qemu的外部快照实现原理

文章 11小时前 cnblogshot
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一 基础概念

1 外部快照
当一个快照被创建时,创建时当前的状态保存在当前使用的磁盘文件中,即成为一个backing file。此时一个新的overlay被创建出来保存往后的数据。2 backing file和overlay
对基础镜像做外部快照,生成的快照文件被称为overlay,基础镜像成为backing file。backing file是只读的。示例链路如下:
base-img <-- overlay-1 <-- overlay-2 <-- overlay-3
仅支持base-img为raw file,其他节点为qcow2 file的链路,或者所有节点为qcow2 file的链路。3 更多名词解释

  • cluster: qcow2镜像存储数据的最小单位,默认64K。
  • L2 entry: 描述cluster offset及其相关标志位的入口,长度为64位。
  • cluster offset: normal cluster位于镜像中的起始地址,长度为64位。
  • cluster type: cluster类型,根据存储内容分为normal,compressed,unallocated,zeroplain, zeroalloc。

二 COW

COW是外部快照的读写流程中最重要的部分。1 什么是COW
COW(Copy-On-Write),也被称之为「即写即拷」快照技术或「写时复制」快照技术,这种方式通常也被称为“元数据(源数据指针表)”拷贝。顾名思义,如果有人试图改写源数据块上的原始数据,首先将原始数据拷贝到新数据块中,然后再进行改写。2 为何需要COW
当写请求发生在backing file上,要先分配new cluster。如果只是把要写的数据写到new cluster上,那数据是不完整的,因为每次写入的数据并非刚刚是cluster的整数倍,可能是几个或几个sector,所以需要我们把剩下的部分从old cluster上复制到new cluster,最后把这个cluster标记为allocated cluster。
当我们下次读该cluster,在overlay上就可以读到,且数据是完整的,不是残缺不全的。3 如何COW
qcow2的COW并非先复制再写入,而是先写入再复制。步骤如下:

  • 分配new cluster。
  • 标记写时复制的范围cow_startcow_end,保存在结构体QCowL2Meta
  • 写入要写的数据到new cluster。
  • 把剩下的部分从old cluster复制到new cluster。
  • 用新的cluster offset更新l2 table,加上QCOW_OFLAG_COPIED标记。

三 cluster类型

1 cluster类型

typedef enum QCow2ClusterType {
    QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED, //未分配
    QCOW2_CLUSTER_ZERO_PLAIN,
    QCOW2_CLUSTER_ZERO_ALLOC,
    QCOW2_CLUSTER_NORMAL, //normal
    QCOW2_CLUSTER_COMPRESSED, //压缩
} QCow2ClusterType;

QCOW2_CLUSTER_NORMAL类型,且标记QCOW_OFLAG_COPIED,才无需分配cluster。其他情况均需要分配cluster。2 如何获取cluster类型qcow2_get_cluster_type获取cluster类型。

四 分配cluster

谁来决定分配cluster呢,是由l2 entry决定的,这里要搞清楚它的含义。1 l2 entry各位含义,以standard clusters为例。

2 根据l2 entry决定是否分配cluster

  • l2 entry满足以下条件,为normal cluster,不分配新cluster。

  • l2 entry的每一位都为0,为unallocated cluster,需分配新cluster。

  • 满足63bit=0,且l2 entry & L2E_OFFSET_MASK != 0。该cluster被内部快照过,需分配cluster.

五 读写流程

1 读流程
发生在qcow2_co_preadv中,分为两种情况:

  • 要读的数据在overlay上。
  • 要读的数据在backing file上。
qcow2_co_preadv
	ret = qcow2_get_cluster_offset //计算cluster offset,并返回cluster type。
	switch (ret)
	case QCOW2_CLUSTER_UNALLOCATED:
		if (bs->backing) //读取backing file上的数据。
			bdrv_co_preadv
	case QCOW2_CLUSTER_NORMAL:
		bdrv_co_preadv //读取overlay上的数据。

2 写流程
发生在qcow2_co_pwritev中,流程如下:

  • 如果不需要分配new cluster,将数据写入overlay。
  • 如果需要分配new cluster,但是没有backing file,或者backing file上找不到cluster offset,将数据写入new cluster。
  • 如果需要分配new cluster,且在backing file能找到cluster offset,执行COW。
qcow2_co_pwritev
	qcow2_alloc_cluster_offset //获取cluster offset,如果获取失败,分配new cluster。
	handle_alloc_space //new cluster填充零。
	bdrv_co_pwritev //将数据写入cluster。
	qcow2_handle_l2meta //当需要COW时,该函数执行COW。
版权声明:cnblogshot 发表于 2025-09-14 17:30:10。
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