RAID与LVM磁盘管理-优快云博客

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使用 RAID 与 LVM 磁盘阵列技术

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后分别存放在各个不同的物理硬盘设备上，然后利用分散读写技术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。
现代企业更看重的则是 RAID 技术所具备的冗余备份机制以及带来的硬盘吞吐量的提升。也就是说，RAID 不仅降低了硬盘设备损坏后丢失数据的几率，还提升了硬盘设备的读写速度，所以它在绝大多数运营商或大中型企业中得以广泛部署和应用

RAID 0

RAID 0 技术把多块物理硬盘设备（至少两块）通过硬件或软件的方式串联在一起，组成一个大的卷组，并将数据依次写入到各个物理硬盘中。这样一来，在最理想的状态下，硬盘设备的读写性能会提升数倍，但是若任意一块硬盘发生故障将导致整个系统的数据都受到破坏。通俗来说，RAID 0 技术能够有效地提升硬盘数据的吞吐速度，但是不具备数据备份和错误修复能力。如图 7-1 所示，数据被分别写入到不同的硬盘设备中，即 disk1 和 disk2 硬盘设备会分别保存数据资料，最终实现提升读取、写入速度的效果。
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RAID 1

尽管 RAID 0 技术提升了硬盘设备的读写速度，但是它是将数据依次写入到各个物理硬盘中，也就是说，它的数据是分开存放的，其中任何一块硬盘发生故障都会损坏整个系统的数据。因此，如果生产环境对硬盘设备的读写速度没有要求，而是希望增加数据的安全性时，就需要用到 RAID 1 技术了。在图 7-2 所示的 RAID 1 技术示意图中可以看到，它是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（可以将其视为数据的镜像或备份）。当其中某一块硬盘发生故障后，一般会立即自动以热交换的方式来恢复数据的正常使用。
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RAID 1 技术虽然十分注重数据的安全性，但是因为是在多块硬盘设备中写入了相同的数据，因此硬盘设备的利用率得以下降，从理论上来说，图 7-2 所示的硬盘空间的真实可用率只有 50%，由三块硬盘设备组成的 RAID 1 磁盘阵列的可用率只有 33%左右，以此类推。而且，由于需要把数据同时写入到两块以上的硬盘设备，这无疑也在一定程度上增大了系统计算功能的负载

RAID 5

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RAID 10

顾名思义，RAID 10 技术是 RAID 1+RAID 0 技术的一个“组合体”。如图 7-4 所示， RAID 10 技术需要至少 4 块硬盘来组建，其中先分别两两制作成 RAID 1 磁盘阵列，以保证数据的安全性；然后再对两个 RAID 1 磁盘阵列实施 RAID 0 技术，进一步提高硬盘设备的读写速度。这样从理论上来讲，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
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部署磁盘阵列

在具备了上一章的硬盘设备管理基础之后，再来部署 RAID 和 LVM 就变得十分轻松了。首先，需要在虚拟机中添加 4 块硬盘设备来制作一个 RAID 10 磁盘阵列，如图 7-5 所示。
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这几块硬盘设备是模拟出来的，不需要特意去买几块真实的物理硬盘插到电脑上。需要注意的是，一定要记得在关闭系统之后，再在虚拟机中添加硬盘设备，否则可能会因为计算机架构的不同而导致虚拟机系统无法识别添加的硬盘设备
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> [选项] [成员设备名称]。
生产环境中用到的服务器一般都配备 RAID 阵列卡，我们可以学会用 mdadm 命令在 Linux 系统中创建和管理软件RAID 磁盘阵列，而且它涉及的理论知识的操作过程与生产环境中的完全一致。
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其中，-C参数代表创建一个 RAID 阵列卡；-v参数显示创建的过程，同时在后面追加一个设备名称/dev/md0，这样/dev/md0就是创建后的RAID 磁盘阵列的名称；-a yes 参数代表自动创建设备文件；-n 4 参数代表使用 4 块硬盘来部署这个 RAID 磁盘阵列；而-l 10 参数则代表 RAID 10 方案；最后再加上 4 块硬盘设备的名称就搞定了。
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其次，把制作好的 RAID 磁盘阵列格式化为 ext4 格式

[root@linuxprobe ~]# mkfs.ext4 /dev/md0

再次，创建挂载点然后把硬盘设备进行挂载操作。挂载成功后可看到可用空间为 40GB

[root@linuxprobe ~]# mkdir /RAID 
[root@linuxprobe ~]# mount /dev/md0 /RAID 
[root@linuxprobe ~]# df -h

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最后，查看/dev/md0 磁盘阵列的详细信息，并把挂载信息写入到配置文件中，使其永久有效

[root@linuxprobe ~]# echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

损坏磁盘阵列及修复

在确认有一块物理硬盘设备出现损坏而不能继续正常使用后，应该使用 mdadm 命令将其移除，然后查看 RAID 磁盘阵列的状态，可以发现状态已经改变。
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在 RAID 10 级别的磁盘阵列中，当 RAID 1 磁盘阵列中存在一个故障盘时并不影响 RAID 10 磁盘阵列的使用。当购买了新的硬盘设备后再使用 mdadm 命令来予以替换即可，在此期间我们可以在/RAID 目录中正常地创建或删除文件。由于我们是在虚拟机中模拟硬盘，所以先重启系统，然后再把新的硬盘添加到 RAID 磁盘阵列中
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磁盘阵列+备份盘

现在创建一个 RAID 5 磁盘阵列+备份盘。在下面的命令中，参数-n 3 代表创建这个 RAID 5 磁盘阵列所需的硬盘数，参数-l 5 代表 RAID 的级别，而参数-x 1 则代表有一块备份盘。当查看/dev/md0（即 RAID 5 磁盘阵列的名称）磁盘阵列的时候就能看到有一块备份盘在等待中了
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现在将部署好的 RAID 5 磁盘阵列格式化为 ext4 文件格式，然后挂载到目录上，之后就可以使用了。

[root@linuxprobe ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 

[root@linuxprobe ~]# echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab 
[root@linuxprobe ~]# mkdir /RAID 
[root@linuxprobe ~]# mount -a

最后是见证奇迹的时刻！我们再次把硬盘设备/dev/sdb 移出磁盘阵列，然后迅速查看 /dev/md0 磁盘阵列的状态，就会发现备份盘已经被自动顶替上去并开始了数据同步。RAID 中的这种备份盘技术非常实用，可以在保证 RAID 磁盘阵列数据安全性的基础上进一步提高数据可靠性，所以，如果公司不差钱的话还是再买上一块备份盘以防万一
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LVM（逻辑卷管理器)

逻辑卷管理器是 Linux 系统用于对硬盘分区进行管理的一种机制，理论性较强，其创建初衷是为了解决硬盘设备在创建分区后不易修改分区大小的缺陷。尽管对传统的硬盘分区进行强制扩容或缩容从理论上来讲是可行的，但是却可能造成数据的丢失。而 LVM 技术是在硬盘分区和文件系统之间添加了一个逻辑层，它提供了一个抽象的卷组，可以把多块硬盘进行 卷组合并。这样一来，用户不必关心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。LVM 的技术架构如图 7-7 所示。
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物理卷处于 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，这都可以。卷组建立在物理卷之上，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。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。这就是 LVM 的核心理念

部署逻辑卷

部署 LVM 时，需要逐个配置物理卷、卷组和逻辑卷
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先对这两块新硬盘进行创建物理卷的操作，可以将该操作简单理解成让硬盘设备支持 LVM 技术，或者理解成是把硬盘设备加入到 LVM 技术可用的硬件资源池中，然后对这两块硬盘进行卷组合并，卷组的名称可以由用户来自定义。接下来，根据需求把合并后的卷组切割出一个约为 150MB 的逻辑卷设备，最后把这个逻辑卷设备格式化成 EXT4 文件系统后挂载使用。在下文中，刘遄老师将对每一个步骤再作一些简单的描述。
第一步：让新添加的两块硬盘设备支持 LVM 技术
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第二步：把两块硬盘设备加入到 storage 卷组中，然后查看卷组的状态

第三步：切割出一个约为 150MB 的逻辑卷设备。
这里需要注意切割单位的问题。在对逻辑卷进行切割时有两种计量单位。第一种是以容量为单位，所使用的参数为-L。例如，使用-L 150M生成一个大小为 150MB 的逻辑卷。另外一种是以基本单元的个数为单位，所使用的参数为-l。每个基本单元的大小默认为 4MB。例如，使用-l 37 可以生成一个大小为 37×4MB=148MB 的逻辑卷
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第四步：把生成好的逻辑卷进行格式化，然后挂载使用。
Linux 系统会把 LVM 中的逻辑卷设备存放在/dev 设备目录中（实际上是做了一个符号链接），同时会以卷组的名称来建立一个目录，其中保存了逻辑卷的设备映射文件（即/dev/卷组名称/逻辑卷名称）

[root@linuxprobe ~]# mkfs.ext4 /dev/storage/vo

[root@linuxprobe ~]# mkdir /linuxprobe 
[root@linuxprobe ~]# mount /dev/storage/vo /linuxprobe

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扩容逻辑卷

在前面的实验中，卷组是由两块硬盘设备共同组成的。用户在使用存储设备时感知不到设备底层的架构和布局，更不用关心底层是由多少块硬盘组成的，只要卷组中有足够的资源，就可以一直为逻辑卷扩容。扩展前请一定要记得卸载设备和挂载点的关联
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mount -a 的意思是将/etc/fstab的所有内容重新加载。
mount 是可以显示/etc/fstab的内容。

缩小逻辑卷

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逻辑卷快照

LVM 还具备有“快照卷”功能，该功能类似于虚拟机软件的还原时间点功能。例如，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。
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通过卷组的输出信息可以清晰看到，卷组中已经使用了 120MB 的容量，空闲容量还有39.88GB。接下来用重定向往逻辑卷设备所挂载的目录中写入一个文件。

使用-s 参数生成一个快照卷，使用-L 参数指定切割的大小。另外，还需要在命令后面写上是针对哪个逻辑卷执行的快照操作。
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在逻辑卷所挂载的目录中创建一个 100MB 的垃圾文件，然后再查看快照卷的状态。可以发现存储空间占的用量上升了

为了校验 SNAP 快照卷的效果，需要对逻辑卷进行快照还原操作。在此之前记得先卸载掉逻辑卷设备与目录的挂载
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删除逻辑卷

取消逻辑卷与目录的挂载关联，删除配置文件中永久生效的设备参数。

[root@linuxprobe ~]# umount /linuxprobe 
[root@linuxprobe ~]# vim /etc/fstab

删除逻辑卷设备，需要输入 y 来确认操作

[root@linuxprobe ~]# lvremove /dev/storage/vo  
Do you really want to remove active logical volume vo? [y/n]: y  
Logical volume "vo" successfully removed

删除卷组，此处只写卷组名称即可，不需要设备的绝对路径

[root@linuxprobe ~]# vgremove storage  
Volume group "storage" successfully removed

删除物理卷组

[root@linuxprobe ~]# pvremove /dev/sdb /dev/sdc  
Labels on physical volume "/dev/sdb" successfully wiped  
Labels on physical volume "/dev/sdc" successfully wiped

在上述操作执行完毕之后，再执行 lvdisplay、vgdisplay、pvdisplay 命令来查看 LVM 的信息时就不会再看到信息了（前提是上述步骤的操作是正确的）