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【linux】管理磁盘——RAID10（含备份）与逻辑卷管理

news 来源：原创 2025/6/30 1:56:00

RAID概念

  • 当今CPU性能每年可提升30%-50%但硬盘仅提升7%
  • 硬盘在服务器中需要持续、频繁、大量的I/O操作，故障机率较大，则需要对硬盘进行技术改造，提 升读写性能、可靠性
  • 1988年，加利福尼亚大学伯克利分校首次提出并定义了RAID技术概念
  • 原理：RAID(Redundant Array of Independent Disks)将多个硬盘设备组成一个大容量、安全更 好的硬盘阵列，并将数据切割成多个片段后分别存储到不同的物理硬盘上，利用分散读写技术来来 提升硬盘性能，同时也备份了多个副本到不同硬盘中，拥有了备份冗余功能

常见的RAID组建方案

（1）RAID0

  • 原理：把至少2块硬盘通过硬件或软件方式串联，组成一个大的卷组，并将数据依次写入到各个硬 盘
  • 优点：数据同步传输,读取/写入分开,性能大大提升
  • 缺点：若任意一块硬盘故障会导致整个系统的数据损坏，无备份冗余能力错误修复能力
  • 总结：使用率100%,至少2块硬盘才能使用，优点是快，提升硬盘的读写速度，缺点是不安全
  • 图：

（2）RAID1

  • 产生原因：若生产环境对硬盘的读写速度没有较大要求，但希望增加数据安全性时可使用RAID
  • 原理：把至少2块硬盘绑定起来，写入数据时将数据同时也写入另一或多块硬盘中
  • 本质：多个硬盘作为镜像备份 优点：数据备份冗余安全性大大提升
  • 缺点：硬盘利用率下降
  • 总结：是镜像，使用两块硬盘，一式两份的方式，支持容错，冗余，数据安全不丢失，缺点是速度不快，使用率50%，成本较大。
  • 图：

（3）RAID5

  • 产生原因：兼顾“读写速度”、“数据安全”、“成本”的一种折中方式
  • 原理：需至少三块硬盘，将数据分块存储到不同硬盘中，硬盘中必须存储其它一个硬盘的parity(奇 偶校验信息)
  • 优点：兼顾性能，通过“奇偶校验”替代“镜像备份”
  • 缺点：硬盘数据安全性较低
  • 总结：使用率(n-1)/n*容量,硬盘坏了会立即补上，数据会恢复
  • 图：

（4）RAID10(RAID1+RAID0)——主流

本质：RAID1+RAID0 的组合

  • 原理：至少需要4块硬盘，先制作两两的RAID1阵列，以保证安全性，在两两制作RAID0，以提高读 写速度
  • 优点：兼具速度和安全性
  • 缺点：成本较高
  • 图

mdada命令创建软raid

(1)作用：管理系统中的RAID硬盘阵列

(2)格式

mdadm   [模式]   <RAID设备名>   -选项   [成员设备名称]

(3)参数

-a ：检测设备名称   
-n ：指定硬盘数量
-l ：指定RAID级别   
-C ：创建RAID
-v ：显示过程     
-f ：模拟设备损坏
-r ：移除设备     
-Q : 查看摘要
-D ：查看详细信息   
-S ：停止RAID硬盘阵列

(4)示例

列1：

  • 关机后添加4块硬盘，创建RAID10

  • 使用命令查看硬盘：

  • 使用mdadm命令创建RAID10

-Cv：创建RAID 并显示过程

/dev/md0：新的RAID阵列名

-a  yes：检测并自动创建RAID设备文件

-n 4：硬盘数量为4块

-l 10：RAID级别为RAID10

  • 查看信息-D

  • 格式化和挂载并配置开机挂载

  • 检验是否挂载正确 

  • 模拟某一个硬盘损坏的情况

  • 将sde磁盘添加进行修复损坏的盘 （注意先取消挂载，并把/etc/fstab文件内的挂载也取消掉）

  • 重新挂载，并把/etc/fstab文件内的挂载也挂载

注意：显然这种方法在实际的工作中加盘和配置花费的时间可能会导致磁盘在修复的时候，恰好另一个备份盘也损坏，那么数据将永远丢失，因此我们可以时先就配置好备份盘。如果有盘损坏将自动换盘备份，降低风险！下面就讲这种含备份盘的方法

列2：

带自动修复的RAID（含备份磁盘）

  • 创建RAID10+备份盘系统

注意：-x 1 表示备份盘 1块硬盘 ，一般命令最后一个硬盘为备份盘

  • 使用-D查看详细信息，看到sde盘时刻准备进行备份

  • 格式化和挂载

  • 检验

  • 当某一个盘损坏时如下图

管理逻辑卷

逻辑卷介绍

硬盘分区或部署为RAID后在修改分区大小时就非常不容易，此时用户随着实际的需求变化而动态调整硬 盘分区大小时受到限制，无灵活性。

（1）认识linux逻辑卷

  • LVM是 Logical Volume Manager(逻辑卷管理)的简写，LVM将若干个硬盘或者硬盘分区连接为一个 整块的卷组，形成一个存储池。
  • 通过LVM技术，屏蔽了硬盘分区的底层差异，管理员可以在卷组上任意创建逻辑卷，并进一步在逻 辑卷上创建文件系统
  • 管理员通过LVM可以方便的调整存储卷组的大小，并且可以对硬盘存储按照组的方式进行命名、管 理和分配。
  • 假设有三块硬盘/dev/sdb、/dev/sdc和/dev/sdd用来划分逻辑卷，LVM模型如图所示：

（2）LVM基本概念

  • PE（physical extent）物理区域：物理区域是物理卷中可用于分配的最小存储单元，物理区域的大 小默认为4MB。物理区域大小一旦确定将不能更改，同一卷组中的所有物理卷的物理区域大小需要 一致
  • 物理卷（physical volume）：简称PV，物理卷可以是整个硬盘、硬盘分区或从逻辑上与硬盘分区 具有同样功能的设备(如RAID)，是LVM的基本存储逻辑块，但和基本的物理存储介质（如分区、硬 盘等）比较，却包含有与LVM相关的管理参数
  • 卷组（Volume Group）：简称VG，可以看成单独的逻辑硬盘，建立在PV之上，一个卷组中至少 要包括一个PV，在卷组建立之后可以动态的添加PV到卷组中。卷组的名称可以自定义
  • 逻辑卷（logical volume）：简称LV，相当于物理分区。逻辑卷建立在卷组之上，卷组中的未分配 空间可以用于建立新的逻辑卷，逻辑卷建立后可以动态的扩展或缩小空间。系统中的多个逻辑卷， 可以属于同一个卷组，也可以属于不同的多个卷组

部署逻辑卷

（1）常用的LVM部署命令

功能/命令物理卷管理卷组管理逻辑卷管理
扫描pvscanvgscanlvscan
建立pvcreatevgcreatelvcreate
显示pvdisplayvgdisplaylvdisplay
删除pvremovevgremovelvremove
扩展vgextendlvextend
缩小vgreducelvreduce

列2：

恢复快照，在虚拟机中添加3块新硬盘，2块硬盘创建物理卷及卷组，划分出150MB空间的逻 辑卷并格式化挂载使用

  • 创建物理卷
  • 创建卷组/dev/VG1

  • 创建逻辑卷
  • 格式化
  • 挂载

基于上例，VG1卷组划分出200MB空间的逻辑卷并格式化挂载使用

  • 扩展卷组 

  •  将lv1文件系统类型的lvm的扩容

  • 注意：此时文件系统没有扩容，需要使用xfs_growfs命令进行激活 不同格式化的命令不同 

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