大话存储系列0——LUN 与 LVM 名词解释

在看这篇文章之前，请先参考我的博客：http://blog.csdn.net/cymm_liu/article/details/8656154 

中的第4部分：逻辑卷管理，摘录如下：

逻辑卷一旦创建，之后就无法改变，如果开始的时候划分了100G的逻辑盘，但是两年之后，空间使用快满了，但是又不能放到别的磁盘(逻辑盘)，因为受上层文件系统的限制，一个文件不可能跨越多个分区来存放。更别提多个磁盘了。如果一个文件超过了这100G，那就死路一条了。。

所以必须有一种机制，在一个逻辑磁盘空间满了的时候，可以轻易的添加空间，而不让原来的数据受到损害，如果在RAID控制器那一层去划分，对于实现来说，不容易。所以，我们考虑把RAID控制器提交给OS的逻辑磁盘（OS会认为是物理磁盘），重现加以组织，再分配。这就是VM（Volume Manger）卷管理。

通过使用Linux的逻辑卷管理器(Logical Volume Manager, LVM)，用户可以在系统运行时动态调整文件系统的大小，把数据从一块硬盘重定位到另一块硬盘，也可以提高I/O操作的性能，以及提供冗余保护，它的快照功能允许用户对逻辑卷进行实时的备份。

对一般用户来讲，使用最多的是动态调整文件系统大小的功能。这样，你在分区时就不必为如何设置分区的大小而烦恼，只要在硬盘中预留出部分空闲空间，然后根据系统的使用情况，动态调整分区大小。

再深入介绍逻辑卷管理之前，我们先了解如下概念：

• 物理卷(Physical Volume, PV)：LVM是操作系统识别到的物理磁盘(或者RAID提交的逻辑磁盘LUN)改了个叫法，叫物理卷， 物理卷可以是一个磁盘，也可以是磁盘中的一个分区。它为LVM提供了存储介质。

• 逻辑卷组(Logical Volume Group, LVG)：多个PV可以被逻辑的放到一个VG中，逻辑卷组是一个虚拟的打存储空间，逻辑上是连续的，它可以由多块PV组成，此时VG会将所有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。在一个VG上可以创建多个逻辑卷(LV)。

• 物理区块(Physical Partion)：它是在逻辑上再将一个VG分割成连续的小块（注意，是逻辑上的分割，而不是物理上） ，也就是说LVM会记录每个PP的大小(具体有几个扇区组成啊)，还会记录PP的序号偏移。这样就相当于在VG这个大池中顺序切割，比如我们假设一个PP的大小是4MB，那么由之前的知识知道一个扇区是512B,所以4MB/512B =8192 个扇区。  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本身是经过RAID控制器虚拟化形成的虚拟盘（LUN），那么这些扇区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。

• 逻辑区块（logical Partition）：PP可以再次组成LP，逻辑区块是比较难理解的，一个LP可以对应一个PP，也可以对应多个PP。前者对应前后没有什么区别，而后者，又分为两种情况：一种为多个PP，组成一个大的LP,像是RAID0一样；另一种是一个LP对应几份PP，这几份PP没一份内容都一样，类似于RAID1，对个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。

• 逻辑卷(Logical Volume, LV)： 若干LP再经过连续组合成LV,也就是LVM所提供的最终可用来存储数据的单位。生产逻辑卷，在主机看来还是和普通磁盘一样，对其进行分区，格式化等。每个逻辑分区上都可以创建具体的文件系统。

LVM看起来很复杂，其实操作起来很简单，我们理一下思路，首先创建PV（真实或者RAID提供的LUN）——> 将PV加入VG ——> 在VG中创建LV  ——> 然后格式化这个LV，当成普通硬盘来使用。 

新插入一个逻辑层，对单个硬盘的读写会有一定的性能损失，但其带来的好处是巨大的。首先，逻辑分区大小不再受硬盘实际大小的限制，它可以扩展到几块硬盘上；其次，逻辑分区可以很方便的做调整大小、备份等维护操作；而且，如果系统中存在多块硬盘，通过设置逻辑卷到物理卷的映射关系(采用LVM striped mapping)，可以提高I/O的读写性能，因为此时的读写是在多块硬盘上并发进行的，比对单个硬盘的读写显然要快很多。

下面是一个LVM使用的例子： 

更多逻辑卷管理的资料参照博客：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-lvm2/index.html

看完上面这些，对lun和LVM应该能很清晰的认识了，下面我们继续总结下：

lun 是指硬件层分出的逻辑盘，如raid卡可以将做好的400G的raid5再分成若干个逻辑盘，以便于使用，每一个逻辑盘对应一个lun号，OS层仍把这些逻辑盘看做是物理盘。（lun最早出自scsi，后来引申到所有硬件层划分的逻辑盘）

卷  是软件层分成的逻辑分区，如LVM的逻辑卷LV对于OS层来说就是一个分区（可以格式化成一种文件系统，挂载到某个目录下），只是逻辑卷的大小是可以扩展的，而且一个逻辑卷可能是由多个物理硬盘组成。本质上LVM是一个软件，介于OS与磁盘驱动程序之间。

        LUN是英文 Logical unit number的缩写，即逻辑单元号，它是在SCSI-3中定义的，并非单用于存储范畴，也可以指使用SCSI协议的一切外围设备，如磁带机、SCSI打印机等等。

         从SCSI-3的SAM模型中我们知道，SCSI-3（或者之后的版本）的协议层规定，对于16位宽的SCSI总线，其寻址范围只有16个，即只能挂载16个外围设备，每个设备称为一个target。

         为了提高总线的寻址能力，于是又引入了一层，它规定在每个target上，还可以虚拟（也可以实际连接）出多个设备，例如某个target上可能接了一个磁带机，一个打印机，他们共用一个target地址，但为了区分他们，于是就用LUN加以区别，磁带机假设为LUN0，打印机假设为LUN2，这样就解决了多设备的寻址问题。这是实际设备连接的例子，存储阵列是最好的虚拟设备的例子。一个存储阵列在SCSI总线看来是一个Target，占用一个SCSI的Target地址，但存储阵列的存储空间太大，我们需要将其分成不同的部分，以供不同的应用，达到集中存储，集中管理的目的。分割出来的每部分存储我们就用Lun来区别，如LUN1代表地址块0-1023，LUN2代表地址块1024-65535等等。

           从上面可以看出，计算机在使用SCSI标准（注意我这里用的标准一词，代表了统含SAM模型中的4层，而并不使用接口，协议或者命令等词语）接外挂存储时，使用的是总线（BUS）-目标（Target）-LUN三元寻址方案，总线指的是你的计算机上有几条SCSI总线，有几块SCSI卡？目标指的是在该总线上，设备的目标地址即常说的SCSI地址是多少？LUN指的是设备在一个Target上分配的逻辑地址，逻辑单元号。这种寻址方案和设备的连接方式，类似于物理上星形连接，逻辑上总线连接的一种网络拓扑。

    那么什么又是存储卷呢？这要从存储的卷管理器说起。存储卷管理器是操作系统中的一个对象，他主要负责存储块设备的在线管理。当我们的一个存储LUN接入计算机后，计算机发现这个设备的存在，就需要在卷管理器上注册，卷管理器为存储卷提供注册的虚拟接口，获取存储LUN的基础信息，如空间大小，三元地址，块大小，起止地址，健康情况等，再为其创建一个对应的数据结构的抽象，这样计算机通过卷管理器，就能够动态的扑捉被注册的存储LUN的实时信息，实现动态管理。一个存储LUN被卷管理器进行注册抽象之后，就被卷管理器认为是一个可被鱼肉的直接下属，它可以再次被分割成更小区域，当然也可以不分割，再对分割后或者没分割后的存储空间进行数据抽象，建立相关的数据结构，供文件系统层调用。

     因此，存储LUN和卷在物理上可能是同一个东西，只是从不同的角度，不同的层次去看它，去理解它。当然，对计算机来说，这些不同确实数据处理过程的需要，也有必要弄清楚的。