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虚拟机物理卷如何理解？

虚拟机物理卷是物理存储设备（如硬盘、SSD分区或LUN）划分出的存储单元，被虚拟化平台识别和管理，用于承载虚拟机磁盘文件（如VMDK、VHD），为虚拟机提供底层存储空间。

想象一下,你正在建造一座现代化的公寓大楼（虚拟机），大楼本身是虚拟的蓝图，但支撑它、让它真正“存在”并容纳住户（操作系统、应用程序、数据）的，是坚实的地基和建筑材料，在虚拟化的世界里，虚拟机物理卷（Physical Volume for VMs） 就是这个至关重要的“地基”和“原材料”来源。

虚拟机物理卷指的是虚拟机（VM）所使用的存储空间最终所依赖的、真实的、物理的底层存储硬件资源。

它不是一个虚拟的概念,而是实实在在存在于数据中心的存储设备：

虚拟机物理卷如何理解？ 第1张

  1. 物理本质： 它可以是：

    • 服务器内部的一块或多块硬盘（HDD 或 SSD）。
    • 连接在服务器上的外部磁盘阵列（DAS）。
    • 通过网络（如光纤通道 FC、iSCSI）连接的存储区域网络（SAN） 提供的逻辑单元号（LUN）。
    • 通过网络文件系统（如 NFS、SMB/CIFS）访问的网络附加存储（NAS） 提供的共享文件夹/文件系统。
    • 甚至是分布式存储系统（如 Ceph、vSAN）中由多台服务器硬盘聚合而成的存储池。

  2. 虚拟机的存储基础： 当你在 VMware vSphere、Microsoft Hyper-V、Citrix Hypervisor (XenServer)、KVM 等虚拟化平台上创建一台虚拟机时，你需要为它分配存储空间来安装操作系统、应用程序和存放数据，这个虚拟机磁盘（通常表现为 .vmdk, .vhdx, .qcow2 等文件格式）并不是凭空存在的，它必须被创建并存储在一个物理卷之上。

  3. 抽象层： 虚拟化平台（Hypervisor）充当了“翻译官”和“资源调度者”的角色，它：

    • 从物理卷（如 SAN LUN、NAS 共享、本地硬盘）上划分出空间。
    • 在这个空间上创建虚拟磁盘文件（.vmdk, .vhdx 等）。
    • 将这个虚拟磁盘文件呈现给虚拟机，让虚拟机操作系统认为它是在使用一个“真实”的硬盘（可能是 SCSI、SATA 或 NVMe 接口）。
    • 当虚拟机对“虚拟硬盘”进行读写操作时，Hypervisor 会将这些操作转换并映射到底层物理卷上的实际读写操作。

为什么理解虚拟机物理卷很重要？

  1. 性能根源： 虚拟机的存储性能（IOPS – 每秒输入输出操作、吞吐量 – MB/s、延迟 – 响应时间）直接受限于它所依赖的物理卷的性能，一个由高速 NVMe SSD 组成的 SAN LUN 提供的性能，远高于一个由传统机械硬盘组成的 NAS 共享，了解物理卷的类型、配置（RAID 级别、缓存策略）和网络连接方式，是诊断和优化虚拟机性能的关键。
  2. 容量基础： 所有虚拟机使用的存储空间总和，最终不能超过其物理卷的总可用容量，有效的存储容量规划和管理，必须基于对物理卷可用空间的监控。
  3. 可靠性与可用性： 物理卷的可靠性（如 RAID 保护、硬件冗余）直接决定了其上运行的虚拟机数据的可靠性和可用性，物理卷故障可能导致其上的所有虚拟机宕机或数据丢失，高可用性（HA）和容灾策略（如存储 vMotion、存储复制）通常也围绕物理卷进行配置。
  4. 管理核心： 存储管理员的大部分工作都集中在管理这些物理卷上：配置、扩容、性能调优、快照、克隆、备份、复制、确保高可用性等，虚拟化管理员也需要理解物理卷的特性，以便为虚拟机选择最合适的存储位置（存储策略）。

虚拟机看到的 vs. 物理卷的本质：

  • 虚拟机视角： 看到的是一个或多个虚拟硬盘（如 C:盘、D:盘），通常感觉就像在使用本地物理硬盘一样。
  • 物理现实： 这些虚拟硬盘实际上是一个或多个文件（或块设备映射），存放在一个或多个底层物理卷上，一个物理卷通常可以容纳多个虚拟机的虚拟磁盘文件。

虚拟机物理卷是虚拟化存储架构的基石,它是支撑虚拟机运行的“真实世界”的存储硬件资源，理解虚拟机物理卷的概念，对于掌握虚拟机性能、容量、可靠性和管理至关重要，它揭示了虚拟化便利性背后的物理依赖，是有效设计、部署、管理和优化虚拟化环境不可或缺的知识点。

引用说明：

  • 本文中关于虚拟化平台（VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, Citrix Hypervisor, KVM）和存储类型（DAS, SAN, NAS, Distributed Storage）的描述，基于行业通用的技术定义和实践知识。
  • 虚拟磁盘文件格式（.vmdk, .vhdx, .qcow2）是相应虚拟化平台的官方标准格式。
  • 存储性能指标（IOPS, Throughput, Latency）和可靠性概念（RAID, HA）是存储和虚拟化领域的核心术语，其定义和重要性被广泛认可于技术文档和最佳实践中（如 VMware Docs, Microsoft Docs, SNIA 存储网络工业协会资料等）。
  • 管理实践（容量规划、性能调优、备份、复制）的要点提炼自主流虚拟化平台的管理指南和行业经验总结。
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