VMware 虚拟化编程(2) — 虚拟磁盘文件类型详解

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VMware 虚拟化编程(1) — VMDK/VDDK/VixDiskLib/VADP 概念简析

虚拟磁盘文件 VMDK

虚拟磁盘文件(VMDK File) 后缀为 .vmdk，是虚拟机的存储卷，Guest OS File System 储存在 VMDK File，而 VMDK File 又会以文件的形式储存在物理磁盘设备上。VMDK File 支持两种物理磁盘类型：

• 托管磁盘(Managed Disk)：托管磁盘通常指的是 File System Format 为 VMFS 的物理存储设备，能够支持使用光纤、iSCSI 或 SAS 来连接到 ESX/ESXi Host 的存储网络(SAN)，也能够支持网络挂载存储(NAS)，甚至能够直接挂载到 ESX/ESXi Host 上。在 vCenter 体系中，VMDK File 会被储存于共享的 Datastore 之上，再由 vCenter 管理着这些存储簇(Storage Clusters)，这令 vCenter 能够支持在 ESX/ESXi Host 之间迁移虚拟机而不需要移动 VMDK 文件；在 ESX/ESXi Host 体系中，VMDK File 通常存放在物理存储设备的某个 /vmfs/volumes 目录中。 
  

• 寄宿磁盘(Hosted Disk)：寄宿磁盘没有特定的 File System Format 要求，所谓寄宿，即适应 Host 原生的磁盘类型。在 Worksation 体系中，寄宿磁盘会适应 Host File System，而将 VMDK File 储存于本地磁盘之上。

NOTE：需要注意的是 VDDK 对两种不同类型的磁盘设备的操作函数也是有所区别的，对于托管磁盘，VDDK 应用程序可以利用高级传输接口函数通过 SAN 而不是 LAN 来执行大多数 I/O 操作，以此来提高程序性能，并保护网络带宽。

用户可以创建的虚拟磁盘类型

在创建一个虚拟磁盘时，会进行两个操作：分配空间、置零。

• 厚置备延迟置零(Lazy Zeroed Thick)：默认的磁盘创建格式，创建磁盘时会直接从磁盘分配所需空间，但不会即时擦除磁盘上保留的数据，而是在虚拟机执行 I/O 操作时按需要将其置零。简单来说，就是立即完全分配指定的磁盘空间给虚拟机，但延迟对该磁盘空间进行清零操作.

  • 特性：磁盘性能较好，创建时间短，适合于做池模式的虚拟桌面。

• 厚置备置零(Eager Zeroed Thick)：创建支持群集功能(E.G. FaultTolerance)的厚磁盘格式，创建磁盘时，直接从磁盘分配空间并立即对物理设备上保留的数据置零。所以当虚拟机有 I/O 操作时，就能够直接执行。简单来说，就是立即完全分配指定的磁盘空间给虚拟机, 并立即清零磁盘空间, 所需时间较长。

  • 特性：磁盘性能最好，创建时间长，适合于做跑运行繁重应用业务的虚拟机。

• 精简置备(Thin)：创建磁盘时，占用磁盘的空间大小根据实际使用量计算，即用多少分多少，提前不分配空间，对磁盘保留数据不置零，且最大不超过划分磁盘的大小。简单来说，就是按实际磁盘使用量动态增长分配磁盘空间,但最大不能超过指定的最大磁盘分配空间。

  • 特性：当有 I/O 操作时，需要先分配空间，再将空间置零，最后才能执行 I/O 操作。当有频繁 I/O 操作时，磁盘性能会有所下降，I/O 不频繁时，磁盘性能较好；创建时间短，适合于对磁盘 I/O 不频繁的业务应用虚拟机。

VixDiskLib 中支持的虚拟磁盘类型

注：VixDiskLib，即虚拟磁盘库，提供了管理虚拟磁盘的系统调用接口。

虽然用户能够创建的虚拟磁盘类型只有 3 种，但在底层程序接口中会根据不同的应用场景(E.G. vCenter、ESX/ESXi) 提供多种磁盘类型参数，开发者可能按照实际情况选择相应的虚拟磁盘类型参数。

• 寄宿磁盘(Hosted Disk)

  • 单片稀疏型 VIXDISKLIB_DISK_MONOLITHIC_SPARSE：只包含一个虚拟磁盘文件并能够动态扩展的虚拟磁盘。

  • 单片平面型 VIXDISKLIB_DISK_MONOLITHIC_FLAT：只包含一个虚拟磁盘文件，提前分配存储空间的虚拟磁盘。创建这种磁盘需要较多的时间，并占用大量空间，但是可能会提供比稀疏型磁盘更好的性能。

  • 分片稀疏型 VIXDISKLIB_DISK_SPLIT_SPARSE：可扩展的虚拟磁盘，整个磁盘被分为多个2GB大小的关联文件。这些文件可以增大到2GB，然后在新的文件中继续扩展。这种类型可以在较老的文件系统上使用。

  • 分片平面型 VIXDISKLIB_DISK_SPLIT_FLAT：提前分配空间的虚拟磁盘，并被分为多个大小为 2GB 的虚拟磁盘文件。这些从 2GB 开始，所以创建它们需要较长的时间，但是能够以 2GB 持续增长。

• 托管磁盘(Managed Disk)

  • VMFS 平面型 VIXDISKLIB_DISK_VMFS_FLAT：提前分配空间的虚拟磁盘，在 ESX3 或更新的平台上可用，也叫做厚置备磁盘(Thick Disk)。

  • VMFS 稀疏型 VIXDISKLIB_DISK_VMFS_SPARSE：使用一种写时复制(Copy-on-Write, COW)机制来节省存储空间，这是虚拟机常用的快照磁盘类型。

  • VMFS 精简型 VIXDISKLIB_DISK_VMFS_THIN：这种类型假设需要尽可能多的空间，然后以此来扩展虚拟磁盘的大小。能够在 ESX3 以及更新的平台上使用，也叫做精简置备磁盘(Thin Disk)。。

  • 单片流优化 VIXDISKLIB_DISK_STREAM_OPTIMIZED：单片、稀疏格式对数据流进行压缩。这种格式不支持随机读写。

虚拟机文件类型

一台 VMware 虚拟机除了包含上述提到的 VMDK File 之外，还包含了各式各样、针对各种场景的配置文件或描述文件，以及特殊文件在 API 中的参数项。

后缀描述API 参数[vmname].vmx虚拟机配置文件 [vmname].vmdk如果选择「动态分配磁盘」设置，会创建一个可根据需要空间大小动态增长的 VMDK File。此时该文件是实际的磁盘数据文件。[vmname] 表示虚拟机的名称。在 VMFS 分区上，这是磁盘描述文件的名称。除此之外，该文件还可能保存的是该虚拟机磁盘文件的元数据。MONOLITHIC_SPARSE[vmname]-flat.vmdkExtent description 文件，如果勾选了「立即分配磁盘空间」，虚拟磁盘文件将会提前分配所有空间，不会动态增长。第一个 VMDK File 很小(即上述的元数据文件)，并指向一个大的 -flat.vmdk VMDK 文件，此时该文件保存的是虚拟机实际的虚拟磁盘数据。MONOLITHIC_FLAT、VMFS_FLAT、VMFS_THIN[vmname]-ctk.vmdkChange Tracking File 改变追踪文件，保存自上次快照以来的所发生改变的虚拟机数据块的信息。 [vmname].vmem虚拟机的内存页面文件，存放虚拟机运行时的内存数据，在虚拟机运行或者崩溃时被创建 .vmss虚拟机挂起时的状态信息文件 .vmsd虚拟机快照的元数据文件，保存了如快照名、UID(Unique Identifier)、磁盘文件名等信息。在创建快照前，其 size 为 0byte .vmtx虚拟机模板文件 .nvram虚拟机 bios 文件 .vswp虚拟机交换文件 .log虚拟机日志文件 [vmname]-s<###>.vmdk如果只勾选「分割成 2GB 大小的文件」，虚拟磁盘文件将会在需要更多空间时才被扩展。第一个 VMDK File 很小，为元数据文件，并指向一系列的其他 VMDK 文件，它们在序号数字前都有一个 S 标志，表明是稀疏类型的(sparse)。VMDK 文件的数字依赖于所需要的磁盘大小。随着数据增长，将会在这个序列中新增更多的 VMDK File。SPLIT_SPARSE[vmname]-f<###>.vmdk如果勾选「立即分配磁盘空间」和「将磁盘分成 2GB 大小的文件」两个选项，那么虚拟磁盘空间将会提前分配，不会动态扩展。第一个 VMDK File 是一个元数据文件，指向一系列的其他文件，这些文件在数字序号之前都有一个 f(flat) 前缀。数字由磁盘大小决定。SPLIT_FLAT[diskname]-<###>.vmdk当给虚拟机创建快照时，会生成 redo-log 文件，也叫做子磁盘(child disk)或者差异链接(delta link)。快照文件中有序号数字，但是没有 f/s 前缀。针对原来的父磁盘或者更早的回写日志(即更早的快照)的数据修改，将会写进这些带编号的的 VMDK File 中。MONOLITHIC_SPARSE、SPLIT_SPARSE[vnname]Snapshot.vmsn虚拟机快照的状态信息文件，用于保存创建快照时虚拟机的状态，包含了指向所有 VMDK File 的信息。这个文件的大小取决于创建快照时是否选择保存内存的状态。如果保存的话，那么这个文件会比分配给这个虚拟机的内存大小还要大几兆