Expansão de Volumes Lógicos em VMs KVM com Terraform

Sumário

• Introdução
• Objetivo do Artigo
• Pré-requisitos
• Passo a Passo Detalhado
• Adicionando e Configurando Volumes Físicos (PV), Grupos de Volumes (VG) e Volumes Lógicos (LV)
• Expandindo Volumes Lógicos (LV)
• Expansão do Armazenamento
• Conclusão

Expansão de Volumes Lógicos em VMs KVM com Terraform

Introdução

Com o crescimento constante dos dados e a flexibilidade exigida pela virtualização, o gerenciamento dinâmico de armazenamento tornou-se uma prática fundamental para equipes de TI. Especialmente em ambientes virtualizados, como os baseados no KVM (Kernel-based Virtual Machine), a capacidade de ajustar o armazenamento de volumes lógicos (LVM) permite que administradores de sistemas expandam e reorganizem volumes de forma eficiente.

Neste artigo, vamos explorar como criar e expandir volumes lógicos em uma máquina virtual gerenciada pelo KVM usando o Terraform. O Terraform é uma ferramenta de Infraestrutura como Código (IaC) que facilita a criação e o gerenciamento de infraestruturas complexas, permitindo a automação do provisionamento de recursos, incluindo volumes de armazenamento.

O foco deste guia é mostrar, em passos detalhados, como configurar volumes físicos (PV), grupos de volumes (VG) e volumes lógicos (LV), além de expandi-los conforme a necessidade. A abordagem facilita o gerenciamento de armazenamento e torna o processo escalável, com operações de adição e redimensionamento sem interrupção de serviço.

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Objetivo do Artigo

Neste artigo, você aprenderá a:

• Configurar uma máquina virtual no KVM com Terraform.
• Adicionar e configurar volumes físicos e grupos de volumes.
• Criar e expandir volumes lógicos (LV) para atender a cenários de aumento de dados.
• Realizar o redimensionamento do sistema de arquivos para que ele possa utilizar o espaço expandido.

O público-alvo inclui administradores de sistemas, engenheiros de DevOps e desenvolvedores que desejam dominar o gerenciamento dinâmico de volumes lógicos em VMs KVM e Terraform. Além disso, para aqueles que possuem algum conhecimento em LVM e desejam aplicá-lo a ambientes virtualizados, este guia oferece uma abordagem prática e simplificada para a expansão de armazenamento.

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Pré-requisitos

Para seguir este guia, alguns conhecimentos e ferramentas são necessários para o correto provisionamento e expansão de volumes lógicos em uma VM KVM com Terraform.

1. Conhecimentos Necessários

• Familiaridade com Linux: É importante ter um entendimento básico de comandos do Linux, já que a maioria das operações será executada em um sistema Linux.
• Conceitos de LVM (Logical Volume Manager): Recomenda-se entender os conceitos de PV (Volume Físico), VG (Grupo de Volume) e LV (Volume Lógico) para acompanhar o processo.
• Noções de Virtualização com KVM: Conhecimento em operar máquinas virtuais (VMs) usando o KVM, um dos hipervisores de código aberto mais populares para Linux.
• Infraestrutura como Código (IaC) com Terraform: Familiaridade com a sintaxe e o fluxo de trabalho do Terraform permitirá que você personalize as configurações conforme necessário.

2. Ferramentas Necessárias

Para configurar o ambiente, vamos usar KVM e libvirt para virtualização e o Terraform para gerenciamento e automação dos recursos. Caso precise de instruções detalhadas para instalar e configurar essas ferramentas em um ambiente Ubuntu, consulte o post completo no blog Instalação e Configuração do KVM/LIBVIRT e Terraform no Ubuntu, onde cada etapa de configuração é explicada com detalhes.

3. Configuração do Ambiente

• Arquivo de Configuração main.tf: Este arquivo conterá as definições de recursos do Terraform, incluindo a VM, volumes e rede. Ele será fornecido e explicado na seção de configuração do Terraform.
• Arquivo de Configuração cloud_init.yml: Este arquivo será usado para configurar automaticamente o usuário e o hostname na VM.
• Acesso Root ou Sudo no Host: Para executar comandos que exigem privilégios administrativos, como criação e conexão de volumes.

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Passo a Passo Detalhado

Nesta seção, configuraremos o ambiente KVM para provisionar uma máquina virtual com o Terraform. Em seguida, faremos a expansão do armazenamento da VM utilizando volumes físicos (PV), grupos de volumes (VG) e volumes lógicos (LV).

1. Definindo o Ambiente KVM no Terraform

Para começar, crie um arquivo chamado main.tf, que será usado para definir a infraestrutura da VM no KVM. Esse arquivo instrui o Terraform a se conectar ao KVM usando o provedor libvirt, a provisionar a máquina virtual e a configurar seu armazenamento, rede e recursos de hardware.

Configuração do Arquivo main.tf

Aqui está uma configuração de exemplo para o main.tf:

terraform {
  required_providers {
    libvirt = {
      source = "dmacvicar/libvirt"
    }
  }
}

provider "libvirt" {
  uri = "qemu:///system"
}

resource "libvirt_volume" "os_image" {
  name   = "file-server.qcow2"
  pool   = "default"
  source = "/home/gean/kvm/templates/ol8-amd64.qcow2" # Caminho da imagem base da VM
  format = "qcow2"
}

data "template_file" "user_data" {
  template = file("${path.module}/cloud_init.yml")
}

resource "libvirt_cloudinit_disk" "cloudinit_resized" {
  name      = "cloudinit_resized.iso"
  user_data = data.template_file.user_data.rendered
  pool      = "default"
}

resource "libvirt_domain" "file-server" {
  name   = "file-server"
  memory = "2048" # Memória em MB
  vcpu   = 2      # Número de CPUs

  cpu {
    mode = "host-passthrough"
  }

  cloudinit = libvirt_cloudinit_disk.cloudinit_resized.id

  network_interface {
    network_name   = "default"
    wait_for_lease = true
  }

  console {
    type        = "pty"
    target_port = "0"
    target_type = "serial"
  }

  disk {
    volume_id = libvirt_volume.os_image.id
  }

  graphics {
    type        = "spice"
    listen_type = "none"
  }
}

output "ip" {
  value = libvirt_domain.file-server.network_interface[0].addresses[0]
}

2. Configurando o Cloud-init

O próximo passo é criar um arquivo cloud_init.yml para configurar automaticamente o usuário e o hostname da VM durante o provisionamento. O cloud-init permite que você automatize configurações iniciais, como a criação de usuários e a autorização de chaves SSH.

Configuração do Arquivo cloud_init.yml

#cloud-config

users:
  - name: gean
    gecos: "Gean Martins"
    sudo: "ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL"
    shell: /bin/bash
    lock_passwd: false  
    ssh-authorized-keys:
      - ${file("~/.ssh/tfvms.pub")} # Caminho da chave SSH pública

ssh_pwauth: true  

chpasswd:
  list: |
     gean: $6$kp7ay8JwVMNBTlL1$xf/nfw3WWePI3PhzccOTaaNXiDVrhIBck6i4pKJ89897u3/xNbDXc5zf0LInnCN0HkP4A/jVbQVk3qTMt4hq/1 
  expire: false
    
runcmd:
  - hostnamectl set-hostname file-server

3. Executando o Terraform para Provisionamento da VM

Agora, com os arquivos main.tf e cloud_init.yml prontos, podemos iniciar o processo de provisionamento da VM com o Terraform. Siga os passos abaixo para inicializar e aplicar a configuração:

terraform init          # Inicializa o ambiente do Terraform
terraform fmt           # Formata o arquivo para padronização
terraform validate      # Valida a sintaxe do arquivo Terraform
terraform plan          # Mostra o plano de execução
terraform apply         # Aplica as configurações

Após a execução do comando terraform apply, você verá uma saída com o endereço IP da VM, indicando que os recursos foram criados com sucesso.

Apply complete! Resources: 3 added, 0 changed, 0 destroyed.

Outputs:

ip = "192.168.122.236"

4. Verificando o Status da VM

Para garantir que a VM foi provisionada corretamente, execute o comando abaixo para listar as VMs em execução:

virsh list
 Id   Name          State
-----------------------------
 2    file-server   running

E para verificar os discos conectados à VM:

virsh domblklist file-server
 Target   Source
-------------------------------------------------------
 vda      file-server.qcow2
 hdd      /home/gean/kvm/images/cloudinit_resized.iso

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Adicionando e Configurando Volumes Físicos (PV), Grupos de Volumes (VG) e Volumes Lógicos (LV)

Nesta seção, vamos adicionar um novo disco à máquina virtual para expandir o armazenamento. Em seguida, configuraremos esse disco para ser utilizado como um volume físico (PV), adicioná-lo a um grupo de volumes (VG) e, finalmente, criar volumes lógicos (LV) que poderão ser montados e utilizados pelo sistema de arquivos.

1. Adicionando um Novo Disco à VM

O primeiro passo é adicionar um novo disco à VM usando o virsh. Este disco será configurado para armazenamento adicional.

1. Crie o novo volume de disco com o comando abaixo. Neste exemplo, o disco é criado com capacidade de 4GB e em formato raw:

   virsh vol-create-as --pool default --name file-server-vdb.img --capacity 4G --format raw
   

2. Anexe o disco recém-criado à VM:

   virsh attach-disk file-server /home/gean/kvm/images/file-server-vdb.img vdb --targetbus virtio --persistent
   

3. Confirme que o disco foi anexado corretamente, verificando a lista de discos da VM:

   virsh domblklist file-server
   Target   Source
   -------------------------------------------------------
   vda      file-server.qcow2
   vdb      /home/gean/kvm/images/file-server-vdb.img
   hdd      /home/gean/kvm/images/cloudinit_resized.iso
   

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2. Configurando o Volume Físico (PV)

Agora que o disco foi adicionado, vamos configurar o dispositivo /dev/vdb como um Volume Físico (PV) para que ele possa ser gerenciado pelo LVM.

1. Conecte-se à VM usando o SSH:

   ssh 192.168.122.236 
   

2. Verifique se o disco /dev/vdb está listado como um dispositivo disponível:

   lsblk
   

   A saída deve mostrar o novo dispositivo /dev/vdb com 4GB de espaço disponível.

3. Use o comando pvcreate para configurar o disco como um volume físico:

   sudo pvcreate /dev/vdb
   

4. Verifique o status dos volumes físicos:

   sudo pvs
   

   A saída deve confirmar que /dev/vdb foi configurado com sucesso como um PV.

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3. Criando um Grupo de Volume (VG)

Com o volume físico (PV) criado, o próximo passo é configurar um grupo de volume (VG) para gerenciar o espaço de armazenamento.

1. Crie um novo grupo de volume chamado vg_data e adicione o volume físico /dev/vdb a ele:

   sudo vgcreate vg_data /dev/vdb
   

2. Confirme a criação do VG verificando com o comando vgs:

   sudo vgs
   

   A saída deve mostrar o novo VG vg_data com 4GB de espaço disponível.

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4. Criando Volumes Lógicos (LV)

Agora que o grupo de volumes está configurado, vamos criar volumes lógicos (LV) dentro dele. Esses LVs serão utilizados como partições de armazenamento montáveis.

1. Crie um volume lógico de 2GB chamado alunos:

   sudo lvcreate -L 2G -n alunos vg_data
   

2. Em seguida, crie outro volume lógico chamado professor que utiliza 50% do espaço restante no grupo de volumes:

   sudo lvcreate -l 50%FREE -n professor vg_data
   

3. Verifique o status dos volumes lógicos:

   sudo lvs
   

   A saída deve mostrar os LVs alunos e professor com os tamanhos definidos.

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5. Montando os Volumes Lógicos

Por fim, vamos formatar os volumes lógicos com o sistema de arquivos XFS e montá-los em diretórios específicos.

1. Formate o volume alunos com o sistema de arquivos XFS:

   sudo mkfs.xfs /dev/vg_data/alunos
   

2. Formate o volume professor com o sistema de arquivos XFS:

   sudo mkfs.xfs /dev/vg_data/professor
   

3. Crie os diretórios onde os volumes serão montados:

   sudo mkdir /mnt/alunos
   sudo mkdir /mnt/professor
   

4. Monte os volumes nos diretórios criados:

   sudo mount /dev/vg_data/alunos /mnt/alunos/
   sudo mount /dev/vg_data/professor /mnt/professor/
   

5. Verifique se os volumes estão montados corretamente usando df -h:

   df -h
   

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Expandindo Volumes Lógicos (LV)

Ao longo do tempo, a necessidade de armazenamento pode aumentar, especialmente em ambientes dinâmicos. Para acomodar esse crescimento, o LVM permite expandir facilmente os volumes lógicos existentes, e o sistema de arquivos XFS permite redimensionar o espaço sem desmontar o volume, garantindo uma operação contínua.

1. Simulação de Dados no LV

Para ilustrar o processo de expansão, vamos simular um cenário em que o volume lógico professor está próximo de sua capacidade total. Isso demonstrará a necessidade de expandir o volume.

1. Gere dados aleatórios no volume professor para preencher o espaço existente:

   sudo dd if=/dev/urandom of=/mnt/professor/file-01.txt bs=1M count=900
   

   Esse comando grava cerca de 900 MB de dados no volume professor.

2. Verifique o espaço utilizado no volume professor:

   sudo df -h | grep professor
   

   A saída mostrará que o volume está quase cheio, criando um cenário onde a expansão do volume é necessária.

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2. Expandindo o Volume Lógico (LV)

Com o volume professor próximo de sua capacidade, vamos expandi-lo. O LVM facilita esse processo com o comando lvextend, que aumenta o tamanho do volume conforme especificado.

1. Verifique o espaço livre disponível no grupo de volume vg_data:

   sudo vgs | grep vg_data
   

2. Expanda o volume lógico professor em 512 MB:

   sudo lvextend -L +512M /dev/vg_data/professor
   

   A saída deve indicar que o volume professor foi expandido com sucesso.

3. Confirme o novo tamanho do volume professor:

   sudo lvdisplay /dev/vg_data/professor
   

   A saída deve mostrar o tamanho atualizado do volume lógico.

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3. Redimensionando o Sistema de Arquivos XFS

Após expandir o volume lógico, é necessário redimensionar o sistema de arquivos para que ele utilize o novo espaço disponível. Com o XFS, essa operação pode ser realizada com o sistema de arquivos montado, o que facilita o processo sem necessidade de interromper o serviço.

1. Use o comando xfs_growfs para redimensionar o sistema de arquivos no volume professor:

   sudo xfs_growfs /mnt/professor
   

   A saída do comando indicará que o sistema de arquivos foi expandido para cobrir o novo espaço.

2. Verifique o novo espaço disponível no volume professor usando df -h:

   df -h | grep professor
   

   A saída deve mostrar o aumento de espaço disponível no volume montado.

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Expansão do Armazenamento

Em alguns casos, apenas expandir um volume lógico existente não é suficiente. Quando o grupo de volumes (VG) atinge sua capacidade máxima, é necessário adicionar um novo disco físico para expandir o armazenamento. Nesta seção, mostraremos como adicionar um disco físico, configurá-lo como um PV e, em seguida, integrá-lo ao grupo de volumes existente para suportar novas expansões de LVs.

1. Adicionar um Novo Disco ao Sistema

Começaremos adicionando um novo disco à VM, usando o virsh, assim como fizemos anteriormente.

1. No host, crie o novo volume de disco com o comando abaixo. Neste exemplo, o disco é criado com capacidade de 4GB e no formato raw:

   virsh vol-create-as --pool default --name file-server-vdc.img --capacity 4G --format raw
   

2. Anexe o disco recém-criado à VM:

   virsh attach-disk file-server /home/gean/kvm/images/file-server-vdc.img vdc --targetbus virtio --persistent
   

3. Verifique se o disco foi anexado corretamente:

   virsh domblklist file-server
   

   A saída deve mostrar o novo dispositivo vdc como parte dos discos da VM.

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2. Criando um Novo Volume Físico (PV)

Agora, com o novo disco /dev/vdc conectado à VM, vamos configurá-lo como um PV para que ele possa ser adicionado ao grupo de volumes vg_data.

1. Conecte-se à VM via SSH:

   ssh 192.168.122.236
   

2. Verifique se o disco /dev/vdc está disponível:

   lsblk
   

   A saída deve mostrar o novo dispositivo /dev/vdc com 4GB de espaço.

3. Use o comando pvcreate para configurar o novo disco como um volume físico:

   sudo pvcreate /dev/vdc
   

4. Confirme a criação do PV verificando com pvs:

   sudo pvs
   

   A saída deve mostrar /dev/vdc como um novo volume físico.

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3. Expandindo o Grupo de Volumes (VG)

Com o novo volume físico (PV) criado, vamos adicioná-lo ao grupo de volumes existente, vg_data. Isso aumentará a capacidade total do grupo, permitindo a expansão dos volumes lógicos associados.

1. Use o comando vgextend para adicionar o PV /dev/vdc ao grupo de volumes vg_data:

   sudo vgextend vg_data /dev/vdc
   

2. Confirme a expansão do VG usando vgs:

   sudo vgs
   

   A saída deve mostrar o grupo vg_data com a capacidade aumentada, incluindo o novo PV.

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4. Expandindo o Volume Lógico (LV)

Agora que o grupo de volumes foi expandido, podemos aumentar o volume lógico professor para utilizar o espaço adicional.

1. Expanda o volume lógico professor em mais 2GB:

   sudo lvextend -L +2G /dev/vg_data/professor
   

   A saída deve confirmar que o volume professor foi expandido com sucesso.

2. Para redimensionar o sistema de arquivos XFS e utilizar o novo espaço, execute:

   sudo xfs_growfs /mnt/professor
   

3. Verifique o novo espaço disponível no volume professor com df -h:

   df -h | grep professor
   

   A saída deve mostrar o espaço atualizado e disponível para uso.

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Essa etapa finaliza o processo de expansão de armazenamento adicionando novos discos e integrando-os ao grupo de volumes. Esse método de expansão modular permite ajustar a capacidade de armazenamento da VM de maneira contínua, mantendo a flexibilidade e o aproveitamento máximo dos recursos.

Conclusão

Expandir volumes lógicos em uma máquina virtual gerenciada pelo KVM usando o Terraform oferece uma abordagem eficiente e escalável para gerenciar armazenamento em ambientes virtualizados. Neste artigo, abordamos desde a configuração inicial do ambiente e o provisionamento de uma VM até a criação e expansão de volumes lógicos. Esse processo simplifica o gerenciamento de armazenamento e permite que a infraestrutura se adapte facilmente ao crescimento dos dados.

Ao longo do tutorial, você aprendeu como:

• Provisionar uma VM no KVM com o Terraform.
• Configurar e gerenciar volumes físicos (PV), grupos de volumes (VG) e volumes lógicos (LV) com o LVM.
• Realizar expansões de volumes lógicos e redimensionar o sistema de arquivos XFS sem interromper o funcionamento da VM.

Essas técnicas são valiosas em ambientes de produção, onde a flexibilidade e a capacidade de redimensionamento dinâmico são essenciais. Além disso, a combinação do Terraform com o LVM permite um gerenciamento padronizado e replicável, que pode ser automatizado conforme as necessidades da infraestrutura.

Recomendações Finais

• Planejamento de Armazenamento: Avalie regularmente o consumo de espaço e antecipe a necessidade de expansão para evitar limites críticos.
• Backups e Snapshots: Antes de realizar expansões ou redimensionamentos significativos, considere criar backups ou snapshots dos volumes.
• Automação e Monitoramento: Ferramentas de monitoramento de capacidade e alertas podem ajudar a automatizar futuras expansões de volumes, tornando o processo ainda mais eficaz.

A expansão de volumes lógicos com Terraform e KVM é um método poderoso para atender às demandas de ambientes em constante crescimento, permitindo que a infraestrutura seja dimensionada de forma rápida e controlada.

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