QEMU 使用的镜像文件：qcow2 与 raw-2

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2 级查找在 qcow2 中，磁盘的内容是保存在 cluster 中（每个 cluster 包含一些大小为 512 字节的扇区）。为了找到给定地址所在的 cluster，我们需要查找两张表，L1->L2。L1 表保存一组到 L2 表的偏移量，L2 表保存一组到 cluster 的偏移量；
所以一个地址要根据 cluster_bits（64 位）的设置分成 3 部分，比如说 cluster_bits=12；
低 12 位是一个 4Kb cluster 的偏移（2 的 12 次方=4Kb）；
接下来 9 位是包含 512 个表项目的 L2 表；
剩下 43 位的代表 L1 表偏移量。
为了获取一个给定地址（64 位）的偏移位置：

• 从 Head 域中的 l1_table_offset 取得 L1 表的地址
• 用前（64-l2_bits-cluster_bits）位地址去索引 L1 表
• 在 L1 表中的偏移量获得 L2 表的地址
• 用地址中的接下来的 l2_bits 去索引 L2 表，获得一个 64 位的表项
• 用 L2 表中的偏移量获得 cluster 的地址
• 用地址中剩下的 cluster_bits 位去索引该 cluster，获得该数据块

如果 L1 表和 L2 表中的偏移量都是空，这块区域就尚未被镜像文件分配。
注意 L1 表和 L2 表中的偏移量的前两位被保留，用做表示'copied' 或'compressed'。
Copy-on-Write 镜像文件qcow2 镜像可以用来保存另一个镜像文件的变化，它并不去修改原始镜像文件，只记录与原始镜像文件的不同即可，这种镜像文件就叫做 copy-on-write 镜像。虽然是一个单独的文件，但它的大部分的数据都来自原始镜像，只有跟原始镜像文件相比有变化的 cluster 才会被记录下来。
这很容易去实现，在头部信息中记录原始文件路径即可。当需要从一个 copy-on-write 镜像文件中读取一个 cluster 的时候，首先检查这块区域是否已经在该镜像文件中被分配，如果没有就从原始文件读取。
快照快照有些类似 Copy-On-Write 文件，但区别是快照是一个可写的。快照就是原始文件本身（内部快照）。它既包含做快照之前的原始文件部分，它本身也包含可写的部分。
每一个快照都包含如下的头部结构：
清单 3. qcow2 快照 Header

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typedef struct QCowSnapshotHeader {     /* header is 8 byte aligned */     uint64_t l1_table_offset;     uint32_t l1_size;     uint16_t id_str_size;     uint16_t name_size;     uint32_t date_sec;     uint32_t date_nsec;     uint64_t vm_clock_nsec;     uint32_t vm_state_size;     uint32_t extra_data_size; /* for extension */     /* extra data follows */     /* id_str follows */     /* name follows  */ } QcowSnapshotHeader;

qcow2 的其他特性qcow2 支持压缩，它允许每个簇（cluster）单独使用 zlib 压缩。它也支持使用 128 位的 AES 密钥进行加密。
创建 qcow2 和 raw 文件以及两种镜像的对比使用 QEMU 软件包自带的 qemu-img 软件创建 qcow2 文件。
清单 4. 创建 qcow2 和 raw 文件

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$ qemu-img create -f qcow2 test.qcow2 10G Formatting 'test.qcow2', fmt=qcow2 size=10737418240 encryption=off cluster_size=65536 lazy_refcounts=off $ qemu-img create -f raw test.raw 10G Formatting 'test.raw', fmt=raw size=10737418240

对比两种格式的文件的实际大小以及占用空间大小如下：
清单 5. qcow2 和 raw 文件占用空间情况对比

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$ ll -sh test.* 200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:29 test.qcow2    0 -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong  10G 5 月   6 10:28 test.raw [qiaoliyong@localhost ]$ stat test.raw   文件："test.raw"   大小：10737418240    块：0          IO 块：4096   普通文件 [qiaoliyong@localhost ]$ stat test.qcow2   文件："test.qcow2"   大小：197120     块：400        IO 块：4096   普通文件

从对比中可以看出 qcow 格式的镜像文件大小位 197120 字节，占用空间为 200K，占用了 200 块磁盘空间。而 raw 格式的文件则没有占用磁盘空间，它是一个空洞文件。
Raw 格式与 qcow2 转化QEMU 软件包里面提供的 qemu-img 工具可用于 image 镜像一些常用操作。
将 raw 格式转化为 qcow2 格式的文件命令如下：

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qemu-img convert -f raw -O qcow2 test.raw test.raw.qcow2 [qiaoliyong@localhost kimchi]$ ll -sh test.* 200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:29 test.qcow2    0 -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong  10G 5 月   6 10:28 test.raw 200K -rw-r--r-- 1 qiaoliyong qiaoliyong 193K 5 月   6 10:44 test.raw.qcow2

两种格式文件的性能比较
表 1. 使用 ide 作为虚拟磁盘的驱动的三种镜像格式性能对比
cache =offwritethroughwritebackOld qcow2 (0.10.5)16:52 min28:58 min6:02 minNew qcow2 (0.11.0-rc1)5:44 min9:18 min6:11 minraw5:41 min7:24 min6:03 min
表 2. 使用 virtio 作为虚拟磁盘的驱动的三种镜像格式性能对比
cache =offwritebackOld qcow2 (0.10.5)31:09 min8:00 minNew qcow2 (0.11.0-rc1)18:35 min8:41 minraw8:48 min7:51 min
小结本文着重介绍了 QEMU 虚拟机使用的镜像文件 qcow2 的格式以及特性，并与 raw 格式镜像做了对比。qcow2 格式的文件虽然在性能上比rRaw    格式的有一些损失（主要体现在对于文件增量上，qcow2 格式的文件为了分配 cluster 多花费了一些时间），但是 qcow2 格式的镜像比 Raw 格式文件更小，只有在虚拟机实际占用了磁盘空间时，其文件才会增长，能方便的减少迁移花费的流量，更适用于云计算系统，同时，它还具有加密，压缩，以及快照等 raw 格式不具有的功能。