[스토리지] LVM(Logical Volume Management) 기본 아키텍처

개인적으로 스토리지 공부를 위해 정리한 내용들입니다.

함께 공부하자는 취지로 내용을 공유합니다.

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1. LVM(Logical Volume Management)이란?

• 파일시스템과 물리 저장소 사이를 직접 연결하는 불편함을 제거하기 위한 기능
• Linux 환경에서 파일 시스템과 물리 저장소 사이의 추상 레이어를 제공 → 볼륨을 손쉽고 유연하게 관리할 수 있는 기능을 제공
• LVM 구분
  • PV(Physical Volume)
  • VG(Volume Group)
  • LV(Logical Volume) 

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2. PV (Physical Volume)

PV (Physical Volume)

• PV는 실제 물리 디스크를 LVM 용도로 초기화된 물리 디스크 또는 파티션
  • ex) /dev/sda, /dev/sda1
  • ex) KVM 환경에서 /dev/vda
• PV는 PE (Physical Extent)라는 단위로 나뉨
  • PE 기본값 : 4MB
  • PE 값 : 볼륨 그룹을 생성할 때 지정
  • 데이터의 크기가 큰 파일을 자주 사용하는 경우 : 큰 사이즈의 extent가 적합
  • 데이터의 크기가 작은 파일을 자주 사용하는 경우 : 작은 사이즈의 extent로 설정하는 것이 좋음
• PV에서는 LVM Label과 LVM Metadata를 포함
  • LVM Label : 물리 장치를 식별하고 순서대로 나열, 물리 볼륨의 UUID를 포함, 블록 장치 크기를 바이트 단위로 저장
  • LVM Metadata : 장치에 저장될 위치를 기록, LVM 볼륨 그룹에 대한 구성 정보를 포함, ASCII로 저장
• PV 명령어
  • pvscan : PV에 대한 디스크를 확인 후 이를 출력
  • pvcreate : 물리 디스크 를 PV로 초기화하기 위해 사용
  • pvdisplay : PV에 대한 세부 정보를 출력
  • pvremove : PV를 제거하기 위해 사용

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3. VG (Volume Group)

VG (Volume Group)

• 하나 이상의 PV를 가지고 만든 물리적 볼륨의 집합
• PV는 단 하나의 VG에만 포함될 수 있음
• VG를 만든다는 건 논리적 볼륨을 할당할 수 있는 디스크 공간 풀 생성하는 것
• VG는 LE(Logical Extent)를 PE(Physical Extent)로 맵핑하는 역할

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4. LV (Logical Volume)

• 사용자가 직접 다루는 논리적인 볼륨 공간
  • Windows에서 제공하는 C드라이브, D드라이브를 Linux의 LV로 생각하시면 됨
• LV에는 여러 종류가 존재하고 각각의 LV는 장단점이 존재함
• PV를 PE로 나누듯이 LV는 LE(Logical Extent)로 나누어져 있음
• LE(Logical Extent)의 사이즈는 PE(Physical Extent)와 동일하게 설정
• 각 LE들은 LV마다 0번부터 시작하고 PE에 맵핑됨

(1) linear volume

• VG에 할당된 PV를 하나의 LV로 모으거나 다수의 LV로 나누어 사용
• 가장 기본적인 LV로 특별한 장점도 단점도 없음

(2) RAID volume

• RAID 0, 1, 4, 5, 6, 10 을 지원
• MD 커널 드라이버를 활용
• 스냅샷 기능을 사용할 수 있음

(3) striped volume [raid0]

striped volume [raid0]

• 데이터를 기록할 때 라운드-라운드 방식으로 지정된 물리 볼륨에 데이터를 작성하여 성능을 향상시킴
• I/O를 병렬로 실행할 수 있는 장점이 있음
• 상황에 따라 Linear volume에 가까운 성능 향상을 기대할 수 있음
• 단, striped 방식의 특성상 최소 2개 이상의 물리 볼륨이 필요

(4) mirror volume [raid1]

mirror volume [raid1]

• 데이터의 안정성을 위하여 데이터를 다른 장치에 복사본 저장
• 만약 한쪽의 장치에 장애가 발생할 경우 논리 볼륨은 다른 한쪽으로 선형 볼륨이 되어 액세스가 가능

(5) thin volume

thin volume

thin volume

• Thin porivisioning 기술을 이용한 볼륨
• 가상 풀을 사용하여 효율적인 스토리지 공간 할당을 하기 때문에 사용 가능한 범위보다 더 큰 논리 볼륨을 생성할 수 있음
• 기존의 다른 LV들은 PV를 VG로 묶고 VG에 LV를 만들면 LE가 각각의 PE에 맵핑되어 실제로 사용하지 않고 있더라도 다른 LV로 생성할 수 없음
• 하지만 Thin provision을 사용한다면 Thin Pool이라는 가상 풀을 만들어서 VG에는 Thin Pool만큼만 차지하고 각각의 LV들은 실제 사용량 만큼만 공간을 차지하게 됨
• Thin LV들은 다른 논리 볼륨과 다르게 Thin pool이라는 가상풀을 사용하기 때문에 PE에 직접 맵핑되지 않고 Virtual Extent라는 가상 extent에 맵핑됨
• Thin provision의 중요한 점은 Thin Pool이 실제로 꽉 차기 전에 사용자가 적절히 확장을 해주어야 한다는 점

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5. Snapshot

• 데이터를 백업하는 방법 중 하나
• 용량이 큰 데이터를 완전히 백업할 때 많은 시간이 필요하기 때문에 스냅샷 생성을 기준으로 데이터를 그대로 유지시키는 방법
• 기존의 데이터는 읽기 전용 복사본으로 고정시키고 프로그램에서는 데이터를 계속 쓸 수 있도록 해주는 방법

(1) COW [Copy-on-Write]

Snapshot

• 구성이 끝난 후 스냅샷 공간을 할당하기 어렵기 때문에 스토리지를 구성할 때 미리 스냅샷을 위한 공간을 할당
• 기존 데이터에서 스냅샷을 생성하면 스냅샷은 기존 데이터를 가리키게 됨
• 그 후 데이터의 변경이 일어날 경우에 데이터를 스냅샷 공간으로 데이터를 복사하고 스냅샷은 복사한 데이터를 가리키게 됨
• 스토리지를 구성할 때 미리 스냅샷을 위해 1~20% 공간을 할당
• 구성이 끝난 후 스냅샷 공간을 할당하기 어려움
• 원본 데이터가 변경될 때는 I/O 성능이 떨어지는 문제가 있음
• 데이터가 변경되면 스냅샷 공간으로 원본 데이터를 복사

(2) ROW [Redirect-on-Write]

ROW [Redirect-on-Write]

• 스냅샷을 위한 별도의 공간이 필요하지 않음
• 이 방식에서 스냅샷을 생성하면 기존 데이터를 가리키는 것까지는 COW 방식과 차이가 없음
• 다만 데이터가 변경된 이후에 스냅샷은 기존 데이터를 프리징 시키고 변경하려고 하는 데이터를 새로운 스냅샷 공간에 작성함
• 스냅샷을 위한 별도의 공간을 미리 확보하지 않아도 됨
• 데이터가 생성되면 스토리지 OS나 LUN 컨트롤러에서 데이터의 위치를 기록하고 관리
• 데이터가 변경되면 원본 데이터를 스냅샷 블록으로 사용하고, 새로운 블록을 할당받아서 데이터를 관리

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6. 전체 기본 구조도

LVM 전체 기본 구조도

• LVM의 전체 그림을 보면 물리 디스크를 PV로 만들고 각 PV들은 하나의 VG에 속하게 됨
• LV는 VG를 통하여 각 LE를 PE에 용량이나 볼륨 타입에 맞게 맵핑

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7. 정보 출처

https://tech.gluesys.com/blog/2019/04/08/LVM.html

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