Linux 就该这么学 CH07 使用RAID和LVM磁盘阵列技术

1 RAID （独立冗余磁盘阵列）

RAID 技术通过把多个硬盘设备组合成一个容量更大、安全性更好的磁盘阵列，并把数据切割成多个区段之后分别存在各个不同的物理硬盘设备上，然后利用分散读写计数来提升磁盘阵列整体的性能，同时把多个重要数据的副本同步到不同的物理硬盘设备上，从而起到了非常好的数据冗余备份效果。

RAID的优点是： 非常好的数据冗余备份功能，降低了磁盘损坏后的丢失数据的机率，还提升了硬盘的读写速度。

缺点：　增加成本支出。

　　常见的 RAID磁盘阵列方案：

1)RAID0

RAID0:把多块物理硬盘通过硬件或软件的方式串联在一起，组成一个大的卷组，并把数据依次写到各个物理硬盘中。RAID0能够有效提升硬盘数据的读写速度，但是不具备数据备份和错误修复能力)。如下图所示，数据会被分别写入到不同的硬盘设备中，即disk1和disk2依次轮流存储数据，提升了读写速度，但任一个盘发生故障整个系统的数据都会破坏。

　　

2) RAID1

RAID1 把两块以上的硬盘设备进行绑定，在写入数据时，是将数据同时写入到多块硬盘设备上（可看作备份或镜像）。当其中一个硬盘发生故障后，一般会立即自动以热交换方式来恢复数据的正常使用。RAID1没有提供读写速度，硬盘空间真实可用率减半，数据安全性提高。

3） RAID5

RAID5 技术是把硬盘设备的数据奇偶校验信息保存到其他的设备中。这样的好处是其中任何一个设备损坏后不至于出现致命的缺陷，原因是：当硬盘设备出现故障之后通过奇偶校验信息来尝试重建损坏的数据。 RAID5兼顾了硬盘设备的读写速度、数据安全性和存储成本问题。

4） RAID10

RAID10是RAID1+RAID0技术的一个组合体。RAID10技术需要至少4块硬盘来组建，其中分别两两制成RAID1磁盘阵列，以保证数据的安全性，然后在对两个RAID1磁盘阵列实施RAID0技术，进一步提高硬盘设备的读写速度。

只要坏的不是同一组中的所有硬盘，那么最多可以损坏50%的硬盘设备而不丢失数据。由于RAID 10技术继承了RAID 0的高读写速度和RAID 1的数据安全性，在不考虑成本的情况下RAID 10的性能都超过了RAID 5，因此当前成为广泛使用的一种存储技术。

5)部署磁盘阵列

mdadm命令

mdadm命令用于管理Linux系统中的软件RAID硬盘阵列，格式为mdadm [模式] <RAID设备名称> [参数] [成员设备名称]。



例程：用mdadm命令来创建RAID10，名称为"/dev/md0".编写脚本。

#!/bin/bash
# example for create RAID10

##先关闭虚拟机，然后新建立4个硬盘，大小可以自定义。
ls /dev/sd*
#create RAID10 ,命名为/dev/md0，由4个盘组成，显示创建过程且自动创建设备文件
mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 4 -l 10 /dev/sdc  /dev/sdd /dev/sde  /dev/sdf
#格式化md0为ext4格式
mkfs.ext4 /dev/md0
#创建挂载点
mkdir /RAID
#把MD0挂载到RAID上
mount /dev/md0 /RAID
#查看挂载状态和硬盘使用量信息，可以看到，4个硬盘组成RAID 10
df -h
#查看/dev/md0磁盘阵列的详细信息
mdadm -D /dev/md0
#往/etc/fstab文件中追加挂载信息，实现永久挂载
echo "/dev/md0  /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab 

6）损坏磁盘阵列及修复

例程2：在例程1上模拟磁盘损坏和修复。

#!/bin/bash
# example for RAID10磁盘阵列损坏和修复,这里接上个实验

##这里是模拟磁盘损坏，可以直接删除某个磁盘，也可以使用软件移除硬盘
#这里假设sdd硬盘损坏

#把/dev/sdd从磁盘阵列/dev/md0中移除，软件移除
mdadm /dev/md0 -f /dev/sdd
#查看磁盘这列/dev/md0详细信息，发现/dev/sdd状态从active变为faulty
mdadm -D /dev/md0 

#重启系统，
reboot
###下面的命令不会执行，需要手动执行或另外写文件重启后执行
# 卸载/RAID目录
umount /RAID  

#如果磁盘直接被删除，则关闭虚拟机再添加一块硬盘 ，如果使用命令移除则不需要。
#查看新加的磁盘
ls /dev/sd*
#把新硬盘添加到RAID磁盘阵列中
mdadm /dev/md0 -a /dev/sdd
#查看磁盘阵列/dev/md0详细信息，/dev/sdd正在 spare rebuilding,然后变回active
mdadm -D /dev/md0
#重新挂载
mount -a

7）磁盘阵列+备份盘

例程3：创建一个带备份的RAID5磁盘阵列。

#!/bin/bash
# example for 创建RAID5磁盘阵列+备份功能

##关闭虚拟机创建4个硬盘。大小自定义

#查看新建的硬盘
ls /dev/sd*
#用3块硬盘创建RAID 5磁盘阵列，再用1块作为备份盘
mdadm -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sd[c-f]
#查看磁盘阵列详细信息，显示3个盘为actvie，1个盘为spare，RAID类型为RAID 5
mdadm -D /dev/md0
#格式化md0
mkfs.ext4 /dev/md0
#往/etc/fstab文件追加挂载信息，以实现永久挂载
echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab
#创建挂载点
mkdir /RAID
#刷新挂载
mount -a
#故意移除RAID 5阵列中的其中一个盘（active的盘）
mdadm /dev/md0 -f /dev/sdd
#再查看磁盘阵列/dev/md0详细信息，显示备份盘自动定提上去并开始数据同步（spare rebuilding）。
mdadm -D /dev/md0

LVM（逻辑卷管理器）

RAID可以有效提高硬盘的读写速度和安全性，但是却无法调整硬盘分区的大小。LVM可以允许用户对硬盘资源大小进行动态的调整。

LVM技术是在硬盘的分区和文件系统之间添加一个逻辑层，它提供了一个抽象的卷组，可以把多块硬盘进行卷组合并。这样用户不用关系物理硬盘设备的底层架构和布局，就可以实现对硬盘分区的动态调整。



PE（Physical Extent）：表示最小的物理单元，分区之后的逻辑卷必须是PE的整数倍。也可以理解为一个单位。

PV（物理卷，Physical Volume）：物理卷，表示实际硬盘的大小，处于LVM中的最底层，可以将其理解为物理硬盘、硬盘分区或者RAID磁盘阵列。

VG（卷组，Volume Group）：建立在物理卷之上，一个卷组可以包含多个物理卷，而且在卷组创建之后也可以继续向其中添加新的物理卷；大小是总和。

LV（逻辑卷，Logical Volume）：逻辑卷是用卷组中空闲的资源建立的，并且逻辑卷在建立后可以动态地扩展或缩小空间；

1）部署逻辑卷

部署 LVM的顺序是：配置物理卷 --> 配置卷组 -->配置逻辑卷。

例程1：编写shell脚本。先新建2个物理卷组，再对硬盘进行卷组合并，接着切割150M的逻辑卷设备 -->把逻辑卷设备格式化为Ext4文件系统后挂载使用。

#!/bin/bash

#测试LVM程序，生成逻辑卷

ls /dev/sd*                     	#查看硬盘情况
pvcreate /dev/sdb /dev/sdc      	#建立物理卷管理
vgcreate storage /dev/sdb /dev/sdc	#建立卷组管理
vgdisplay							#显示卷组管理
#建立逻辑卷管理，大小可以使用-L 150M直接指定，
#也可以使用 -l 37 来指定基本单元的个数，基本单元默认大小为4MB
lvcreate -n vo -l 37 storage
lvdisplay                           #显示建立的逻辑卷
mkfs.ext4 /dev/storage/vo           #格式化
mkdir /share
mount /dev/storage/vo /share     	#挂载
df -h 								#查看状态
echo "/dev/storage/vo  /share ext4 defaults 0 0" >>/etc/fstab     #直接写入文件配置，永久挂载

2）扩容逻辑卷

注意：扩容之前先卸载设备和挂载点的关联。

1、扩容逻辑卷（lvextend）。

2、检查磁盘完整性（e2fsck）,并重置硬盘容量（resize2fs）。如果明明执行了多次e2fsck命令还是提示“运行e2fsck命令”，重启系统再试。

3、重新挂载硬盘设备并查看挂载的状态。

例程：将上面的例程种的逻辑卷vo扩展到400M.

umount /linuxprobe                  #卸载设备和挂载点关联
lvextend -L 400M /dev/storage/vo    #扩容逻辑卷vo至400M
e2fsck -f /dev/storage/vo           #检查硬盘完整性
resize2fs /dev/storage/vo           #重置硬盘容量，如果明明执行了多次e2fsck命令还是提示“运行e2fsck命令”，重启系统再试。
mount -a                            #重新挂载
df -h                               #查看挂载状态

3）缩小逻辑卷

注意：缩容之前先卸载设备和挂载点的关联。

1、检查磁盘完整性（e2fsck）。

2、先向系统报备一下即将要执行的逻辑卷的缩容操作（resize2fs）,再缩容逻辑卷（lvreduce）。

3、重新挂载硬盘设备并查看挂载的状态。

例程：将上面的例程种的逻辑卷vo缩容到120M.

umount /linuxprobe                  #卸载
e2fsck -f /dev/storage/vo           #检查文件系统完整性
resize2fs /dev/storage/vo 120M      #先通知系统，即将要执行对逻辑卷vo缩容到120M的操作，看有没有问题
lvreduce -L 120M /dev/storage/vo    #把逻辑卷vo缩容至120M
mount -a                            #重新挂载
df -h                               #查看挂载状态

4）逻辑卷快照

LVM快照：类似于虚拟机软件的还原时间点功能。

可以对某一个逻辑卷设备做一次快照，如果日后发现数据被改错了，就可以利用之前做好的快照卷进行覆盖还原。

LVM的快照卷功能有两个特点：

• 快照卷的容量必须等同于逻辑卷的容量；
• 快照卷仅一次有效，一旦执行还原操作后则会被立即自动删除。不过一个逻辑卷可以做多个快照卷。

实例：承接上面例子，往逻辑卷设备新建一个文件。然后为逻辑卷创建快照卷。再在逻辑卷目录生成一个垃圾文件。后先卸载逻辑卷与挂载点关联，再尝试快照还原操作（lvconvert --merge），再重新挂载，查看逻辑卷目录是否回到创建快照前的状态。

vgdisplay 		#查看卷组信息
echo "Welcome to Linuxprobe.com" > /linuxprobe/readme.txt    #往逻辑卷设备写入一个文件
ls -l /linuxprobe                                            #查看逻辑卷目录的内容
lvcreate -L 120M -s -n SSS /dev/storage/vo                   #为逻辑卷vo生成一个快照卷，命名为SSS，指定切割大小为120M，
lvdisplay                                                    #查看逻辑卷详细信息，可以看到SSS是vo的快照卷（snapshot）
dd if=/dev/zero of=/linuxprobe/files count=1 bs=100M         #在逻辑卷vo的目录下创建一个100M的文件
lvdisplay                                                    #查看逻辑卷详细信息，可以发现vo的空间占用量上升
umount /linuxprobe                                           #卸载逻辑卷与挂载点关联
lvconvert --merge /dev/storage/SSS                           #对逻辑卷vo进行快照还原操作
mount -a                                                     #重新挂载
ls /linuxprobe/                                             #查看逻辑卷目录，可以发现创建快照后再创建的100M文件不见了，逻辑卷恢复成设置快照前的状态

5）删除逻辑卷

删除LVM前记得提前备份。

删除逻辑卷，要依次删除逻辑卷（lvremove ）、卷组（vgremove ）、物理卷设备（pvremove ），顺序不可颠倒。

实例：承接上面例子，删除逻辑卷。

umount /linuxprobe                               #卸载
vim /etc/fstab

/dev/storage/vo /linuxprobe ext4 defaults 0 0 #删除挂载信息

lvremove /dev/storage/vo                         #删除逻辑卷，要按y确认
vgremove storage                                 #删除卷组
pvremove /dev/sdb /dev/sdc                       #删除物理卷

参考：

https://www.cnblogs.com/kaminwu/p/10916161.html#no0202