Linux网络操作系统管理（openEuler）课件 项目4-2 LVM与RAID

项目4管理磁盘任务4.2LVM与RAID01任务提出02LVM管理03RAID04任务实施05总结与展望目录任务提出01PART任务提出磁盘配额用于维护所有用户对硬盘容量的公平使用；与此同时，RAID和LVM也有助于管理与维护用户可用的磁盘容量。本任务将深入讲解常用RAID技术的特性，并通过相应案例直观展示RAID的效果，以更好满足生产环境对硬盘设备I/O读写速度和数据冗余备份机制的需求。同时，本任务还将介绍LVM部署相关命令，帮助用户动态调整存储资源。知识目标•掌握RAID0/1/5的原理与特点•掌握LVM的部署与管理方法•熟悉mdadm命令的使用能力目标•能够配置RAID5磁盘阵列•能够创建与管理LVM•能够进行RAID数据恢复素养目标•培养数据安全意识•提升系统管理能力•增强故障排查思维LVM管理02PARTLVM概述硬盘分区完成后，如果需要随实际需求变化调整分区大小，往往会受到传统分区方式"灵活性不足"的限制。LVM（LogicalVolumeManager，逻辑卷管理器）允许用户对硬盘资源进行动态调整。LVM在硬盘分区与文件系统之间增加了一个逻辑层，引入"卷组"的抽象概念，可将多块硬盘合并为一个卷组。物理卷(PV)PhysicalVolume处于LVM最底层，是LVM的基本存储逻辑块。可以理解为整个硬盘、RAID设备，或使用fdisk等工具建立的普通分区。卷组(VG)VolumeGroup建立在物理卷之上。一个卷组能够包含一个或多个物理卷；在创建卷组之后，可以继续向其中添加新的物理卷。逻辑卷(LV)LogicalVolume逻辑卷是用卷组中空闲的资源建立的。逻辑卷在建立后可以动态地扩展或缩小空间。在逻辑卷之上可以建立文件系统。文件系统FileSystem在逻辑卷之上建立文件系统。ext4、XFS等文件系统创建在逻辑卷上，实现最终的存储使用。LVM技术架构LVM技术的架构由物理盘区（PE）、物理卷（PV）、卷组（VG）和逻辑卷（LV）四层组成。物理盘区是物理卷的基本划分单元，具有唯一编号，默认为4MB。文件系统层(ext4/XFS)逻辑卷(LV)—从卷组空闲资源建立，可动态扩展/缩小卷组(VG)—包含一个或多个物理卷，存储资源池物理卷(PV)—由物理盘区(PE,默认4MB)组成的基本存储块LVM技术架构一个卷组由一个或多个物理卷组成。逻辑卷建立在卷组上。逻辑卷相当于非LVM系统的磁盘分区，可以在其上创建文件系统。物理卷管理物理卷管理是LVM配置的基础环节，负责将物理磁盘或分区初始化为LVM可识别的"存储单元"。通过物理卷管理，将零散的物理存储设备标记为LVM的基本组成部分。pvscan—扫描物理卷扫描系统中所有硬盘，列出找到的物理卷。命令：#pvscanpvcreate—创建物理卷将物理磁盘分区创建为物理卷。例4-13：#pvcreate/dev/sdb2/dev/sdb3pvdisplay—显示属性显示物理卷的名称、大小、PE大小等属性信息。命令：#pvdisplaypvremove—删除物理卷删除指定的物理卷。例4-14：#pvremove/dev/sdb2/dev/sdb3pvs—显示报告信息显示指定物理卷的简要报告信息。例4-15：#pvs/dev/sdb3卷组管理卷组管理是LVM配置的核心环节。卷组承接物理卷与逻辑卷，扮演"存储资源池"的角色，将多个物理卷整合为灵活的存储资源池。功能命令说明与示例列出卷组vgscan列出系统中所有卷组创建卷组vgcreate创建卷组，-s指定PE大小（默认4MB）#vgcreatevg1/dev/sdb2/dev/sdb3扩展卷组vgextend向卷组添加物理卷以增加容量#vgextendvg1/dev/sdb4移除物理卷vgreduce从卷组中移除物理卷（最后一个不能移除）#vgreducevg1/dev/sdb4删除卷组vgremove删除指定卷组（有逻辑卷时需确认）#vgremovevg1显示属性vgdisplay显示卷组大小、状态、UUID等信息#vgdisplay逻辑卷管理逻辑卷创建于卷组之上，由一个或多个物理盘区组成。通过lvcreate、lvscan等命令，管理员可以高效地创建、查看和管理逻辑卷。功能命令说明与示例列出逻辑卷lvscan列出所有卷组中的逻辑卷#lvscan创建逻辑卷lvcreate从指定卷组创建逻辑卷：-L大小-n名称#lvcreate-L10G-nlv1vg1显示属性lvdisplay显示逻辑卷大小、UUID、状态等信息#lvdisplay扩展逻辑卷lvextend添加空间扩展逻辑卷，-L+大小#umount/dev/vg1/lv1#lvextend-L+10G/dev/vg1/lv1删除逻辑卷lvremove删除指定逻辑卷（需先卸载）#umount/dev/vg1/lv1#lvremove/dev/vg1/lv1扩展（通过PV）lvextend利用物理卷自由空间扩展逻辑卷#lvextend/dev/vg1/lv1/dev/sdb2常用LVM部署命令总结功能物理卷管理卷组管理逻辑卷管理列出pvscanvgscanlvscan创建pvcreatevgcreatelvcreate显示pvdisplaypvsvgdisplaylvdisplay删除pvremovevgremovelvremove扩展—vgextendlvextend缩小—vgreducelvreduceRAID03PARTRAID概述RAID（RedundantArrayofIndependentDisks，独立磁盘冗余阵列）技术把多个硬盘设备组合成一个容量更大、安全性更高的磁盘阵列，并把数据切割成多个区段后分别存放在不同的物理硬盘设备上。再利用分散读写技术提升磁盘阵列整体性能，同时将重要数据的副本同步到不同的物理硬盘设备上，从而获得良好的数据冗余备份效果，提高数据存储的性能、可靠性和容量。RAID三大核心技术条带化(Striping)将数据分割成相同大小的块，分别存储到不同磁盘上。实现多块磁盘的并发读写，有效提升I/O性能。对应RAID0技术。镜像(Mirroring)将数据同时写入多个硬盘设备，实现数据备份。当某块硬盘故障时，可通过热插拔更换并自动重建。对应RAID1技术。数据校验(Parity)存储奇偶校验信息到不同硬盘，实现容错。兼顾性能与可靠性，存储成本较低。对应RAID5技术。RAID0RAID0技术把多个（至少两个）物理硬盘设备通过硬件或软件方式组合在一起，组成一个容量更大的磁盘阵列，将数据分散存储在所有磁盘中，以并行访问方式实现多块磁盘的并发读写。RAID0能够有效提升硬盘I/O性能，但不具备数据备份和错误修复能力。Disk1数据块1数据块3数据块5数据块7Disk2数据块2数据块4数据块6数据块8RAID0特点✓优点•读写速度最快（N块盘N倍速度）•磁盘空间利用率100%✗缺点•无数据冗余，任何一块盘损坏则全部数据丢失•不适合存储重要数据数据被分别写入不同的硬盘设备中注意：RAID0追求的是极致性能，不提供任何数据保护机制。适用于临时数据、缓存等对性能要求高但数据可重建的场景。RAID1RAID1把两个以上的硬盘设备进行绑定，在写入数据时，会将数据同时写入多个硬盘设备（可视为数据镜像或备份）。当其中一个硬盘设备发生故障时，通常可通过热插拔方式更换故障盘，并自动重建以恢复数据的正常使用。Disk1(主盘)完整数据副本A完整数据副本B完整数据副本CDisk2(镜像盘)完整数据副本A'完整数据副本B'完整数据副本C'RAID1特点✓优点•数据安全性最高（100%冗余）•读性能提升（可从任意盘读取）•支持热插拔更换故障盘✗缺点•磁盘利用率仅50%（N块盘=1块盘容量）•写性能无明显提升适用场景：系统盘、数据库存储等对数据安全性要求极高的场景。RAID1是最简单、最可靠的RAID方案。RAID5RAID5最少由3个硬盘设备组成。数据的奇偶校验信息分布存储到除自身所在硬盘以外的其他硬盘设备中。相较于RAID1的优势在于存储的是奇偶校验信息而不是一模一样的文件内容，因此在写入或修改数据时只需更新对应的校验信息即可，效率更高、存储成本更低。数据中心大多采用RAID5作为应用数据的保护方案。Disk1数据A数据D校验信息P(B,C)数据GDisk2数据B数据E校验信息P(A,D)数据HDisk3数据C数据F校验信息P(A,B)数据IRAID5特点✓优点•兼顾性能与可靠性•磁盘利用率高：(N-1)/N•允许1块盘损坏不丢数据✗缺点•写入需计算校验，写性能略降•最少需要3块硬盘数据块奇偶校验核心原理：校验信息分布在不同磁盘上，任意一块盘损坏时，可通过其余盘的校验信息重建数据。部署磁盘阵列—mdadm命令RAID可分为软RAID（通过软件实现）和硬RAID（通过专用RAID控制器实现）。mdadm命令用于管理Linux系统中的软RAID，配置简单、管理灵活。命令格式mdadm[模式]<RAID设备名称>[选项][成员设备名称]参数全称说明-C--create创建RAID设备-n--raid-devices指定活动成员盘数量-l--level指定RAID级别（如0,1,5,6,10等）-x--spare-devices指定热备盘数量-v--verbose显示详细过程信息-r--remove移除设备-D--detail查看RAID设备详细信息-S--stop停止使用RAID设备任务实施04PART任务实施1—配置RAID5（需求与准备）需求说明（1）为Linux服务器添加4块SCSI硬盘。（2）使用mdadm创建RAID5，提高磁盘存储的性能和可靠性。步骤说明步骤1：检查是否已安装mdadm。步骤2：在虚拟机中添加4块硬盘/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde，添加完成后使用init6重启系统。步骤3：使用fdisk在新磁盘设备上划分出主分区/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1，并把分区类型ID设置为fd（对应LinuxRAIDautodetect）。步骤4：使用mdadm命令创建RAID5。步骤5：创建并挂载文件系统。步骤6：查看建立的RAID5的具体情况。步骤7：RAID设备的数据恢复。配置RAID5—步骤1~3步骤1[root@openEuler~]#rpm-qmdadm如未安装，可使用以下命令进行安装：[root@openEuler~]#dnfinstall-ymdadm步骤2在虚拟机中添加4块硬盘/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde，添加完成后使用

init6

重启系统。步骤3—使用fdisk分区[root@openEuler~]#fdisk/dev/sdbCommand(mforhelp):n

//创建分区Select(defaultp):p

//创建主分区Partitionnumber(1-4,default1):1Firstsector(default2048):（按Enter键）Lastsector...:+2GPartition1oftypeLinuxandofsize2GBissetCommand(mforhelp):t

//设置文件系统类型Hexcode:fd

//LinuxraidautodetectChangedtypeofpartitionto'Linuxraidautodetect'Command(mforhelp):w

//存盘并退出用同样的方法创建其他3个分区，然后查看：[root@openEuler~]#fdisk-l配置RAID5—步骤4~5（创建与挂载）步骤4—创建RAID5[root@openEuler~]#mdadm-C-v-n3/dev/md0-l5/dev/sd[bcd]1-x1/dev/sde1参数详解：•-C：创建RAID设备•-v：显示过程•-n3：使用3块硬盘创建RAID•/dev/md0：RAID5设备名称（md×，×从0开始）•-l5：指定RAID级别为5•/dev/sd[bcd]1：3块活动成员盘•-x1：保留1块热备盘•/dev/sde1：用作热备盘步骤5—创建并挂载文件系统[root@openEuler~]#mkfs-text4-c/dev/md0

[root@openEuler~]#mkdir/md0

[root@openEuler~]#mount/dev/md0/md0

[root@openEuler~]#df-h

步骤6—查看RAID详情[root@openEuler~]#mdadm--detail/dev/md0

配置RAID5—步骤7（数据恢复）如果RAID设备中的某块硬盘损坏，系统会自动停止这块硬盘的工作，并让热备盘代替损坏的硬盘继续工作。假设/dev/sdd1损坏，更换损坏的RAID成员的方法如下：01标记失效将损坏的RAID成员标记为失效状态。命令：#mdadm/dev/md0--fail/dev/sdd102移除设备从RAID阵列中移除失效的设备。命令：#mdadm/dev/md0--remove/dev/sdd103添加新成员更换硬盘设备，添加一个新的RAID成员。命令：#mdadm/dev/md0--add/dev/sdd1说明：热备盘在步骤1后会自动顶替失效盘开始数据重建。添加新盘后，新盘将成为新的热备盘。任务实施2—创建与配置LVM（步骤1~3）目标：创建至少由两个物理卷组成、大小为20GB、名为testvg的卷组（PE=16MB）；在卷组中创建大小为5GB的逻辑卷testlv，挂载至/users目录；先扩展至7GB，再缩小至3GB。步骤1—创建分区为新硬盘/dev/sdb创建两个10GB大小的分区，分别为/dev/sdb2和/dev/sdb3（操作方法参见前文fdisk分区）。步骤2—创建物理卷[root@openEuler~]#pvcreate/dev/sdb2/dev/sdb3Physicalvolume"/dev/sdb2"successfullycreatedPhysicalvolume"/dev/sdb3"successfullycreated步骤3—创建卷组[root@openEuler~]#vgcreate-v-s16Mtestvg/dev/sdb2/dev/sdb3Addingphysicalvolume'/dev/sdb2'tovolumegroup'testvg'Addingphysicalvolume'/dev/sdb3'tovolumegroup'testvg'Archivingvolumegroup"testvg"metadata(seqno0).Creatingvolumegroupbackup"/etc/lvm/backup/testvg"(seqno1).Volumegroup"testvg"successfullycreated任务实施2—创建与配置LVM（步骤4~6）步骤4—创建逻辑卷[root@openEuler~]#lvcreate-L5G-ntestlv/dev/testvgLogicalvolume"testlv"created步骤5—格式化与挂载[root@openEuler~]#mkfs-text4/dev/testvg/testlv

[root@openEuler~]#mkdir/users

[root@openEuler~]#mount/dev/testvg/testlv/users

步骤6—扩展与缩小逻辑卷扩展至7GB[root@openEuler~]#lvextend-L7G/dev/testvg/testlvExtendinglogicalvolumetestlvto7GBLogicalvolumetestlvsuccessfullyresized[root@openEuler~]#resize2fs-f/dev/testvg/testlv缩小至3GB[root@openEuler~]#umount/dev/testvg/testlv

[root@openEuler~]#resize2fs/dev/testvg/testlv3G

[root@openEuler~]#lvreduce-L3G/dev/testvg/testlv

[root@openEuler~]#mount/dev/testvg/testlv/users

总结与扩展05PART任务拓展—条带化技术条带化（Striping）是指把连续的数据分割成相同大小的数据块，并将每段数据分别写入不同磁盘。磁盘读写需要通过磁头寻道定位实现，因此存在一定的物理极限；同时，大多数磁盘对访问次数和数据传输速率也有限制。当达到限制时，后续访问磁盘的进程就需要等待。工作原理条带化技术是一种能够自动将I/O负载均衡分布到多个物理磁盘上的技术。其原理是将一块连续的数据分成多个小数据块，并把这些小数据块分别存储到不同磁盘上。这使得多个进程可以同时访问数据的不同部分而不会造成磁盘冲