存储知识拾遗：LVM && Device Mapper
GrissomFI约 5 分钟微信公众号的推送文章不再按发布时间顺序排列，部分读者或许会受此影响，无法及时收到“原力注入”的推送文章。如果大家对本公众号的内容感兴趣，请将原力注入公众号设为“星标”。
Device Mapper 回顾
Device Mapper 是由 Linux 内核提供的一个框架，用于将物理块设备映射到更高级别的虚拟块设备。它是逻辑卷管理器（LVM）、软件 RAID 和 dm-crypt 磁盘加密的基础，并提供了其他功能，如文件系统快照。
Device Mapper 通过将数据从虚拟块设备（由 Device Mapper 本身提供）传递到另一个块设备来工作。数据在传输过程中还可以被修改。例如，在进行磁盘加密时，数据会在传输过程中进行加密；又如在模拟不可靠硬件行为时，数据可能会发生故障或丢失。
Device Mapper 的关键概念
Device Mapper 自 Linux 2.6 被引入，成为 Linux 系统中最重要的技术之一。它为内核提供了一种通用的逻辑卷管理机制，并为存储资源管理提供了块设备驱动的高度模块化架构。
Device Mapper 包含三个重要的概念：
1. Mapped Device
• 定义：Mapped Device 是一个逻辑抽象，可以理解为内核向外提供的逻辑设备。它通过 Mapping Table 描述的映射关系与物理设备建立联系。
• 功能：Mapped Device 为用户空间提供了一个虚拟设备，隐藏了物理设备的细节，并通过映射关系将其与实际的物理设备或其他虚拟设备相关联。
2. Mapping Table
• 定义：Mapping Table 是描述 Mapped Device 到 Target Device 的映射关系的表格。它定义了虚拟设备的逻辑块和物理设备的物理块之间的映射规则。
• 功能：通过 Mapping Table，内核可以知道如何将对 Mapped Device 的 I/O 操作转换为对 Target Device 的操作。这使得内核能够灵活地管理存储设备和文件系统。
3. Target Device
• 定义：Target Device 是 Mapped Device 映射到的实际物理设备或设备的逻辑表示。
• 功能：它是实际存储数据的设备或设备的部分。对于 Mapped Device 来说，Target Device 就是其映射的物理设备或存储空间段。
通过这三个核心概念，Device Mapper 提供了一种高效、灵活的方式来映射和管理存储设备。它通过虚拟化的方式，让用户和应用可以透明地管理不同类型的物理设备，同时在内核层面提供了对这些设备的统一访问接口。
Device Mapper 中的三个对象与 Target Driver 插件一起构成了一个可迭代的设备树。在这个树形结构中，顶层的根节点是最终作为逻辑设备对外提供的 Mapped Device，而叶子节点是表示底层物理设备的 Target Device。最简单的设备树由单个 Mapped Device 和对应的 Target Device 组成。
在 Device Mapper 中，一个 Mapped Device 可以映射到一个或多个 Target Device，而一个 Mapped Device 还可以作为上层 Mapped Device 的 Target Device 被使用。这个层次结构在理论上可以无限递归，因此 Device Mapper 架构可以支持深层次的设备映射和层级关系，灵活地组合和管理各种存储设备。
主要映射目标
| 映射目标 | 功能 | 应用场景 |
| cache | 允许使用 SSD 作为 HDD 的缓存，创建混合存储卷。 | 提升存储性能，常用于提高磁盘 I/O 的响应速度。 |
| clone | 在数据传输未完成之前允许使用目标设备。 | 当设备复制或迁移期间需要访问数据时使用。 |
| crypt | 提供磁盘加密功能，使用 Linux 内核的 Crypto API。 | 加密存储设备和文件系统，保护敏感数据。 |
| delay | 延迟读取和/或写入操作，通常用于测试。 | 模拟网络延迟或硬件故障，测试容错能力。 |
| era | 类似线性映射，跟踪在用户定义时间段内写入的块。 | 数据恢复、分析，查看某段时间内的数据更改。 |
| error | 模拟所有映射块的 I/O 错误。 | 测试和调试，模拟磁盘损坏或其他硬件故障。 |
| flakey | 模拟周期性的不可预知的行为，例如断电、硬件故障等。 | 测试系统对不稳定设备的反应。 |
| linear | 将连续块范围映射到另一个块设备。 | 实现简单的块设备映射，合并多个硬盘或分区为一个虚拟设备。 |
| mirror | 创建一个镜像逻辑设备，提供数据冗余。 | 在 RAID 1 中创建数据镜像，确保数据的高可用性。 |
| multipath | 支持多路径设备的映射，使用路径组。 | 用于高可用性和冗余存储，确保数据路径的故障容错。 |
| raid | 提供与 Linux 内核软件 RAID 驱动程序（md）的接口。 | 创建 RAID 阵列，提高存储性能和冗余。 |
| snapshot | 用于创建 LVM 快照，支持写时复制（COW）。 | 提供增量备份，灾难恢复和版本控制。 |
| striped | 将数据条带化分布到多个物理设备上，设置条带数量和块大小。 | 提升磁盘读写性能，常用于 RAID 0 配置。 |
| thin | 创建比物理设备更大的虚拟设备，物理空间仅在写入时分配。 | 节省存储空间，支持逻辑卷超出实际物理容量。 |
| zero | 类似 /dev/zero，所有读取操作返回零块，写入会被丢弃。 | 用于测试或模拟虚拟设备，创建空设备。 |
Device Mapper 应用场景
• LVM（逻辑卷管理）：Device Mapper 是 LVM 的核心，提供了更灵活的磁盘管理功能，包括卷扩展、缩减、快照等。
• RAID：通过
raid目标，Device Mapper 可以实现软件 RAID 功能，支持多种 RAID 等级。• 磁盘加密：使用
crypt目标，Device Mapper 可以实现对磁盘或文件系统的加密，确保数据的安全性。• 容灾与数据恢复：通过
snapshot和mirror目标，Device Mapper 提供了高可用性和数据恢复方案。• 性能优化：使用
cache和striped目标，可以通过优化存储系统的访问方式来提高性能。• 故障模拟与测试：通过
error、flakey和delay等目标，Device Mapper 可用于测试系统的容错能力。
LVM 回顾
存储进阶笔记（二）：Linux 存储栈：从 Device Mapper、LVM 到文件系统（2024）
近日赵亚楠发表了一篇《存储进阶笔记（二）：Linux 存储栈：从 Device Mapper、LVM 到文件系统（2024）》，里面的一张图非常好，推荐给大家。原文：
https://arthurchiao.art/blog/storage-advanced-notes-2-zh/。