虚拟块设备的实现技术-nbd/iscsi/qemu等模式

本文介绍如何通过NBD(Network Block Device)技术实现远程主机磁盘空间的块级共享。详细步骤包括服务器端和客户端的配置过程,以及单个和多个磁盘映像文件的共享实践。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

nbd方式:

一.NBD简介

NBD(Network Block Device)让你可以将一个远程主机的磁盘空间,当作一个块设备来使用.就像一块硬盘一样.
使用它,你可以很方便的将另一台服务器的硬盘空间,增加到本地服务器上. 
NBD与NFS有所不同.NFS只是提供一个挂载点供客户端使用,客户端无法改变这个挂载点的分区格式. 
而NBD提供的是一个块设备,客户端可以把这个块设备格式化成各种类型的分区.更便于用户的使用. 
NBD是一个内核模块,大部分Linux发行版都已包含它. 

二.NBD安装方法

在Turbolinux的10以上的版本中,NBD已被编译成模块.保存在
/lib/modules/$version/kernel/driver/block/下. 
你还需要在服务器端和客户端上安装nbd-server和nbd-client工具. 
你可以从官方网站上下载源码包,并分别在服务器端和客户端服务器上进行安装: 

http://sourceforge.net/projects/nbd

我们这里下载nbd-2.8.8.tar.bz2 
下载后,执行下列步骤进行安装: 

# tar jxf nbd-2.8.8.tar.bz2
# cd nbd-2.8.8
# ./configure
# make
# make install

三.NBD使用方法

1.示例1: 服务器端提供单个映像文件到客户端

a.服务器端配置方法(IP为192.168.1.1)
你需要先建立一个磁盘映像文件,作为提供给客户端使用的块设备.我们制作一个300MB的文件当做块设备.
# cd /var/tmp
# dd if=/dev/zero of=nbd-disk0 bs=104857600 count=3 

启动nbd-server,监听1234端口,使用nbd-disk0映像文件.
# nbd-server 1234 /var/tmp/nbd-disk0

查看nbd进程.
# ps -ef | grep nbd
root     11292     1  0 15:02 ?        00:00:00 nbd-server 1234 /var/tmp/nbd-disk0

nbd-server用法:
nbd-server port file [size][kKmM] [-l authorize_file] [-r] [-m] [-c] [-a timeout_sec]
        port                    nbd-server监听端口.
        file                    绑定的映像文件.
        size                    在客户端所见的块设备大小(单位可以是: k,K,m,M).
	-r|--read-only		只读模式,客户端无法在块设备上进行写操作.
	-m|--multi-file		多个文件,可以将多个映像文件作为一个块设备提供给客户端.
	-c|--copy-on-write	      所有客户端的写操作被会另存为一个文件,连接断开后,这个文件会被删除. 
                                       可以保证映像文件内容不会被修改.
	-l|--authorize-file file  一个允许访问此nbd的主机列表文件.
	-a|--idle-time		服务器断开与客户端连接前的最大空闲时间.
b.客户端配置方法(IP为192.168.1.2)
加载nbd模块.
# modprobe nbd
# lsmod | grep nbd
nbd                    26400  0

查看nbd设备是否建立.
# ls /dev/nbd* -hl
brw-r----- 1 root disk 43,  0 Jul 27 06:40 /dev/nbd0
brw-r----- 1 root disk 43,  1 Jul 27 06:40 /dev/nbd1
brw-r----- 1 root disk 43,  2 Jul 27 06:40 /dev/nbd2
brw-r----- 1 root disk 43,  3 Jul 27 06:40 /dev/nbd3
brw-r----- 1 root disk 43,  4 Jul 27 06:40 /dev/nbd4
brw-r----- 1 root disk 43,  5 Jul 27 06:40 /dev/nbd5
brw-r----- 1 root disk 43,  6 Jul 27 06:40 /dev/nbd6
brw-r----- 1 root disk 43,  7 Jul 27 06:40 /dev/nbd7
brw-r----- 1 root disk 43,  8 Jul 27 06:40 /dev/nbd8
brw-r----- 1 root disk 43,  9 Jul 27 06:40 /dev/nbd9

将/dev/nbd0设备与主机连接.
# nbd-client 192.168.1.1 1234 /dev/nbd0 
Negotiation: ..size = 307200KB
bs=1024, sz=307200

nbd-client用法:
nbd-client [bs=blocksize] host port nbd_device [-swap]
    bs             用于设置块大小,默认是1024,可以是512,1024.2048,4096
    host           服务器的主机名或IP
    port           服务器的监听端口
    nbd_device     映射到本地的哪个nbd设备(如: /dev/nbd0)
    -swap          指定nbd设备将用做swap空间

nbd-client -d nbd_device  用于断开连接


连接成功后,可以查看到nbd-client进程.
# ps -ef | grep nbd
root      3156     1  0 06:44 pts/0    00:00:00 nbd-client 192.168.1.1 1234 /dev/nbd0

使用前,需要格式化这个块设备.
# mkfs.ext3 /dev/nbd0 
mke2fs 1.39 (29-May-2006)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
76912 inodes, 307200 blocks
15360 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=67633152
38 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
2024 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
        8193, 24577, 40961, 57345, 73729, 204801, 221185

Writing inode tables: done                            
Creating journal (8192 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 39 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

挂载这个块设备.
# mkdir /mnt/nbd0
# mount /dev/nbd0 /mnt/nbd0 
# cd /mnt/nbd0
# ls
lost+found

复制/root目录到这个目录中.
# cp /root . -rf 
# ls
lost+found  root

断开这个块设备.
# umount /mnt/nbd0/

# nbd-client -d /dev/nbd0 
Disconnecting: que, disconnect, sock, done
Kernel call returned: Broken pipeClosing: que, sock, done

2.示例2: 服务器端提供多个映像文件到客户端

a.服务器端配置
# cd /var/tmp
# dd if=/dev/zero of=nbd-disk1 bs=104857600 count=3 
记录了 3+0 的读入
记录了 3+0 的写出
314572800 字节 (315 MB) 已复制,0.584027 秒,539 MB/秒
# dd if=/dev/zero of=nbd-disk2 bs=104857600 count=3 
记录了 3+0 的读入
记录了 3+0 的写出
314572800 字节 (315 MB) 已复制,1.5128 秒,208 MB/秒

# nbd-server 1234 /var/tmp/nbd-disk1 
# nbd-server 1235 /var/tmp/nbd-disk1 
# nbd-server 1236 /var/tmp/nbd-disk2

# ps -ef | grep nbd
root     11292     1  0 15:02 ?        00:00:00 nbd-server 1234 /var/tmp/nbd-disk0
root     11599     1  0 15:14 ?        00:00:00 nbd-server 1235 /var/tmp/nbd-disk1
root     11606     1  0 15:14 ?        00:00:00 nbd-server 1236 /var/tmp/nbd-disk2
b.客户端配置
# lsmod | grep nbd
nbd           24736  0 
# ls /dev/nbd*
/dev/nbd0   /dev/nbd11  /dev/nbd14  /dev/nbd3  /dev/nbd6  /dev/nbd9
/dev/nbd1   /dev/nbd12  /dev/nbd15  /dev/nbd4  /dev/nbd7
/dev/nbd10  /dev/nbd13  /dev/nbd2   /dev/nbd5  /dev/nbd8

# nbd-client 192.168.1.1 1234 /dev/nbd0
Negotiation: ..size = 307200KB
bs=1024, sz=307200

# nbd-client 192.168.1.1 1235 /dev/nbd1
Negotiation: ..size = 307200KB
bs=1024, sz=307200

# nbd-client 192.168.1.1 1236 /dev/nbd2
Negotiation: ..size = 307200KB
bs=1024, sz=307200

将nbd1格式化为vfat格式.
# mkfs.vfat /dev/nbd1 
mkfs.vfat 2.11 (12 Mar 2005)
unable to get drive geometry, using default 255/63

将nbd2格式化为ext2格式.
# mkfs.ext2  /dev/nbd2 
mke2fs 1.39 (29-May-2006)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
76912 inodes, 307200 blocks
15360 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=67633152
38 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
2024 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
        8193, 24577, 40961, 57345, 73729, 204801, 221185

Writing inode tables: done                            
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

This filesystem will be automatically checked every 21 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

挂载这3个块设备
# cd /mnt
# mkdir nbd1 nbd2
# mount /dev/nbd0 nbd0
# mount /dev/nbd1 nbd1
# mount /dev/nbd2 nbd2

# df -h 
Filesystem            Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/nbd0             291M   11M  265M   4% /mnt/nbd0
/dev/nbd1             300M     0  300M   0% /mnt/nbd1
/dev/nbd2             291M  2.1M  274M   1% /mnt/nbd2

# mount
/dev/nbd0 on /mnt/nbd0 type ext3 (rw)
/dev/nbd1 on /mnt/nbd1 type vfat (rw)
/dev/nbd2 on /mnt/nbd2 type ext2 (rw)


<think>嗯,用户问的是嵌入式Linux系统如何引导VOI系统。首先,我需要明确这两个概念。嵌入式Linux系统应该是指基于Linux的嵌入式操作系统,而VOI系统可能是指Virtual OS Infrastructure,或者可能有其他含义。不过,根据常见的技术术语,VOI通常指的是虚拟操作系统基础设施,可能类似于虚拟化环境或桌面虚拟化方案。比如有些厂商的VOI解决方案,像和信创天的VOI(Virtual OS Infrastructure),它结合了本地虚拟化和云端管理。 接下来,我需要考虑嵌入式Linux引导VOI系统的流程。首先,嵌入式系统的启动过程通常包括Bootloader、内核加载、根文件系统挂载等步骤。如果要引导VOI,可能需要在这个流程中加入启动虚拟化组件或连接到云端管理的步骤。可能的步骤包括: 1. Bootloader阶段:嵌入式设备上电后,执行Bootloader(如U-Boot),初始化硬件,加载内核和initramfs。这时候可能需要加载支持虚拟化或网络启动的模块。 2. Linux内核启动:内核初始化硬件,加载必要的驱动,特别是网络驱动和虚拟化相关的模块(如KVM)。可能需要配置内核以支持虚拟化。 3. 根文件系统挂载:根文件系统可能来自本地存储或网络(如NFS),如果是VOI,可能需要从网络获取虚拟磁盘镜像或配置文件。 4. 启动VOI客户端或代理:系统启动后,运行VOI客户端程序,连接管理服务器,获取虚拟操作系统镜像,可能在本地运行或远程执行。 但这里可能存在一些疑问,比如VOI的具体架构是怎样的?是否需要在嵌入式Linux上运行虚拟机,还是作为终端连接到远程的虚拟桌面?如果是后者,可能不需要本地虚拟化支持,而是需要远程显示协议如RDP或SPICE。 另外,嵌入式设备的资源有限,如何平衡运行VOI的需求?可能需要轻量级的客户端,或者VOI方案针对嵌入式环境优化。 可能的挑战包括:硬件兼容性、网络稳定性、启动速度、资源占用等。需要确保嵌入式Linux的内核配置正确,包含必要的虚拟化和网络模块,同时VOI客户端能够高效运行。 总结的话,引导流程可能分为几个步骤:硬件初始化、加载支持VOI的Linux系统、启动VOI客户端并连接管理平台,最后加载虚拟操作系统。需要具体了解VOI系统的架构才能更准确描述,但大致步骤应该是这样的。</think>嵌入式Linux系统引导VOI(Virtual OS Infrastructure)系统的过程需要结合硬件初始化、操作系统加载和虚拟化层协同工作。以下是分步骤解析: --- ### **1. 硬件初始化阶段** - **Bootloader执行** 设备上电后,由Bootloader(如U-Boot)完成硬件初始化: - 初始化CPU、内存、存储控制器 - 加载嵌入式Linux内核(`zImage`或`uImage`)及初始RAM文件系统(`initramfs`) - 若VOI需要网络引导,需配置网络驱动并获取IP地址(如通过DHCP) --- ### **2. 嵌入式Linux内核启动** - **内核加载与硬件驱动** Linux内核启动后: - 挂载根文件系统(可能是本地存储或网络文件系统如NFS) - 加载虚拟化相关驱动(如KVM模块)或网络协议栈(如iSCSINBD- 启用必要的服务(如SSH、TFTP客户端) --- ### **3. VOI客户端/代理启动** - **VOI服务初始化** 在用户空间启动VOI管理客户端: 1. **连接管理服务器** 通过HTTP/HTTPS或专用协议(如TCP长连接)与VOI控制中心通信 2. **获取虚拟镜像** 下载或挂载虚拟操作系统镜像(可能为磁盘镜像文件或差分镜像) 3. **本地虚拟化环境准备** 若需本地运行虚拟OS,则调用KVM/QEMU加载镜像;若为远程桌面,则启动远程协议客户端(如RDP、SPICE) --- ### **4. 虚拟操作系统加载** - **虚拟OS启动流程** - **场景1:本地虚拟化** 通过KVM直接启动虚拟镜像,由嵌入式Linux提供硬件虚拟化支持 ```bash qemu-system-x86_64 -kernel vmlinuz -initrd initrd.img -hda voi_os.img ``` - **场景2:远程桌面连接** 运行轻量级客户端(如FreeRDP),从服务器流式传输操作系统界面 --- ### **关键技术与配置** | 技术点 | 说明 | |-----------------|---------------------------------------------------------------------| | **内核配置** | 需启用`CONFIG_KVM`、`CONFIG_VIRTIO`等虚拟化选项 | | **网络引导** | 使用PXE或iSCSI协议从服务器加载镜像 | | **资源隔离** | 通过Cgroups限制VOI进程的CPU/内存占用 | | **安全机制** | 启用Secure Boot验证镜像签名,或通过TLS加密通信 | --- ### **典型挑战与解决** 1. **启动速度优化** - 使用UBIFS替代传统文件系统以减少读取延迟 - 差分镜像技术仅下载增量更新 2. **低资源适配** - 裁剪Linux内核,移除非必要模块 - 选择轻量级VOI客户端(如基于Web的WebSocket协议) 3. **高可用性保障** - 实现双系统冗余启动(如A/B分区切换) - 断点续传机制保障镜像下载完整性 --- ### **实例:基于NXP i.MX8的VOI引导** 1. U-Boot加载设备树(`.dtb`)和内核 2. Linux挂载OverlayFS合并只读根文件系统和可写层 3. systemd启动`voi-agent.service`,连接云端获取Win10虚拟镜像 4. 通过KVM启动镜像,用户通过LVDS触摸屏交互 --- ### **总结** 嵌入式Linux引导VOI的核心在于: 1. 硬件虚拟化支持与资源隔离 2. 灵活的网络引导和镜像管理 3. 轻量化系统设计与实时性优化 实际部署需根据VOI架构(本地虚拟化/远程桌面)调整技术方案。
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