Centos8中通过VDO来优化存储空间

Virtual Data Optimizer(VDO)技术以去重压缩和精简配置的方式为linux提供内联数据精简。当构建一个VDO卷以及规划逻辑存储量时需要指定要在其上设置的块设备。部署VDO可以为块设备和文件访问以及本地和远程存储提供去重的存储。由于VDO使用去重的存储作为标准的linux块设备，你可以将其用于标准文件系统iSCSI和FC目标驱动程序，或统一存储。

VDO由两个内核模块和两个命令组成：

由下面两个内核模块组成：

• kvdo – 该模块加载到设备管理器层，提供用于重复数据删除的块存储卷。
• uds – 该模块负责与VDO磁盘上的通用的重复数据删除索引进行通信。

包括两个命令行工具：

• vdo – 用于创建，删除，启动和停止VDO卷，以及执行其他配置操作。
• vdostats – 用于报告VDO卷的各个方面，包括有效的减少和物理卷的利用率。

系统环境

Centos8

安装VDO

下面命令安装vdo和相关依赖，安装完成之后重启系统：

[root@localhost ~]# yum -y install vdo
[root@localhost ~]# reboot

创建一个VDO设备

确保有一个空余磁盘或分区可供VDO使用。尽管可以在LVM逻辑卷上面创建VDO卷，但是重新引导系统时会出现引导顺序问题。所以再裸盘上面创建vdo卷之后在它之上创建LVM逻辑卷。 下面使用一块20GB的磁盘，/dev/sda做vdo卷 下面创建vdo卷：

[root@localhost ~]# vdo create --name=vdolvm --device /dev/sda --vdoLogicalSize 60G --writePolicy async
Creating VDO vdolvm
     The VDO volume can address 16 GB in 8 data slabs, each 2 GB.
     It can grow to address at most 16 TB of physical storage in 8192 slabs.
     If a larger maximum size might be needed, use bigger slabs.
Starting VDO vdolvm
Starting compression on VDO vdolvm
VDO instance 0 volume is ready at /dev/mapper/vdolvm

下面分解一下命令，看看所使用的选项：

• –device – 指定在哪个硬盘上创建vdo卷
• –vdoLogicalSize – 这里我们指定了容量大小为60G，比我们实际磁盘20G大了许多。假设我们将从重复数据删除中至少得到3:1的减少，对于大多数的数据，这是相当保守的，但如果你的数据没有很多重复的，那么比率应该是不同的。日志文件和其他纯文本文件通常可以很好地进行重复数据删除，可能会得到10:1甚至更高的重复数据删除率。但是二进制文件，如视频、音频或压缩包，将远远低于3:1，甚至在某些情况下1:1。这种情况下不建议使用vdo卷。
• –writePolicy – vdo有三种写策略：sync:只有在数据写入物理设备后，才会确认对VDO卷的写入。async:在数据写入缓存后被确认。如果在设备故障或掉电之前没有刷新缓存，可能会导致数据丢失。auto:在这种默认模式下，VDO将检查存储设备并确定它是否支持刷新。如果是这样，VDO将使用异步模式。如果没有，它将使用同步模式。

查看新建VDO卷相关的信息

正如我们在上一步的输出中看到的，VDO创建了一个名为/dev/mapper/vdolvm的新dm设备。当我们创建lvm卷组时，这就是我们将要使用的设备。

[root@localhost ~]# ll /dev/mapper/vdolvm
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar  4 13:31 /dev/mapper/vdolvm -> ../dm-2

让我们看看使用vdostats可以获得有关vdo卷的什么样的信息：

[root@localhost ~]# vdostats --hu
Device                    Size      Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdolvm       20.0G      4.0G     16.0G  20%           N/A

由于我们尚未将任何数据写入该卷，因此Space saving%字段为N/A。稍后我们将写一些数据时，在此处看到更多有用的信息。

可以看到上图中，我们还没有写任何数据，但是已经有4GB，20％的空间正在使用中了！这是因为“通用重复数据删除索引”已被写入磁盘。这基本上是一个数据库，用于记录slab指纹及其位置。这就是使重复数据删除成为可能的原因。

将VDO卷作为普通磁盘设备进行设置

现在我们已经创建了VDO设备，我们可以对其进行分区并格式化，或者在这个vod卷上面创建lvm逻辑卷。下面我们创建逻辑卷：

# 创建物理卷
[root@localhost ~]# pvcreate /dev/mapper/vdolvm
 Physical volume "/dev/mapper/vdolvm" successfully created.
# 创建卷组vdo_vg
[root@localhost ~]# vgcreate vdo_vg /dev/mapper/vdolvm
 Volume group "vdo_vg" successfully created
# 查看vdo_vg卷组的信息
[root@localhost ~]# vgdisplay vdo_vg
 --- Volume group ---
 VG Name               vdo_vg
 System ID            
 Format                lvm2
 Metadata Areas        1
 Metadata Sequence No  1
 VG Access             read/write
 VG Status             resizable
 MAX LV                0
 Cur LV                0
 Open LV               0
 Max PV                0
 Cur PV                1
 Act PV                1
 VG Size               

从上面可以看到，lvm认为我们的基础磁盘为120GB，尽管我们知道它只有40GB。由于LVM不知道VDO后端磁盘的大小。 现在，让我们创建几个逻辑卷吧：

[root@localhost ~]# lvcreate -n vdo_lv01 -L 15G vdo_vg
[root@localhost ~]# lvcreate -L 15G -n vdo_lv02 vdo_vg
[root@localhost ~]# lvcreate -L 15G -n vdo_lv03 vdo_vg
# 查看创建好的逻辑卷
[root@localhost ~]# lvs -o +devices

创建挂载点并挂载文件系统

通常，创建文件系统后，它将在设备上运行Trim操作。使用VDO时，这不是理想的选择，因为磁盘容量是按需分配的。因此，我们要告诉mkfs在文件系统创建过程中不要丢弃块。对于XFS，请使用-K选项。对于EXT4，请使用-E nodiscard。下面使用了一个for循环，将三个逻辑卷格式化为XFS文件系统：

[root@localhost ~]# for i in `seq 1 3`; do mkfs.xfs -K /dev/vdo_vg/vdo_lv0$i ; done
meta-data=/dev/vdo_vg/vdo_lv01   isize=512    agcount=4, agsize=983040 blks
        =                       sectsz=4096  attr=2, projid32bit=1
        =                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
        =                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=3932160, imaxpct=25
        =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
        =                       sectsz=4096  sunit=1 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
meta-data=/dev/vdo_vg/vdo_lv02   isize=512    agcount=4, agsize=983040 blks
        =                       sectsz=4096  attr=2, projid32bit=1
        =                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
        =                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=3932160, imaxpct=25
        =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
        =                       sectsz=4096  sunit=1 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
meta-data=/dev/vdo_vg/vdo_lv03   isize=512    agcount=4, agsize=983040 blks
        =                       sectsz=4096  attr=2, projid32bit=1
        =                       crc=1        finobt=1, sparse=1, rmapbt=0
        =                       reflink=1
data     =                       bsize=4096   blocks=3932160, imaxpct=25
        =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0, ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
        =                       sectsz=4096  sunit=1 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

当我们将新文件系统挂载到挂载点时，我们要告诉XFS放弃块，因为这将大大加快文件删除的速度。

[root@localhost ~]# mkdir -p /data/{01..03}
[root@localhost ~]# for i in `seq 1 3`; do mount -o discard /dev/vdo_vg/vdo_lv0$i /data/0$i; done

现在，我们向设备写入了少量数据，我们可以再次检查VDO卷以查看情况是否已更改。

[root@localhost ~]# vdostats --hu
Device                    Size      Used Available Use% Space saving%
/dev/mapper/vdolvm       20.0G      4.0G     16.0G  20%           86%

设置为开机启动

下面将三个逻辑卷设置为开机启动，需要在fstab文件中添加x-systemd.device-timeout=0和x-systemd.requires=vdo.service。

使用blkid查看这三个逻辑卷的UUID。 使用上面获取到的UUID，添加在/etc/fstab文件中：

[root@localhost systemd]# vim /etc/fstab

UUID="bd2c1c61-4656-4065-b5a0-3ca53ef0f949" /data/01  xfs  defaults,x-systemd.device-timeout=0,x-systemd.requires=vdo.service 0 0
UUID="1e53579b-f1da-4f77-80e6-d61a40515525" /data/02  xfs  defaults,x-systemd.device-timeout=0,x-systemd.requires=vdo.service 0 0
UUID="d41bf7e2-bf75-4db7-b323-a923375f6a6e" /data/03  xfs  defaults,x-systemd.device-timeout=0,x-systemd.requires=vdo.service 0 0

总结

虚拟数据优化器（VDO）是一种块虚拟化技术，可提供透明的数据重复删除功能。通过消除冗余的数据块，VDO可以大大减少实际使用的磁盘容量。

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