LVM快照(snapshot)备份

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Logical VolumeManager (LVM)提供了对任意一个LogicalVolume(LV)做“快照”(snapshot)的功能，以此来获得一个分区的状态一致性备份。

在某一个状态下做备份的时候，可能有应用正在访问某一个文件或者数据库，这就是使得备份的时候文件处于一个状态，而备份完后，文件却处于另外一个状态，从而造成备份的非一致性，这种状态恢复数据库数据几乎不会成功。

状态的解决办法是将其分区挂载为只读，然后通过数据库的表级别锁定(table-level write locks)甚至停止数据库来备份数据。所有这些方法无意严重影响了服务的可用性。使用LVM snapshot既可以获得一致性备份，又不会影响服务器的可用性。

要提醒一点是，snapshot这种方法仅对LVM有效，对于非LVM文件系统无效。

snapshot的实现有多种方式(参考文章最后的连接)，这里说说LVM中snapshot的“写时复制”(copy on write) 的实现方法。

当一个snapshot创建的时候，仅拷贝原始卷里数据的元数据(meta- data)。创建的时候，并不会有数据的物理拷贝，因此snapshot的创建几乎是实时的，当原始卷上有写操作执行时，snapshot跟踪原始卷块的改变，这个时候原始卷上将要改变的数据在改变之前被拷贝到snapshot预留的空间里，因此这个原理的实现叫做写时复制(copy-on- write)。

在写操作写入块之前，CoW将原始数据移动到snapshot空间里，这样就保证了所有的数据在snapshot创建时保持一致。而对于snapshot的读操作，如果是读取数据块是没有修改过的，那么会将读操作直接重定向到原始卷上，如果是要读取已经修改过的块，那么就读取拷贝到snapshot中的块。

这样，通常的文件I/0流程有一个改变，那就是在文件系统和设备驱动之间增加了一个cow层，变成了下面这个样子：

file I/0 —>filesystem — >CoW –> block I /O

下面的图也许可以比较容易了解CoW的原理：

​​​​

采取CoW实现方式时，snapshot的大小并不需要和原始卷一样大，其大小仅仅只需要考虑两个方面：从shapshot创建到释放这段时间内，估计块的改变量有多大;数据更新的频率。一旦 snapshot的空间记录满了原始卷块变换的信息，那么这个snapshot立刻被释放，从而无法使用，从而导致这个snapshot无效。所以，非常重要的一点，一定要在snapshot的生命周期里，做完你需要做得事情。当然，如果你的snapshot大小和原始卷一样大，甚至还要大，那它的寿命就是“与天齐寿”了。

snapshot其实除了备份以外，还有很多其他用途：

1）虚拟化

在使用 LVM2 时，快照可以不是只读的。这意味着，在创建快照之后，可以像常规块设备一样挂载和读写快照。

因为流行的虚拟化系统（比如 Xen、VMWare、Qemu 和 KVM）可以将块设备用作guest 映像，所以可以创建这些映像的完整拷贝，并根据需要使用它们，它们就像是内存占用量很低的虚拟机。这样做的好处是部署迅速（创建快照的时间常常不超过几秒）和节省空间（guest 共享原映像的大多数数据）。

设置的步骤如下：

1. 为原映像创建一个逻辑卷。

2. 使用这个 LV 作为磁盘映像安装 guest 虚拟机。

3. 暂停这个虚拟机。内存映像可以是一个常规文件，所有其他快照都放在里面。

4. 为原 LV 创建一个可读写的快照。

5. 使用快照卷作为磁盘映像生成一个新的虚拟机。如果需要的话，要修改网络/控制台设置。

6. 登录已经创建的虚拟机，修改网络设置/主机名。

完成这些步骤之后， 就可以让用户访问刚创建的虚拟机了。如果需要另一个虚拟机，那么只需重复步骤 4 到 6（所以不需要重新安装虚拟机）。还可以用一个脚本自动执行这些步骤。

在使用完虚拟机之后， 可以停止虚拟机并销毁快照。

2）数据回溯

在一个生产系统上要执行一些操作，需要慎之又慎，即便在模拟环境中做过很多次测试都没有问题，但是并不能保证在生产环境就一定成功，于是这个时候，我们把系统做一个snapshot，这样一旦新操作出现问题，立刻回溯到创建 snapshot的时间点，当然你也可以认为这是一个备份的扩展使用。

最后，我们举一些例子，加深对snapshot的理解。

a) 创建一个20M的snapshot，执行一些操作看看CoW的动作。

我们举一个例子来说明如何创建和使用snapshot。我们假定创建一个20M的snapshot，这就意味着在snapshot生命周期里，你仅能有20M的数据量改变。

下面的命令，为/dev/vg/lvdata创建/dev/vg/lvdata-sp

# lvcreate -L20M -s -n lvdata-sp /dev/vg/lvdata

Logical volume “lvdata-sp” created

其中lvdata大小为20MB。

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

— Logical volume —

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status active destination for/dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 1

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Allocated to snapshot 0.27%

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

Block device 253:0

上面的 Allocated to snapshot 0.27%是我们关心的，表示目前还有99.73%的空间没有使用。

我们尝试在lvdata创建一个10M的文件，再看看这个参数值。

# mount /dev/vg/lvdata /media/lvdata/

# dd if=/dev/hda of=/media/lvdata/10M bs=1M count=10

10+0 records in

10+0 records out

10485760 bytes (10 MB) copied, 0.272393 seconds, 38.5MB/s

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

— Logical volume —

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status active destination for/dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 0

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Allocated to snapshot 51.02%

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

Block device 253:0

”Allocated to snapshot 51.02%“,符合我们的预期。此时snapshot还剩下大概10M不到的空间了，如果我么再在lvdata上创建一个12M的文件，会发生什么呢？

#dd if=/dev/hda of=/media/lvdata/12M bs=1M count=12

12+0 records in

12+0 records out

12582912 bytes (13 MB) copied, 0.288311 seconds, 43.6MB/s

device-mapper: snapshots: Invalidating snapshot:Unable to allocate exception.

创建文件的过程中，一个报错出现了，snapshot已经无效。我们看看snapshot卷的详细信息。

# lvdisplay /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

— Logical volume —

LV Name /dev/vg/lvdata-sp

VG Name vg

LV UUID Yl0fQU-Ve9T-lfmp-xJPq-Uwrd-RVVM-lDDVz0

LV Write Access read/write

LV snapshot status INACTIVE destination for/dev/vg/lvdata

LV Status available

# open 0

LV Size 200.00 MB

Current LE 50

COW-table size 20.00 MB

COW-table LE 5

Snapshot chunk size 8.00 KB

Segments 1

Allocation inherit

Read ahead sectors 0

整个snapshot卷已经出现I/0错误了，而且snapshot的状态也是“INACTIVE”。

是否能挂载上来呢？

# mount /dev/vg/lvdata-sp /media/snapshot/

mount: you must specify the filesystem type

#dmesg

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 0

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 1

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 2

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 3

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 4

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 5

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 6

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 7

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 8

Buffer I/O error on device dm-0, logical block 9

hfs: unable to find HFS+ superblock

从dmesg的错误信息来看，超级块的信息也丢失了

尝试激活一下lvdata-sp

# lvchange -ay /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

恩，这个snapshot已经被释放了，所以剩下要做得事情就是删除它。

# lvremove /dev/vg/lvdata-sp

/dev/vg/lvdata-sp: read failed after 0 of 4096 at 0: 输入/输出错误

Do you really want to remove active logical volume“lvdata-sp”? [y/n]: y

Logical volume “lvdata-sp” successfully removed

b）利用snapshot在线备份MySQL数据库（或者其他数据库）

流程是先做一个flush操作，并锁定表，然后创建snapshot，然后解锁，然后备份数据，最后释放snapshot。这样，MySQL几乎不会中断其运行。

FLUSH TABLES WITH READ LOCK;

! lvcreate –size 100m –snapshot –name snap/dev/VolGroup01/LogVol00

UNLOCK TABLES;

接着做一些备份的工作

mkdir /snap

mount /dev/VolGroup01/snap /snap

# This is where you back up whatever you need from/snap, e.g. rsync(1)

umount /snap

lvremove /dev/VolGroup01/snap

rmdir /snap