义了一种叫做DDF的标准。

　　RAID卡可以针对总线上的某几块磁盘做一种RAID类型，然后针对另外的几块磁盘做另一种RAID类型。一种RAID类型中包含的磁盘共同组成一个RAID Group，简称RG。逻辑盘就是从这个RG中划分出来的，原则上逻辑盘不能跨RG来划分，就是说不能让一个逻辑盘的一部分处于一个RG，另一部分处于另一个RG。因为RG的RAID类型不一样，其性能也就不一样，如果同一块逻辑盘中出现两种性能，对上层应用来说不是件好事，如果速度可能会忽快忽慢等。

　　卷管理层

　　卷管理器（Volume Manager，VM）是基于OS层面，将OS识别到的物理磁盘（可以是真正的物理磁盘，也可以是经过RAID卡虚拟化的逻辑磁盘）进行组合，并再次分配的软件。

　　PV：LVM将操作系统识别到的物理磁盘（或者RAID控制器提交的逻辑磁盘）改了个叫法，叫做Physical Volume，即物理卷。

　　VG：多个PV可以被逻辑地放到一个VG中，也就是Volume Group卷组。VG是一个虚拟的大存储空间，逻辑上是连续的，尽管它可以由多块PV组成，但是VG会将所有的PV首尾相连，组成一个逻辑上连续编址的大存储池，这就是VG。

　　PP：也就是Physical Partition（物理区块）。它是在逻辑上再将一个VG分割成连续的小块。LVM会记录PP的大小（由几个扇区组成）和PP序号的偏移。这样就相当于在VG这个大池中顺序切割，如果设定一个PP大小为4M，那么这个PP就会包含8192个实际物理磁盘上的扇区。如果PV是实际的一块物理磁盘，那么这些扇区就是连续的。如果PV本身是已经经过RAID控制器虚拟化而成的一个LUN，那么这些扇区很有可能位于若干条带中，也就是说这8192个扇区物理上不一定连续。

　　LP：PP可以再次组成LP，即Logical Partition（逻辑区块）。逻辑区块是比较难例解的，一个LP可以对应一个或多个PP。前者对应前后没什么区别，后者又分两种情况：一种为多个PP组成一个大LP，像RAID 0一样；另一种是一个LP对应几份PP，这几份PP每一份内容都一样，类似于RAID 1，多个PP内容互为镜像，然后用一个LP来代表它们，往这个LP写数据，也就同时写入了这个LP对应的几份PP中。

　　LV：若干LP再经过连续组合组成LV（Logical VoLUNme，即逻辑卷），也就是LVM所提供的最终可用来存储数据的单位。生成的逻辑卷，在主机看来还是和普通磁盘一样，可以对其进行分区、格式化等。

　　卷管理软件就是运行在OS操作系统磁盘控制器驱动程序之上的一层软件程序，它的作用就是实现RAID卡硬件管理磁盘空间所实现不了的灵活功能，比如随时扩容。卷管理软件对待由RAID卡提交的逻辑盘（OS识别成物理磁盘）和切切实实的物理盘的方法是一模一样的。也就是说不管最底层是单物理盘，还是由RAID控制器提交的逻辑磁盘，只要OS认为它是一块物理盘，那么卷管理器就可以对它进行卷管理。

　　卷管理软件首先将物理盘或RAID提交的逻辑盘进行物理卷划分（PV划分），然后将若干物理卷（PV）组成卷组（VG），然后对卷组配置最小分配单位，即物理分区（PP）或逻辑分区（LP），然后在卷组空间中再次划分逻辑卷（LV）。也就是说，卷组是所有逻辑卷的划分空间，卷管理软件把所有磁盘抽象成各个卷组空间，在卷组空间内进行逻辑卷划分，而物理分区是对逻辑卷进行数据存储的最小操作单位，类似于扇区对于磁盘。

 

　　低级VM和高级VM

　　分区管理可以看做是一种最简单的卷管理方式，它比LVM要低级。分区是将一块物理盘抽象成一个仓库，然后将这个仓库划分成一区和二区等分区。

 

　　把一个大的磁盘划分成小的分区，有两种方式：

　　1、用低级VM管理软件，比如Windows自带的磁盘管理器，对磁盘进行分区

　　2、用高级VM管理软件，将磁盘做成卷，然后灵活的进行划分逻辑卷。

　　这两种方法都可以达到将一个大的磁盘划分成多个小的分区的效果。不同的是分区管理这种低级的VM管理方式，只能针对单个磁盘进行划分，而高级的VM卷管理软件可以将多个磁盘合并后再划分。

 

　　MBR和VGDA

　　分区信息被保存在分区表中，分区表位于磁盘0磁道0磁头的0号扇区上，也就是LBA1这个地址的扇区上。这个扇区又叫做MBR，即主引导记录。MBR扇区不仅仅保存分区表，它还保存了BIOS跳转时所需要执行的第一句指令代码，所以才叫做主引导记录。BIOS代码都是固定的，它每次必定要执行LBA1扇区上的代码。MBR中除了包含启动指令代码，还包含分区表。通常启动时，程序都会跳转到活动分区去读取代码做OS的启动，所以必须有一个活动分区。这在分区工具中可以设置。

　　高级卷管理软件在划分了逻辑卷之后，一定要记录逻辑卷是怎么划分的，比如LVM就需要记录PV的数量和信息、PP的大小、起始位置及LV的数量和信息等。这些信息都要保存在磁盘上，所以要有一个数据结构来存储。这个数据结构LVM用VGDA来描述。每次启动系统，VM就是通过读取这些数据来判断目前的卷情况并挂载LV的。不管是MBR中的分区表还是VGDA数据结构，一旦这些信息丢失，逻辑卷信息就会丢失，整个系统的数据就不能被访问。

　　低级的VM在给磁盘分区的时候，会更新MBR中的分区表；高级VM做逻辑卷的时候，同样也会更新VGDA中的数据。其实高级VM初始化一组新磁盘的时候，并没有抛弃MBR，因为它们除了写入VGDA信息之外，也要更新MBR扇区中的分区表，将用于启动基本操作系统的代码单独存放到一个小分区中，并标明分区类型为bootable类型，证明这个分区是用于在卷管理模块还没有加载之前启动操作系统的。并将磁盘所有剩余容量划分到一个分区中，并标明这个分区的类型。

　　总之，高级VM没有抛弃MBR分区的解决方案，而是在MBR基础上，又增加了类似VGDA这种更加灵活的数据结构来动态管理磁盘。