转 Nova: 虚机的块设备总结 [Nova Instance Block Device]

和物理机一样，虚拟机包括几个重要的部分：CPU、内存、磁盘设备、网络设备等。本文将简要总结虚机磁盘设备有关知识。

1. Nova boot CLI 中有关虚机块设备的几个参数

nova boot CLI 的完整参数如下：

usage: nova boot [--flavor <flavor>]

                 [--image <image>] //boot from image with id

                 [--image-with <key=value>] //image metadata properties

                 [--boot-volume <volume_id>]

                 [--snapshot <snapshot_id>]

                 [--block-device-mapping <dev-name=mapping>]

                 [--block-device key1=value1[,key2=value2...]]

                 [--swap <swap_size>]

                 [--ephemeral size=<size>[,format=<format>]]

                 [--min-count <number>] [--max-count <number>]

                 [--meta <key=value>] [--key-name <key-name>]

                 [--file <dst-path=src-path>] //文件注入

                 [--user-data <user-data>]

                 [--availability-zone <availability-zone>]

                 [--security-groups <security-groups>]

                 [--hint <key=value>]

                 [--nic <net-id=net-uuid,v4-fixed-ip=ip-addr,v6-fixed-ip=ip-addr,port-id=port-uuid>]

                 [--config-drive <value>] [--poll]

                 <name>

这里面，--boot-volume，--snapshot，--block-device-mapping，--block-device， --swap，--ephemeral 这几个参数都相似的功能。

1.1 --block-device 参数

该参数可以使用下面这些值：

source=image|snapshot|volume|blank
dest=volume|local
id=XXXXXX (a volume|image|snapshot UUID if using source=volume|snapshot|image)
format=swap|ext4|...|none (to format the image/volume/ephemeral file; defaults to 'none' if omitted)
bus=ide|usb|virtio|scsi (hypervisor driver chooses a suitable default if omitted)
device=the desired device name (e.g. /dev/vda, /dev/xda, ...)
type=disk|cdrom|floppy|mmc (defaults to 'disk' if omitted)
bootindex=N (where N is any number >= 0, controls the order in which disks are looked at for booting)
size=NN (where NN is number of GB to create type=emphemeral image, or the size to re-size to for type=glance|cinder)
shutdown=preserve|remove

这里面只有 source 和 id 是必须的，别的都有默认值。比如：

--block-device source=image,dest=volume,id=XXXXXXX,bus=ide,bootindex=2
--block-device source=volume,dest=volume,id=XXXXXXX,bus=ide,type=cdrom,bootdex=1
--block-device source=blank,dest=local,format=swap,size=50,bus=ide,type=floppy

dest 会指定source 的 destination，包括本地的（local）和 Cinder 卷（volume）。

dest	source	说明	shortcut
volume	volume	直接挂载到 compute 节点	当 boot_index = 0 时相当于 --boot-volume <volume_id>
	snapshot	调用 cinder 依据快照创建新卷，挂载到compute节点	当 boot_index = 0 时相当于 --snapshot <snapshot_id>
	image	调用cinder依据镜像创建新卷，挂载到compute节点	当 boot_index = 0 时相当于 --image <image> （Boot from image (creates a new volume)）
	blank	通知cinder依大小创建空卷并挂载到compute节点
local	image	在 Hypervisor 上创建 ephemeral 分区，将 image 拷贝到里面并启动虚机	相当于普通的 Boot from image
local	blank	format=swap 时，创建 swap 分区默认创建 ephemeral 分区	当 boot_index=-1, shutdown=remove, format=swap 时相当于 --swap <swap size in MB> 当 boot_index=-1, shutdown=remove 时相当于 --ephemeral

1.2. 几个 shortcut

2.1 --boot-volume <volume_id>

从 volume Boot 虚机。相当于 --block-device source=volume, dest=volume, boot_index=0, shutdown=preserve。一次只能使用一个 volume。不能和 --image and --snapshot 一起使用。

2.2 --snapshot <snapshot_id>

从 snapshot boot 虚机。相当于 --block-device source=snapshot, dest=volume, boot_index=0, shutdown=preserve。一次只能使用一个 snapshot。不能和 --volumeand --snapshot 一起使用。

2.3 --swap <swap size in MB>

在 boot 虚机的时候增加 swap 块设备。相当于 --block-device source=blank, dest=local, boot_index=-1, shutdown=remove, format=swap。一次只能使用一次。

2.4 --ephemeral size=<size in GB>,format=<ext3, ext4, ...>

在 boot 虚机的时候增加 ephemeral 块设备。相当于 --block-device source=blank, dest=local, boot_index=-1, shutdown=remove。一次可以使用多次该参数。

比如 --ephemeral size=<size in GB>,format=<ext3, ext4, ...>

2.5 --block-device-mapping <dev-name=mapping> 用于增加多个额外的块设备

mapping 的格式是 <dev-name>=<id>:<type>:<size(GB)>:<delete-on-terminate>：

dev-name：当 volume 被挂载后在 /dev/dev_name 中的设备名称
id： volume ID
type：snap 则volume 是从 snapshot 上创建的；空白
size (GB)： volume 的 size；可以留空白使得Nova自己判断
delete-on-terminate： True/1 或者 False/0，标识在 VM 被terminated 后 volume是否被删除

比如从 image boot VM 的同时挂载一个block volume

nova boot --image 4042220e-4f5e-4398-9054-39fbd75a5dd7 --flavor 2 --key-name mykey --block-device-mapping vdc=13:::0 boot-with-vol-test

2. 虚机的本地磁盘空间

2.1 虚机本地磁盘空间大小设置

在 OpenStack 中，一个虚机涉及到的存储空间，主要是根分区 (/ ,root分区)， swap分区， ephemeral disk，还有就是 Block storage (块存储，OpenStack 中的 Cinder 项目就是用于管理块存储的)。前面三种都是 ephemeral 的 (Nova 中专门定义的 ephemeral disk 指的是除了 root disk 和 swap disk之外的 ephemeral 空间)， ephemeral 空间会随着 instance 的生命周期创建和消亡。

root disk：根分区，提供boot loader
swap disk：交换分区。Linux 系统除了必须的 root 分区，还是用 swap 分区是用于内存耗尽时将物理内存中一部分空间挪到 swap分区中，这样就释放了一些物理内存空间。
ephemeral disk：这里说的 ephemeral disk 是狭义的，指除 root 分区和 swap 分区之外，根据提供的资源状况提供的额外的临时存储。广义的 ephemeral disk 可包括 root 分区和 swap 分区。

Nova flavor 可以定义一个虚机的各分区的大小。以下面的 tiny2 flavor 为例，其 root disk 为 1G 大小，Ephemeral disk 为 1G 大小，Swap disk 为 30M 大小。

s1@controller:~$ nova flavor-list

+--------------------------------------+-----------+-----------+------+-----------+------+-------+-------------+-----------+

| ID                                   | Name      | Memory_MB | Disk | Ephemeral | Swap | VCPUs | RXTX_Factor | Is_Public |

+--------------------------------------+-----------+-----------+------+-----------+------+-------+-------------+-----------+

| 1                                    | m1.tiny   | 512       | 1    | 0         |      | 1     | 1.0         | True      |

| 129f237e-8825-49fa-b489-0e41fb06b70e | tiny2     | 50        | 1    | 1         | 30   | 1     | 1.0         | True      |

除了可以在 flavor 中设置各磁盘大小以外，还使用 nova boot 命令时也可以设置 swap 和 ephemeral 分区的大小和文件系统，只是这里设置的空间大小需要比使用的 flavor 中相应值要小，也可以不设置这两项，不设置的时候会按照flavor的默认值创建，不然 novaclient 会提示错误。

2.2 虚机中的磁盘

使用 tiny2 flavor 启动虚机后，登录到虚机，使用 “fdisk -l” 命令可以看到其磁盘的情况：

root disk：

ephemeral 和 swap disk：

2.3 Nova compute 节点上的磁盘镜像文件

对于 libvirt 虚机来说，当虚机是基于镜像启动的时候，虚机的每个磁盘在 nova compute 节点上都有一个磁盘镜像文件，默认是在 /var/lib/nova/instances/<instance_id> 目录中：

root@compute1:/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b# ls -l

total 2476

-rw-r--r-- 1 libvirt-qemu kvm  2031616 Jun 10 18:19 disk

-rw-r--r-- 1 libvirt-qemu kvm   393216 Jun 10 18:12 disk.local

-rw-r--r-- 1 libvirt-qemu kvm   197120 Jun 10 07:42 disk.swap

每个文件默认都是 qcow2 格式，都使用 backing 文件。

disk 文件对应的是虚机的 root 分区：

root@compute1:/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b# qemu-img info disk

image: disk

file format: qcow2

virtual size: 1.0G (1073741824 bytes) #受 flavor 指定的大小

disk size: 1.9M

cluster_size: 65536

backing file: /var/lib/nova/instances/_base/fbad3d96a1727069346073e51d5bbb1824e76e34

Format specific information:

    compat: 1.1

    lazy refcounts: false

而其 backing file 是个 raw 类型的镜像文件：

root@compute1:/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b# qemu-img info /var/lib/nova/instances/_base/fbad3d96a1727069346073e51d5bbb1824e76e34

image: /var/lib/nova/instances/_base/fbad3d96a1727069346073e51d5bbb1824e76e34

file format: raw

virtual size: 39M (41126400 bytes)

disk size: 17M

disk.local 是虚机的 ephemeral 分区的镜像文件，默认的时候它同样是 qcow2 类型：

root@compute1:/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b# qemu-img info disk.local

image: disk.local

file format: qcow2

virtual size: 1.0G (1073741824 bytes)

disk size: 324K

cluster_size: 65536

backing file: /var/lib/nova/instances/_base/ephemeral_1_default

Format specific information:

    compat: 1.1

    lazy refcounts: false

disk.swap 是虚机的 swap 分区的镜像文件：

root@compute1:/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b# qemu-img info disk.swap

image: disk.swap

file format: qcow2

virtual size: 30M (31457280 bytes)

disk size: 196K

cluster_size: 65536

backing file: /var/lib/nova/instances/_base/swap_30

Format specific information:

    compat: 1.1

    lazy refcounts: false

这些磁盘镜像文件是由 Nova 在启动虚机的过程中创建的。镜像文件的目录由 nova.config 的配置项 instances_path 指定，其默认值为 “/var/lib/nova/instances”；镜像文件的 backing 文件的目录由 image_cache_subdirectory_name 配置项指定，其默认值为 “ _base” ，其主要过程可以参考这篇文章。

libvirt.xml 文件定义了磁盘的镜像文件和磁盘的对应关系：

<disk type="file" device="disk">

      <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/>

      <source file="/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b/disk"/>

      <target bus="virtio" dev="vda"/>

    </disk>

    <disk type="file" device="disk">

      <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/>

      <source file="/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b/disk.local"/>

      <target bus="virtio" dev="vdb"/>

    </disk>

    <disk type="file" device="disk">

      <driver name="qemu" type="qcow2" cache="none"/>

      <source file="/var/lib/nova/instances/eddc46a8-e026-4b2c-af51-dfaa436fcc7b/disk.swap"/>

      <target bus="virtio" dev="vdc"/>

    </disk>

3. Nova 虚机的 block_device_info 数据结构

该数据结构是 Nova 中一个重要的数据结构，它的内容包括虚机的所有磁盘和被附加的所有卷。一个示例如下：

block_device_info = {

            'root_device_name': "/dev/sda", //root分区

            'swap': { // swap 分区

               'device_name': "/dev/sdb",

               'swap_size': 5,

            }

            'ephemerals': [ //ephemerals 分区，可以有多个

               {'num': 0,

                'virtual_name': 'eph0',

                'device_name': "/dev/sdc",

                'size': 5 },

               {'num': 1,

                'virtual_name': 'eph1',

                'device_name': "/dev/sdd",

                'size': 5 },

               {'num': 2,

                'virtual_name': 'eph2',

                'device_name': "/dev/sde",

                'size': 5 },

               ...

            ],

            'block_device_mapping': [ //block devices mapping，可以有多个

               {'cinfo': {....some cinder volume data....},

                'mount_device': "/dev/sdf",

                'delete_on_termination': True },

               {'cinfo': {....some cinder volume data....},

                'mount_device': "/dev/sdg",

                'delete_on_termination': True },

               {'cinfo': {....some cinder volume data....},

                'mount_device': "/dev/sdh",

                'delete_on_termination': True },

               ...

            ],

     }

block_device_mapping 的信息是由 Nova 在数据库中维护的，数据表是 block_device_mapping，它维护着一个虚机曾经有过但是现在被删除的和现有的卷信息：

MariaDB [nova]> select * from block_device_mapping where instance_uuid='02699155-940f-4401-bc01-36220db80639';

| created_at | updated_at | deleted_at | id | device_name | delete_on_termination | snapshot_id | volume_id | volume_size | no_device | connection_info | instance_uuid | deleted | source_type | destination_type | guest_format | device_type | disk_bus | boot_index | image_id |
+---------------------+---------------------+---------------------+----+-------------+-----------------------+-------------+---------------------------
| 2015-06-10 02:01:56 | 2015-06-10 02:44:31 | NULL | 46 | /dev/vda | 0 | NULL | 26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a | NULL | NULL | {"driver_volume_type": "iscsi", "serial": "26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a", "data": {"device_path": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a-lun-1", "host_device": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a-lun-1", "target_discovered": false, "encrypted": false, "qos_specs": null, "target_iqn": "iqn.2010-10.org.openstack:volume-26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a", "target_portal": "10.0.2.41:3260", "volume_id": "26446902-5a56-4c79-b839-a8e13a66dc7a", "auth_password": "Yeb2Sjit2ESPvkKV7YSs", "target_lun": 1, "access_mode": "rw", "auth_username": "HhADUkXT858xD3AEBhzv", "auth_method": "CHAP"}} | 02699155-940f-4401-bc01-36220db80639 | 0 | volume | volume | NULL | disk | virtio | 0 | NULL |
| 2015-06-10 02:27:06 | NULL | 2015-06-10 02:27:14 | 47 | /dev/vdd | 0 | NULL | 31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126 | NULL | NULL | NULL | 02699155-940f-4401-bc01-36220db80639 | 47 | volume | volume | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL |
| 2015-06-10 02:28:59 | NULL | 2015-06-10 02:29:08 | 48 | /dev/vdd | 0 | NULL | 31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126 | NULL | NULL | NULL | 02699155-940f-4401-bc01-36220db80639 | 48 | volume | volume | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL |
| 2015-06-10 02:30:07 | 2015-06-10 02:44:32 | 2015-06-10 03:58:26 | 49 | /dev/vdd | 0 | NULL | 31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126 | NULL | NULL | {"driver_volume_type": "iscsi", "serial": "31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126", "data": {"device_path": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126-lun-1", "host_device": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126-lun-1", "target_discovered": false, "encrypted": false, "qos_specs": null, "target_iqn": "iqn.2010-10.org.openstack:volume-31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126", "target_portal": "10.0.2.41:3260", "volume_id": "31367039-0da5-4dac-bf9a-40303b869126", "auth_password": "2bUgBWHDTr8HyPBSX7wr", "target_lun": 1, "access_mode": "rw", "auth_username": "FaoWrhsw6CFThDtcUvSf", "auth_method": "CHAP"}} | 02699155-940f-4401-bc01-36220db80639 | 49 | volume | volume | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL |
| 2015-06-10 05:51:50 | 2015-06-10 05:51:55 | NULL | 52 | /dev/vdd | 0 | NULL | de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd | NULL | NULL | {"driver_volume_type": "iscsi", "serial": "de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd", "data": {"access_mode": "rw", "host_device": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd-lun-1", "target_discovered": false, "encrypted": false, "qos_specs": null, "target_iqn": "iqn.2010-10.org.openstack:volume-de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd", "target_portal": "10.0.2.41:3260", "volume_id": "de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd", "target_lun": 1, "device_path": "/dev/disk/by-path/ip-10.0.2.41:3260-iscsi-iqn.2010-10.org.openstack:volume-de127d46-ed92-471d-b18b-e89953c305fd-lun-1", "auth_password": "eb6BYxF4oJYLFxDt3woc", "auth_username": "nJPF9yMdy2b9ioobRFMw", "auth_method": "CHAP"}} | 02699155-940f-4401-bc01-36220db80639 | 0 | volume | volume | NULL | NULL | NULL | NULL | NULL |
+---------------------+---------------------+---------------------+----+-------------+-----------------------+-------------+----------------------------+

参考链接：

https://wiki.openstack.org/wiki/BlockDeviceConfig

http://adaishu.blog.163.com/blog/static/175831286201262811249332/

http://www.cnblogs.com/sammyliu/p/4462718.html