第5章 KVM存储管理

KVM支持多种存储格式和管理方式，本章将详细介绍磁盘格式、磁盘管理操作和快照功能。

磁盘格式介绍

KVM支持多种虚拟磁盘格式，每种格式都有其特点和适用场景。

主要磁盘格式对比

格式	特点	优点	缺点	适用场景
raw	原始格式	性能最佳简单可靠	不支持快照占用空间大	高性能要求数据库服务器
qcow2	QEMU写时复制	支持快照支持压缩动态分配	性能略低于raw	通用场景开发测试环境
qed	QEMU增强磁盘	性能优于qcow2	功能较少	需要性能又要节省空间
vmdk	VMware格式	兼容VMware	性能一般	虚拟机迁移
vdi	VirtualBox格式	兼容VirtualBox	KVM支持有限	虚拟机迁移

选择建议

生产环境：推荐使用raw格式，获得最佳性能
开发测试：推荐使用qcow2格式，便于快照和克隆
虚拟机迁移：根据源平台选择相应格式

磁盘管理操作

查看磁盘信息

# 查看磁盘详细信息
qemu-img info /data/centos7.raw

# 输出示例：
# image: /data/centos7.raw
# file format: raw
# virtual size: 10G (10737418240 bytes)
# disk size: 1.4G

# 查看qcow2格式磁盘
qemu-img info /data/centos7.qcow2

# 输出示例：
# image: /data/centos7.qcow2
# file format: qcow2
# virtual size: 10G (10737418240 bytes)
# disk size: 1.4G
# cluster_size: 65536
# Format specific information:
#     compat: 1.1
#     lazy refcounts: false

创建磁盘

# 创建raw格式磁盘
qemu-img create -f raw /data/disk1.raw 20G

# 创建qcow2格式磁盘
qemu-img create -f qcow2 /data/disk1.qcow2 20G

# 创建预分配空间的qcow2磁盘（提高性能）
qemu-img create -f qcow2 -o preallocation=metadata /data/disk2.qcow2 20G

# 创建压缩的qcow2磁盘
qemu-img create -f qcow2 -o compression_type=zstd /data/disk3.qcow2 20G

调整磁盘容量

重要提示

磁盘容量只能增加，不能减少。调整前请确保虚拟机已关闭或磁盘已卸载。

# 增加磁盘容量
qemu-img resize /data/disk1.qcow2 +10G

# 设置磁盘为指定大小
qemu-img resize /data/disk1.qcow2 30G

# 查看调整后的大小
qemu-img info /data/disk1.qcow2

虚拟机内部扩展分区：

# 对于ext4文件系统
resize2fs /dev/vdb

# 对于xfs文件系统
xfs_growfs /dev/vdb

# 如果是分区，可能需要先扩展分区表
fdisk /dev/vdb  # 删除并重建分区，保持起始位置不变
partprobe      # 重新读取分区表

磁盘格式转换

# raw转qcow2
qemu-img convert -f raw -O qcow2 /data/centos7.raw /data/centos7.qcow2

# qcow2转raw
qemu-img convert -f qcow2 -O raw /data/centos7.qcow2 /data/centos7.raw

# 转换时压缩（仅适用于qcow2）
qemu-img convert -c -f raw -O qcow2 /data/centos7.raw /data/centos7-compressed.qcow2

# 查看转换进度
qemu-img convert -p -f raw -O qcow2 /data/centos7.raw /data/centos7.qcow2

转换后修改虚拟机配置：

# 1. 关闭虚拟机
virsh shutdown centos7

# 2. 编辑配置文件
virsh edit centos7

# 3. 修改磁盘配置
# 原配置：
# <driver name='qemu' type='raw'/>
# <source file='/data/centos7.raw'/>
# 
# 改为：
# <driver name='qemu' type='qcow2'/>
# <source file='/data/centos7.qcow2'/>

# 4. 启动虚拟机
virsh start centos7

磁盘检查和修复

# 检查qcow2磁盘
qemu-img check /data/centos7.qcow2

# 修复qcow2磁盘（-r all表示修复所有错误）
qemu-img check -r all /data/centos7.qcow2

# 输出示例：
# No errors were found on the image.
# Image end offset: 1234567890

快照管理

快照功能允许保存虚拟机在某个时间点的状态，便于测试和恢复。

快照类型

内部快照：快照数据存储在qcow2文件内部
外部快照：快照数据存储在独立文件中
实时快照：虚拟机运行时创建（包含内存状态）
磁盘快照：仅保存磁盘状态

创建快照

# 创建内部快照（需要qcow2格式）
virsh snapshot-create-as centos7 --name "initial-setup" \
  --description "系统初始安装完成"

# 创建包含内存的快照（虚拟机运行中）
virsh snapshot-create-as centos7 --name "before-update" \
  --description "系统更新前备份" --memspec file=/tmp/centos7-mem.img

# 创建磁盘快照（虚拟机关闭状态）
virsh snapshot-create-as centos7 --name "disk-only" \
  --description "仅磁盘快照" --disk-only

查看快照

# 列出所有快照
virsh snapshot-list centos7

# 输出示例：
# 名称               生成时间              状态
# ------------------------------------------------------------
# initial-setup     2024-01-10 10:30:15 +0800 shutoff
# before-update     2024-01-11 14:20:30 +0800 running

# 查看快照详细信息
virsh snapshot-info centos7 --snapshotname initial-setup

# 查看当前快照
virsh snapshot-current centos7

# 查看快照树形结构
virsh snapshot-list centos7 --tree

管理快照

# 切换到指定快照
virsh snapshot-revert centos7 --snapshotname initial-setup

# 删除快照
virsh snapshot-delete centos7 --snapshotname before-update

# 重命名快照（需要编辑XML）
virsh snapshot-dumpxml centos7 initial-setup > snapshot.xml
# 编辑snapshot.xml中的name
virsh snapshot-create centos7 snapshot.xml --redefine

外部快照（高级）

外部快照适合大型虚拟机，可以更灵活地管理存储：

# 创建外部快照
virsh snapshot-create-as centos7 \
  --name external-snap \
  --diskspec vda,file=/data/snapshots/centos7-snap1.qcow2 \
  --disk-only --atomic

# 查看快照链
qemu-img info --backing-chain /data/snapshots/centos7-snap1.qcow2

# 合并快照（blockcommit）
virsh blockcommit centos7 vda --active --pivot

存储池管理

存储池提供了统一的存储管理接口。

查看存储池

# 列出所有存储池
virsh pool-list --all

# 查看存储池信息
virsh pool-info default

# 查看存储池中的卷
virsh vol-list default

创建存储池

# 创建目录类型存储池
mkdir -p /data/kvm-pool
virsh pool-define-as data-pool dir - - - - "/data/kvm-pool"
virsh pool-build data-pool
virsh pool-start data-pool
virsh pool-autostart data-pool

# 创建LVM存储池
virsh pool-define-as lvm-pool logical - - /dev/vg_kvm volgroup
virsh pool-start lvm-pool
virsh pool-autostart lvm-pool

# 创建NFS存储池
virsh pool-define-as nfs-pool netfs - - nfs-server:/export/kvm /mnt/kvm-nfs
virsh pool-start nfs-pool

存储卷管理

# 在存储池中创建卷
virsh vol-create-as data-pool test-vol.qcow2 10G --format qcow2

# 克隆存储卷
virsh vol-clone --pool data-pool centos7.qcow2 centos7-clone.qcow2

# 删除存储卷
virsh vol-delete --pool data-pool test-vol.qcow2

# 上传ISO到存储池
virsh vol-create-as default centos7.iso 4G --format raw
virsh vol-upload --pool default centos7.iso /path/to/centos7.iso

性能优化建议

磁盘I/O优化

选择合适的缓存模式
```

<disk type='file' device='disk'>
  <driver name='qemu' type='qcow2' cache='none' io='native'/>
  <source file='/data/centos7.qcow2'/>
  <target dev='vda' bus='virtio'/>
</disk>
```
缓存模式说明：
- none：最佳性能，直接I/O
- writethrough：安全但性能较低
- writeback：性能好但可能丢数据
- directsync：类似none但更安全
- unsafe：最高性能但最不安全

使用virtio驱动

# 确保使用virtio总线
--disk path=/data/vm.qcow2,bus=virtio

I/O线程优化

<iothreads>4</iothreads>
<disk type='file' device='disk'>
  <driver name='qemu' type='qcow2' iothread='1'/>
</disk>

存储最佳实践

生产环境建议

使用独立的存储设备：避免与系统盘竞争I/O
定期进行磁盘碎片整理：qemu-img convert可以整理碎片
监控磁盘使用率：避免存储空间不足
定期备份重要虚拟机：结合快照和备份策略
使用thin provisioning：按需分配存储空间

故障排查

磁盘性能问题

# 在虚拟机内测试磁盘性能
dd if=/dev/zero of=/tmp/test bs=1G count=1 oflag=direct

# 使用fio进行详细测试
fio --name=randwrite --ioengine=libaio --rw=randwrite \
    --bs=4k --direct=1 --size=1G --numjobs=4 --runtime=60

快照相关问题

错误：不支持快照
- 原因：使用了raw格式磁盘
- 解决：转换为qcow2格式
快照创建失败
- 检查磁盘空间
- 检查文件权限
- 查看libvirt日志

快照恢复失败

# 检查快照状态
virsh snapshot-info centos7 --snapshotname snap1

# 手动恢复（谨慎操作）
virsh destroy centos7
cp /backup/centos7.qcow2 /data/centos7.qcow2
virsh start centos7

总结

本章介绍了KVM存储管理的核心功能：

✅ 磁盘格式特点和选择策略
✅ 磁盘创建、调整、转换等操作
✅ 快照的创建、管理和恢复
✅ 存储池和存储卷管理
✅ 性能优化和故障排查

合理的存储管理是虚拟化环境稳定运行的基础。下一章将介绍虚拟机克隆技术。

磁盘格式介绍​

主要磁盘格式对比​

磁盘管理操作​

查看磁盘信息​

创建磁盘​

调整磁盘容量​

磁盘格式转换​

磁盘检查和修复​

快照管理​

创建快照​

查看快照​

管理快照​

外部快照（高级）​

存储池管理​

查看存储池​

创建存储池​

存储卷管理​

性能优化建议​

磁盘I/O优化​

存储最佳实践​

故障排查​

磁盘性能问题​

快照相关问题​

总结​