openEuler系统管理- 课件 第5章 磁盘与逻辑卷管理

第5章磁盘与逻辑卷管理openEuler系统存储基础知识讲解01磁盘基础与管理方式磁盘管理磁盘形态在openEuler系统中，磁盘通常由3个字母表示，第一个字母代表传输协议，第二个字母代表设备类型，第三个字母代表编号。磁盘表示机械硬盘内部有盘片、主轴、磁头、磁头臂等部件。盘片是数据实际存储位置，主轴带动盘片高速旋转，磁头用于读写数据，磁头臂带动磁头摆动。磁盘通常分为机械硬盘和固态硬盘。机械硬盘内部有大量机械部件，通过运动方式读写数据；固态硬盘没有机械运动部件，性能普遍优于机械硬盘。固态硬盘内有闪存颗粒和控制芯片，闪存颗粒用于数据存储，控制芯片用于完成数据读写。我国在这两种芯片技术上已达世界一流水准。机械硬盘磁盘基本概念固态硬盘3124MBR位于磁盘最前面，负责分区合法性判别和引导信息定位。MBR只能对不大于2TB的磁盘分区，最多可分4个主分区或3主1扩展分区。MBR分区磁盘分区主要有主引导记录（MBR）和全局唯一标识分区表（GPT）两种类型。MBR有寻址和记录限制，GPT具有支持大磁盘、分区数量多等优点。当物理内存不足时，系统将程序从内存交换到交换分区，需要时再恢复。可使用free和swapon命令查看交换分区信息。GPT是新一代分区表结构标准，支持2TB以上大磁盘，最多有128个分区，分区表自带备份。openEuler默认分区模式是GPT。分区类型磁盘分区GPT分区交换分区当交换分区不足时，可将其他分区或大文件格式化成交换分区，使用swapon命令启用以扩展交换分区。根据实际需求，综合运用不同的磁盘管理方式，合理规划磁盘分区和逻辑卷，以提高系统存储性能和管理效率。使用parted命令对GPT分区类型磁盘进行分区，可进行交互式和非交互式分区操作，设置分区表模式、名称、文件系统等。磁盘管理方式综合管理交换分区管理MBR管理GPT管理在openEuler中，使用fdisk命令对MBR分区类型磁盘进行分区操作，可创建主分区、扩展分区和逻辑分区。04030102GPT支持大磁盘、更多分区，分区表有备份，分区可自定义名称，使用全局唯一标识符标识分区类型。GPT分区优势MBR分区表占据主引导扇区64字节，可描述4个分区信息。受寻址和记录限制，适用于不大于2TB磁盘。根据磁盘大小、分区数量需求等因素选择合适的分区类型，如小容量磁盘可考虑MBR，大容量磁盘建议使用GPT。分区概念分区目的MBR分区特点早期分区是为了提升磁盘寻道速度，现在分区有助于更好地组织和管理磁盘空间，满足不同数据存储需求。分区选择MBR限制：由于MBR的寻址和记录限制，MBR只能对不大于2TB的磁盘进行分区且仅可将磁盘分成4个主分区，或者最多3个主分区和一个扩展分区。fdisk命令：fdisk命令是openEuler中对MBR分区类型磁盘进行分区的命令。MBR相关介绍MBR分区表：MBR定义的磁盘分区表占据主引导扇区的64个字节，可以对4个分区的信息进行描述，每个分区的信息占据16个字节，包含对应分区的编号、起始位置、分区系统类型、结束位置、分区大小等内容。MBR定义：MBR是位于磁盘最前面的一段引导代码，负责磁盘操作系统对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位，由磁盘操作系统对磁盘进行初始化时产生。扩展分区与逻辑分区：当需要分区的数量超过4个时，可以将最后一个分区创建为扩展分区，并在扩展分区内继续划分逻辑分区。每个磁盘最多有128个分区，无主分区、扩展分区等概念。每个分区可以自定义一个不同于卷标的名称。支持容量大小为2TB以上的大磁盘，最大可支持18EB的磁盘。使用16字节的全局唯一标识符标识分区的类型，不容易产生冲突。GPT是新一代实体磁盘的分区表结构布局标准，正逐步取代MBR。分区表自带备份，在磁盘的首尾部分分别保存一份相同的分区表，即使其中一份被破坏，也可以通过另一份恢复。GPT分区要查看交换分区的大小以及使用情况，使用free命令即可。Linux交换分区相关介绍Linux内核为了提高数据读写效率与速度，会将文件在内存中进行缓存，这部分内存就是缓存内存（CacheMemory）。即使程序运行结束后，缓存内存也不会自动释放。当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，供当前运行的程序使用。这些被释放的空间可能来自一些很长时间没有进行任何操作的程序，交换出内存的程序被临时保存到交换分区中，等到这些程序要运行时，再从交换分区中恢复到内存中。系统总是在物理内存不够时，才进行交换。查看交换分区交换分区应用场景分区的大小和数量在创建后相对固定，而逻辑卷可以动态调整，具有更高的灵活性。对于简单的存储需求，分区可能就足够了；对于复杂的存储管理和动态扩展需求，逻辑卷更为合适。分区是磁盘的基本划分方式，逻辑卷是在分区基础上的进一步扩展，提供更高级的存储管理功能。基础与扩展相互配合可以将分区作为物理卷加入卷组，然后在卷组中创建逻辑卷，实现分区和逻辑卷的协同工作。分区与逻辑卷关系灵活性对比02LVM简介与背景逻辑卷管理动态调整分区管理方法当业务发展导致数据量增加时，root用户可以方便地增加新的磁盘，将其纳入LVM管理，以扩展分区空间。磁盘扩展LVM是一种Linux分区管理方法，通过它对磁盘的管理，root用户可以在不重新分配磁盘空间的情况下动态调整分区大小。使用LVM调整分区大小时，不必太担心数据会丢失。即使随着业务的高速发展，数据量激增，root用户也可以随时增加新的磁盘，用于扩展分区。LVM允许root用户在不重新分配磁盘空间的情况下，根据实际需求动态调整分区大小，提高了磁盘空间的利用率。数据安全LVM定义挑战使用LVM创建的卷可以横跨多个磁盘，卷大小不再受限于物理磁盘大小；可以动态扩展卷以及文件系统大小，不用停机，对业务系统影响小；可以配置卷镜像，提升存储可靠性；可以很方便地导出整个卷组的配置，并将其导入另一台主机，简化管理。优势LVM优势与挑战应对策略综合评估针对LVM的挑战，可以采取一些应对策略，如定期备份数据、监控磁盘状态等，以降低风险。在使用LVM时，需要综合考虑其优势和挑战，根据实际业务需求和数据特点来决定是否采用LVM技术。因为卷可以横跨多个磁盘，所以会提升整体故障率，当某个磁盘故障时，可能会导致卷不可用；因增加了块空间处理层，所以存储系统性能会有所下降；当缩减卷容量时，为保证数据安全，必须暂停业务。03010204使用方式划分好的逻辑卷可以像普通分区一样进行格式化和挂载操作，方便用户使用。LVM实现的原理是将多个磁盘或分区组合在一起，形成一个大的空间。这个大空间可以提供更灵活的存储管理。从组合后的大空间中划分逻辑卷，这些逻辑卷类似于普通分区，可以格式化文件系统，在挂载后被使用。组合磁盘划分逻辑卷LVM实现原理概述灵活性通过这种方式，LVM提供了更高的灵活性，用户可以根据实际需求动态调整逻辑卷的大小和使用方式。物理块（PhysicalExtent，PE）是PV中可分配的最小存储单元，默认大小是4MB，可以在创建VG时加上-s选项设置PE大小。VG创建成功后，PE大小就固定了。逻辑块卷组物理块物理卷（PhysicalVolume，PV）是组成逻辑卷的基础，对应着一个磁盘或一个分区。物理分区要配置成逻辑卷，必须先被初始化为PV，初始化后系统会在设备起点设置LVM标签，该标签包含物理卷的UUID、块设备大小以及LVM元数据的存储位置等信息。物理卷卷组（VolumeGroup，VG）是一个或者多个PV的集合，建立了一个大的存储池供逻辑卷使用。在VG内部，可用空间被划分成固定大小的单元块（Extent），即物理块。逻辑块（LogicalExtent，LE）是组成逻辑卷的最小存储单元，大小和PE一样。LE通常和PE是一一对应的，在创建镜像卷时，一个LE对应多个PE，以提升系统可靠性。在创建快照卷时，LE不可以用完所有的PE，PE需要有预留空间用于存储快照数据。相关概念精简配置LV线性卷支持将多个PV整合为一个LV，其物理存储地址是连续的。线性卷按顺序为LV的区域分配物理扩展范围，先将来自同一个PV的PE空间用完，再使用来自下一个PV的PE空间。快照LV支持系统为任意时间卷内数据创建快照，保存创建时数据的一致性副本。它能在极少占用存储空间的情况下，快速获取创建快照时间点的可用数据副本，原始数据变化时可利用快照快速恢复。创建快照LV需在VG中预留空间，原LV数据修改时将数据复制到预留空间。一般，较少更新的原始数据预留3%-5%的原始容量就可维护快照，但要常规监控快照大小，防止因空间满而失效。RAIDLV在LVM支持RAID1/4/5/6/10，也支持快照，为数据存储提供了更高的可靠性和冗余性。线性卷RAIDLV快照LV条带LV也支持将多个PV整合为一个LV。它通过条带化控制数据向PV写入的方法，即通过轮询调度模式向预定数目的PV写入数据，类似于RAID0，可提升存储性能。数据在写入时按照条带大小进行切片，第一个分片存入第一个PV，第二个分片存入第二个PV，以此类推，直到所有PV都写了一轮数据后再从第一个PV开始写入数据。精简配置LV（简称精简卷）支持存储空间精简分配，可以节省存储空间的使用，且能够创建出超出VG可用大小的LV，提高了磁盘空间的利用率。逻辑卷类型条带LV34521使用pvcreate命令创建PV，例如[root@openEuler~]#pvcreate/dev/sdb1/dev/sdc1，创建成功后可以使用pvs或pvdisplay命令查看PV信息。用mkfs.ext4命令将LV格式化为Ext4文件系统，如[root@openEuler~]#mkfs.ext4/dev/testvg/testlv。用mkdir和mount命令创建挂载点并挂载，如[root@openEuler~]#mkdir/mnt/lvm[root@openEuler~]#mount/dev/testvg/testlv/mnt/lvm/。要实现系统启动自动挂载，需修改/etc/fstab文件挂载项。新增磁盘创建PV使用lvcreate命令创建LV，例如[root@openEuler~]#lvcreate-l256-ntestlvtestvg，创建后可以使用lvs或lvdisplay命令查看LV信息。创建VG使用vgcreate命令创建VG，如[root@openEuler~]#vgcreate-s8mtestvg/dev/sdb1，可以使用vgs或vgdisplay命令查看VG信息。为保证实操的可行性，需要给openEuler虚拟机新增两块磁盘，为后续创建PV、VG和LV提供物理基础。创建LV创建并使用LV格式化与挂载在实际使用中，要合理规划LV的空间，避免出现空间过大或过小的问题。可以根据业务发展趋势和数据增长情况，提前做好空间规划。LV的缩容是高危操作，