openstack镜像区分

openstack开源社区中目前支持的镜像种类繁多

例如：

微信截图_20200601143123.png

众多的镜像中，目前采用相对较多的为qcow2和raw。
因此，本文就对qcow2和raw两种格式的镜像进行针对性的分析。

一、qcow2格式

qcow2格式镜像属于QEMU模拟器支持的一种磁盘镜像。它同时是可以用一个文件形式来表示固定大小的块设备磁盘。
相对来说，
1、更小的空间占用，即使文件系统不支持空洞(holes)；
2、支持写时拷贝（COW, copy-on-write），镜像文件只反映底层磁盘的变化；
3、支持快照（snapshot），镜像文件能够包含多个快照的历史；
4、可选择基于 zlib 的压缩方式
5、可以选择 AES 加密

此外，每个qcow2文件基本上都是以大端（big-endian）格式的头开始，结构如下：

1、qcow2-Header

 typedef struct QCowHeader {
      uint32_t magic;
      uint32_t version;

      uint64_t backing_file_offset;
      uint32_t backing_file_size;

      uint32_t cluster_bits;
      uint64_t size; /* in bytes */
      uint32_t crypt_method;

      uint32_t l1_size;
      uint64_t l1_table_offset;

      uint64_t refcount_table_offset;
      uint32_t refcount_table_clusters;

      uint32_t nb_snapshots;
      uint64_t snapshots_offset;
  } QcowHeader;

2、qcow2文件16进制表达

[root@centos-kvm test_qcow2_raw]# hexdump -x test.qcow2
0000000    4651    fb49    0000    0300    0000    0000    0000    0000
0000010    0000    0000    0000    1000    0000    0200    0080    0000
0000020    0000    0000    0000    1400    0000    0000    0300    0000
0000030    0000    0000    0100    0000    0000    0100    0000    0000
0000040    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000
*
0000060    0000    0400    0000    6800    0000    0000    0000    0000
0000070    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000
*
0010000    0000    0000    0200    0000    0000    0000    0000    0000
0010010    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000
*
0020000    0100    0100    0100    0100    0000    0000    0000    0000
0020010    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000    0000
*
0030200

接下来的 4 个比特包含了该镜像文件的版本号，实例中的 0000 0002 是 version 字段，代表使用的是 qcow2 版本。
backing_file_offset 占用 8 个字节，实例中 0000 0000 0000 0000，给出一个从某个文件开始偏移量。
backing_file_size 给出了一个不以 null 结尾的字符串的长度，实例中为 0000 0000。如果这个镜像文件是一个写时拷贝的，那么它是原始文件的路径。
cluster_bits，32 位（0000 0010），描述了如何映射一个镜像的地址到一个本地文件，它决定了在一个 cluster 中，偏移地址的低位是如何作为索引的。因为 L2 表占用了一个单独的 cluster 并且包含 8 字节的表项（entry），所以 cluster_bits 只有不足 3 个位，作为 L2 表的索引。
接下来的 size ，8 字节代表了该镜像文件所表示的块设备的大小，实例中为 0000 0002 8000 0000 字节，也就是 10G 的空间。
crypt_method 如果为 1 代表使用 AES 加密。
l1_size（0000 0014）和 l1_table_offset（0000 0000 0003 0000::）分别给出了 L1 表大小和偏移量。
refcount_table_offset 给出 refcount 表的偏移量（0000 0000 0001 0000）而 refcount_table_clusters 描述了以 cluster 为单位的 refcount 表的大小（0000 0001）。
nb_snapshots 给出了该镜像包含的快照数量（0000 0000）， snapshots_offset 给出每个快照到 QCowSnapshotHeader 的偏移量（0000 0000 0000 0000）。
一个典型的 qcow2 镜像文件包含一下几部分：

上文中提到的头部信息
L1 表
refcount 表
一个或者多个 refcount 块
快照头
L2 表
数据 cluster

2 级查找

在 qcow2 中，磁盘的内容是保存在 cluster 中（每个 cluster 包含一些大小为 512 字节的扇区）。为了找到给定地址所在的 cluster，我们需要查找两张表，L1->L2。L1 表保存一组到 L2 表的偏移量，L2 表保存一组到 cluster 的偏移量；
所以一个地址要根据 cluster_bits（64 位）的设置分成 3 部分，比如说 cluster_bits=12；
低 12 位是一个 4Kb cluster 的偏移（2 的 12 次方=4Kb）；
接下来 9 位是包含 512 个表项目的 L2 表；
剩下 43 位的代表 L1 表偏移量。
为了获取一个给定地址（64 位）的偏移位置：

从 Head 域中的 l1_table_offset 取得 L1 表的地址
用前（64-l2_bits-cluster_bits）位地址去索引 L1 表
在 L1 表中的偏移量获得 L2 表的地址
用地址中的接下来的 l2_bits 去索引 L2 表，获得一个 64 位的表项
用 L2 表中的偏移量获得 cluster 的地址
用地址中剩下的 cluster_bits 位去索引该 cluster，获得该数据块
如果 L1 表和 L2 表中的偏移量都是空，这块区域就尚未被镜像文件分配。
注意 L1 表和 L2 表中的偏移量的前两位被保留，用做表示'copied' 或'compressed'。

Copy-on-Write 镜像文件

qcow2 镜像可以用来保存另一个镜像文件的变化，它并不去修改原始镜像文件，只记录与原始镜像文件的不同即可，这种镜像文件就叫做 copy-on-write 镜像。虽然是一个单独的文件，但它的大部分的数据都来自原始镜像，只有跟原始镜像文件相比有变化的 cluster 才会被记录下来。
这很容易去实现，在头部信息中记录原始文件路径即可。当需要从一个 copy-on-write 镜像文件中读取一个 cluster 的时候，首先检查这块区域是否已经在该镜像文件中被分配，如果没有就从原始文件读取。

快照

快照有些类似 Copy-On-Write 文件，但区别是快照是一个可写的。快照就是原始文件本身（内部快照）。它既包含做快照之前的原始文件部分，它本身也包含可写的部分。
每一个快照都包含如下的头部结构：
清单 3. qcow2 快照 Header

typedef struct QCowSnapshotHeader {
      /* header is 8 byte aligned */
      uint64_t l1_table_offset;

      uint32_t l1_size;
      uint16_t id_str_size;
      uint16_t name_size;

      uint32_t date_sec;
      uint32_t date_nsec;

      uint64_t vm_clock_nsec;

      uint32_t vm_state_size;
      uint32_t extra_data_size; /* for extension */
      /* extra data follows */
      /* id_str follows */
      /* name follows  */
  } QcowSnapshotHeader;

qcow2 的其他特性

qcow2 支持压缩，它允许每个簇（cluster）单独使用 zlib 压缩。它也支持使用 128 位的 AES 密钥进行加密。

创建 qcow2 和 raw 文件以及两种镜像的对比

使用 QEMU 软件包自带的 qemu-img 软件创建 qcow2 文件。

清单 4. 创建 qcow2 和 raw 文件

$ qemu-img create -f qcow2 test.qcow2 10G
Formatting 'test.qcow2', fmt=qcow2 size=10737418240 encryption=off cluster_size=65536 lazy_refcounts=off

$ qemu-img create -f raw test.raw 10G
Formatting 'test.raw', fmt=raw size=10737418240

对比两种格式的文件的实际大小以及占用空间大小如下：

清单 5. qcow2 和 raw 文件占用空间情况对比

$ ll -sh test.* 200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:29 test.qcow2 0 -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong  10G 5 月   6 10:28 test.raw

[qiaoliyong@localhost ]$ stat test.raw
  文件："test.raw" 大小：10737418240    块：0          IO 块：4096 普通文件

[qiaoliyong@localhost ]$ stat test.qcow2
  文件："test.qcow2" 大小：197120        块：400        IO 块：4096   普通文件

从对比中可以看出 qcow 格式的镜像文件大小位 197120 字节，占用空间为 200K，占用了 200 块磁盘空间。而 raw 格式的文件则没有占用磁盘空间，它是一个空洞文件。

Raw 格式与 qcow2 转化

QEMU 软件包里面提供的 qemu-img 工具可用于 image 镜像一些常用操作。
将 raw 格式转化为 qcow2 格式的文件命令如下：

qemu-img convert -f raw -O qcow2 test.raw test.raw.qcow2
[qiaoliyong@localhost kimchi]$ ll -sh test.*
200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:29 test.qcow2
   0 -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong  10G 5 月   6 10:28 test.raw
200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:44 test.raw.qcow2

两种格式文件的性能比较
表 1. 使用 ide 作为虚拟磁盘的驱动的三种镜像格式性能对比

cache =	off	writethrough	writeback
Old qcow2 (0.10.5)	16:52 min	28:58 min	6:02 min
New qcow2 (0.11.0-rc1)	5:44 min	9:18 min	6:11 min
raw	5:41 min	7:24 min	6:03 min

表 2. 使用 virtio 作为虚拟磁盘的驱动的三种镜像格式性能对比

cache =	off	writeback
Old qcow2 (0.10.5)	31:09 min	8:00 min
New qcow2 (0.11.0-rc1)	18:35 min	8:41 min
raw	8:48 min	7:51 min

小结

本文着重介绍了 QEMU 虚拟机使用的镜像文件 qcow2 的格式以及特性，并与 raw 格式镜像做了对比。qcow2 格式的文件虽然在性能上比rRaw 格式的有一些损失（主要体现在对于文件增量上，qcow2 格式的文件为了分配 cluster 多花费了一些时间），但是 qcow2 格式的镜像比 Raw 格式文件更小，只有在虚拟机实际占用了磁盘空间时，其文件才会增长，能方便的减少迁移花费的流量，更适用于云计算系统，同时，它还具有加密，压缩，以及快照等 raw 格式不具有的功能。
来自于：https://www.cnblogs.com/howardgoogle/p/7325237.html