RAID og LVM er begge teknikker til abstraksjon av de monterte volumene fra sine fysiske motstykker (faktiske harddisker eller partisjoner); den første sørger for data-sikkerhet og tilgjengelighet i tilfelle maskinvarefeil ved å innføre redundans. Sistnevnte gjør volumadministrasjon mer fleksibel og uavhengig av den faktiske størrelsen på de underliggende diskene. I begge tilfeller ender systemet opp med nye blokk-enheter, som kan brukes til å lage filsystemer eller vekselminnefiler, uten nødvendigvis å ha dem direktekoblet til en fysisk disk. RAID og LVM har veldig forskjellig bakgrunn, men siden funksjonaliteten kan overlappe noe, er de derfor ofte omtalt sammen.
Både for RAID og LVM gir kjernen en blokk-enhetsfil, lik dem som refererer til en harddisk eller en partisjon. Når et program, eller en annen del av kjernen, krever tilgang til en blokk på en slik enhet, dirigerer det aktuelle delsystem blokken til det aktuelle fysiske laget. Avhengig av oppsettet, kan denne blokken lagres på en eller flere fysiske disker, og det trenger ikke være sammenheng mellom den fysiske plasseringen og plassering av blokken i den logiske enheten.
RAID betyr Redundant Array of Independent Disks, dvs. redundant rekke av uavhengige disker. Målet med dette systemet er å hindre datatap og sørge for tilgjengelighet ved feil på harddisken. Det generelle prinsippet er ganske enkelt: Data er lagret på flere fysiske disker i stedet for bare én med oppsatt grad av redundans. Avhengig av denne redundansmengden, og selv om det skjer en uventet diskfeil, kan data rekonstrueres uten tap fra de gjenværende diskene.
RAID kan implementeres enten ved øremerket maskinvare (RAID-moduler integrert i SCSI eller SATA-kontrollerkort), eller ved bruk av programvare-abstraksjoner (kjernen). Uansett om det er gjort i maskinvare eller programvare, kan et RAID-system, med nok redundans, fortsette å fungere når en disk feiler uten at brukeren oppdager problemer; de øvre lag av stabelen (applikasjoner) kan til og med fortsette å bruke dataene tross feilen. En slik «degradert modus» kan selvfølgelig ha en innvirkning på ytelsen, og redundansen er redusert, slik at en ytterligere diskfeil kan føre til tap av data. I praksis vil en derfor bestrebe seg på å bli værende med denne reduserte driften bare så lenge som det tar å erstatte den ødelagte disken. Så snart den nye disken er på plass, kan RAID-systemet rekonstruere de nødvendige data, og gå tilbake til en sikker modus. Programmene vil ikke merke noe, bortsett fra en potensielt redusert tilgangshastighet, mens området er i redusert drift, eller under rekonstruksjonsfasen.
Når RAID implementeres i maskinvare, skjer oppsettet vanligvis i oppsettsverktøy i BIOS, og kjernen vil se på et RAID-sett som en enkelt disk, som vil virke som en standard fysisk disk, selv om navnet på enheten kan være forskjellig (avhengig av driveren).
Vi fokuserer bare på programvare-RAID i denne boken.
12.1.1.1. Ulike RAID-nivåer
RAID er faktisk ikke et enkelt system, men et spekter av systemer som identifiseres av sine nivåer. Nivåene skiller seg ved sin utforming og mengden av redundans de gir. Jo mer redundans, jo mer feilsikkert, siden systemet vil være i stand til å fortsette arbeidet med flere disker som feiler. Ulempen er at plassen som kan brukes, krymper for et gitt sett med disker, eller med andre ord; flere disker vil være nødvendig for å lagre en gitt mengde data.
- Lineært RAID
Selv om kjernens RAID-delsystem kan lage «lineært RAID», er dette egentlig ikke en ekte RAID, siden dette oppsettet ikke gir redundans. Kjernen samler bare flere disker etter hverandre, og resulterer i et samlet volum som en virtuell disk (en blokkenhet). Det er omtrent dens eneste funksjon. Dette oppsettet brukes sjelden i seg selv (se senere for unntak), spesielt siden mangelen på redundans betyr at om en disk svikter, så feiler det samlede volumet, og gjør alle data utilgjengelige.
- RAID-0
Dette nivået gir heller ikke redundans, men diskene blir ikke lagt sammen ende mot ende: De blir delt i striper, og blokkene på den virtuelle enheten er lagret på striper på alternerende fysiske disker. I et to-disk RAID-0 oppsett, for eksempel, vil partallsblokker på den virtuelle enheten bli lagret på den første fysiske disken, mens oddetallsblokker vil komme på den andre fysiske disken.
Dette systemet har ikke som mål å øke påliteligheten, siden tilgjengeligheten (som i det lineære tilfellet) til alle data er i fare så snart en disk svikter, men å øke ytelsen: Under sekvensiell tilgang til store mengder sammenhengende data, vil kjernen være i stand til å lese fra begge disker (eller skrive til dem) parallelt, noe som øker hastigheten på dataoverføringen. Diskene brukes helt ut av RAID-enheten, så de bør ha samme størrelse for ikke å miste ytelsen.
RAID-0 -bruken minker, og nisjen blir nå oppfylt av LVM (videre beskrevet).
- RAID-1
Dette nivået, også kjent som "RAID-speiling", er både det enkleste og det mest brukte oppsettet. I standardformen bruker den to fysiske disker av samme størrelse, og gir et tilsvarende logisk volum av samme størrelse. Data er lagret identisk på begge disker, derav kallenavnet «speiling». Når en disk svikter, er dataene fremdeles tilgjengelig på den andre. For virkelig kritiske data, kan RAID-1 selvsagt settes opp på mer enn to disker, med direkte konsekvenser for forholdet mellom maskinvarekostnader opp mot tilgjengelig plass for nyttelast.
Dette RAID-nivået, selv om det er dyrere (da bare halvparten av den fysiske lagringsplassen, i beste fall, er i bruk), er mye brukt i praksis. Det er enkelt å forstå, og det gjør det svært enkle å ta sikkerhetskopi: Siden begge diskene har identisk innhold, kan en av dem bli midlertidig tatt ut uten noen innvirkning på systemet ellers. Leseytelsen er ofte økt siden kjernen kan lese halvparten av dataene på hver disk parallelt, mens skriveytelsen ikke er altfor alvorlig svekket. I tilfelle med et RAID-sett med N-disker, forblir data tilgjengelig selv med N-1 diskfeil.
- RAID-4
Dette RAID-nivået, ikke mye brukt, bruker N plater til å lagre nyttige data, og en ekstra disk til å lagre redundanssinformasjon. Hvis den disken svikter, kan systemet rekonstruere innholdet fra de andre N. Hvis en av de N datadiskene svikter, inneholder den gjenværende N-1 kombinert med «paritets»-disken nok informasjon til å rekonstruere de nødvendige dataene.
RAID-4 er ikke for dyrt siden det kun omfatter en en-av-N økning i kostnader, og har ingen merkbar innvirkning på leseytelsen, men skriving går langsommere. Videre, siden skriving til hvilket som helst av de N platene også omfatter skriving til paritetsdisken, ser sistnevnte mange flere skriveoperasjoner enn førstnevnte, og paritetsdiskens levetid kan som konsekvens bli dramatisk kortere. Data på et RAID-4-sett er bare trygg med en feilet disk (av de N + 1).
- RAID-5
RAID-5 løser asymmetriutfordringen til RAID-4: Paritetsblokker er spredt over alle N + 1 disker, uten at en enkeltdisk har en bestemt rolle.
Lese- og skrivehastighet er den samme som for RAID-4. Her igjen forblir systemet funksjonelt med opp til en disk som feiler (av de N+1), men ikke flere.
- RAID-6
RAID-6 kan betraktes som en forlengelse av RAID-5, der hver serie med N blokker involverer to reserveblokker, og hver slik serie med N+2 blokker er spredt over N+2 disker.
Dette RAID-nivået er litt dyrere enn de to foregående, men det bringer litt ekstra sikkerhet siden opptil to disker (av N+2) kan svikte uten at det går ut over datatilgjengeligheten. Ulempen er at skriveoperasjoner nå innebærer å skrive ut på en datablokk og to reserveblokker, noe som gjør dem enda tregere.
- RAID-1+0
Dette er strengt tatt ikke et RAID-nivå, men en samling av to RAID-grupperinger. En starter med 2×N disker og setter dem først opp som par i N RAID-1-volumer; Disse N volumene blir så samlet til ett, enten ved «lineært RAID», eller (i økende grad) med LVM. Dette siste tilfellet gjør mer enn et rent RAID-oppsett, men det er ikke et problem.
RAID-1+0 kan overleve flere diskfeil: opp til N i 2xN-settet som er beskrevet ovenfor, forutsatt at minst en disk fortsetter å virke i hver av RAID-1-parene.
Selvfølgelig må RAID-nivået velges ut fra begrensningene og kravene til hvert program. Merk at en enkelt datamaskin kan ha flere ulike RAID-sett med forskjellige oppsett.
12.1.1.2. Oppsett av RAID
Oppsett av RAID-volumer krever mdadm-pakken; den leverer mdadm-kommandoen, som gjør det mulig å lage og håndtere RAID-tabeller, samt prosedyrer og verktøy som integrerer den i resten av systemet, inkludert monitoreringssystemet.
Vårt eksempel vil være en tjener med en rekke disker, der noen er allerede brukt, og resten er tilgjengelig til å sette opp RAID. Vi har i utgangspunktet følgende disker og partisjoner:
sdb-disken, 4 GB, er tilgjengelig i sin helhet;
sdc-disken, 4 GB, er også helt tilgjengelig;
På sdd-disken, er bare partisjonen sdd2 (rundt 4 GB) tilgjengelig;
til slutt er en sde-disk, også på 4 GB, fullt ut tilgjengelig.
Vi kommer til å bruke disse fysiske elementene for å bygge to volumer, et RAID-0 og et speil (RAID-1). La oss starte med RAID-0-volumet:
# mdadm --create /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
# mdadm --query /dev/md0
/dev/md0: 7.99GiB raid0 2 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.
# mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Mon Feb 28 01:54:24 2022
Raid Level : raid0
Array Size : 8378368 (7.99 GiB 8.58 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 2
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Mon Feb 28 01:54:24 2022
State : clean
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Layout : -unknown-
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : none
Name : debian:0 (local to host debian)
UUID : a75ac628:b384c441:157137ac:c04cd98c
Events : 0
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 0 0 active sync /dev/sdb
1 8 16 1 active sync /dev/sdc
# mkfs.ext4 /dev/md0
mke2fs 1.46.2 (28-Feb-2021)
Discarding device blocks: done
Creating filesystem with 2094592 4k blocks and 524288 inodes
Filesystem UUID: ef077204-c477-4430-bf01-52288237bea0
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632
Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
# mkdir /srv/raid-0
# mount /dev/md0 /srv/raid-0
# df -h /srv/raid-0
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/md0 7.8G 24K 7.4G 1% /srv/raid-0
Kommandoen mdadm --create krever flere parametre: Navnet på volumet som skal opprettes (/dev/md*, der MD står for Multiple Device), RAID-nivået, antall disker (som er obligatorisk til tross for at det er mest meningsfylt bare med RAID-1 og over), og de fysiske enhetene som skal brukes. Når enheten er opprettet, kan vi bruke den som vi ville brukt en vanlig partisjon, opprette et filsystem på den, montere dette filsystemet, og så videre. Vær oppmerksom på at vår oppretting av et RAID-0-volum på md0 kun er tilfeldig, og at sekvensen av numrene i tabellen ikke trenger å være samsvare med valgt redundansnivå. Det er også mulig å lage navngitte RAID-array, ved å gi mdadm et parameter ala /dev/md/linear istedenfor /dev/md0.
Opprettelse av et RAID-1 gjøres på lignende måte, forskjellene blir bare merkbare etter opprettelsen:
# mdadm --create /dev/md1 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdd2 /dev/sde
mdadm: Note: this array has metadata at the start and
may not be suitable as a boot device. If you plan to
store '/boot' on this device please ensure that
your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use
--metadata=0.90
mdadm: largest drive (/dev/sdc2) exceeds size (4189184K) by more than 1%
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.
# mdadm --query /dev/md1
/dev/md1: 4.00GiB raid1 2 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
Version : 1.2
Creation Time : Mon Feb 28 02:07:48 2022
Raid Level : raid1
Array Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Used Dev Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 2
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Mon Feb 28 02:08:09 2022
State : clean, resync
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Consistency Policy : resync
Rebuild Status : 13% complete
Name : debian:1 (local to host debian)
UUID : 2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8
Events : 17
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 34 0 active sync /dev/sdd2
1 8 48 1 active sync /dev/sde
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
[...]
State : clean
[...]
Noen få merknader er på sin plass. Først, mdadm merker at de fysiske elementene har forskjellige størrelser; siden dette innebærer at noe plass går tapt på de større elementene, kreves en bekreftelse.
Enda viktigere er det å merke tilstanden til speilet. Normal tilstand for et RAID-speil er at begge diskene har nøyaktig samme innhold. Men ingenting garanterer at dette er tilfelle når volumet blir opprettet. RAID-delsystem vil derfor sikre denne garantien selv, og det vil være en synkroniseringsfase i det RAID-enheten er opprettet. Etter en tid (den nøyaktige tiden vil avhenge av den faktiske størrelsen på diskene ...), skifter RAID-tabellen til «aktiv» eller «ren» tilstand. Legg merke til at i løpet av denne gjenoppbyggingsfasen, er speilet i en degradert modus, og reservekapasitet er ikke sikret. En disk som svikter på dette trinnet kan føre til at alle data mistes. Store mengder av viktige data er imidlertid sjelden lagret på en nyopprettet RAID før den første synkroniseringen. Legg merke til at selv i degradert modus, vil /dev/md1 kunne brukes, og et filsystem kan opprettes på den, og data kan kopieres inn.
La oss nå se hva som skjer når et av elementene i RAID-1-settet svikter. mdadm, spesielt --fail-valget tillater å simulere en slik diskfeiling:
# mdadm /dev/md1 --fail /dev/sde
mdadm: set /dev/sde faulty in /dev/md1
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
Version : 1.2
Creation Time : Mon Feb 28 02:07:48 2022
Raid Level : raid1
Array Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Used Dev Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 2
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Mon Feb 28 02:15:34 2022
State : clean, degraded
Active Devices : 1
Working Devices : 1
Failed Devices : 1
Spare Devices : 0
Consistency Policy : resync
Name : debian:1 (local to host debian)
UUID : 2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8
Events : 19
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 34 0 active sync /dev/sdd2
- 0 0 1 removed
1 8 48 - faulty /dev/sde
Innholdet i volumet er fortsatt tilgjengelig (og, hvis det er montert, legger ikke programmene merke til noen ting), men datasikkerheten er ikke trygg lenger: Skulle sdd-disken i sin tur svikte, vil data gå tapt. Vi ønsker å unngå denne risikoen, så vi erstatter den ødelagte disken med en ny, sdf:
# mdadm /dev/md1 --add /dev/sdf
mdadm: added /dev/sdf
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
Version : 1.2
Creation Time : Mon Feb 28 02:07:48 2022
Raid Level : raid1
Array Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Used Dev Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 3
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Mon Feb 28 02:25:34 2022
State : clean, degraded, recovering
Active Devices : 1
Working Devices : 2
Failed Devices : 1
Spare Devices : 1
Consistency Policy : resync
Rebuild Status : 47% complete
Name : debian:1 (local to host debian)
UUID : 2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8
Events : 39
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 34 0 active sync /dev/sdd2
2 8 64 1 spare rebuilding /dev/sdf
1 8 48 - faulty /dev/sde
# [...]
[...]
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
Version : 1.2
Creation Time : Mon Feb 28 02:07:48 2022
Raid Level : raid1
Array Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Used Dev Size : 4189184 (4.00 GiB 4.29 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 3
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Mon Feb 28 02:25:34 2022
State : clean
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 1
Spare Devices : 0
Consistency Policy : resync
Name : debian:1 (local to host debian)
UUID : 2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8
Events : 41
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 34 0 active sync /dev/sdd2
2 8 64 1 active sync /dev/sdf
1 8 48 - faulty /dev/sde
Her utløser kjernen som vanlig automatisk en rekonstruksjonsfase der volumet fortsatt er tilgjengelig, men i en degradert modus. Når gjenoppbyggingen er over, er RAID-settet tilbake i normal tilstand. Man kan da si til systemet at sde-disken er i ferd med å bli fjernet fra settet, for å ende opp med et klassisk RAID-speil med to disker:
# mdadm /dev/md1 --remove /dev/sde
mdadm: hot removed /dev/sde from /dev/md1
# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
[...]
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 34 0 active sync /dev/sdd2
2 8 64 1 active sync /dev/sdf
Etter dette kan disken fysisk fjernes når tjenermaskinen er slått av neste gang, eller til og med fjernes under kjøring hvis maskinvareoppsettet tillater det. Slike oppsett inkluderer noen SCSI-kontrollere, de fleste SATA-disker, og eksterne harddisker tilkoblet via USB eller Firewire.
12.1.1.3. Sikkerhetskopi av oppsettet
Det meste av meta-dataene som gjelder RAID-volumer lagres direkte på diskene til disse settene, slik at kjernen kan oppdage settene og tilhørende komponenter, og montere dem automatisk når systemet starter opp. Men det oppmuntres til sikkerhetskopiering av dette oppsettet, fordi denne deteksjonen ikke er feilfri, og det er bare å forvente at den vil svikte akkurat under følsomme omstendigheter. I vårt eksempel, hvis en svikt i sde-disken hadde vært virkelig (i stedet for simulert), og systemet har blitt startet på nytt uten å fjerne denne sde-disken, kunne denne disken bli tatt i bruk igjen etter å ha blitt oppdaget under omstarten. Kjernen vil da ha tre fysiske elementer, som hver utgir seg for å inneholde halvparten av det samme RAID-volumet. I paksis leder dette til at RAID-et starter fra de individuelle diskene vekselvist, og også distribuerer dataene vekselvist, avhengig av hvilken disk som startet RAID-et i degradert modus. En annen kilde til forvirring kan komme når RAID-volumer fra to tjenermaskiner blir samlet inn i en tjenermaskin. Hvis disse settene kjørte normalt før diskene ble flyttet, ville kjernen være i stand til å oppdage og montere parene riktig; men hvis de flyttede diskene var samlet i en md1 på den gamle tjeneren, og den nye tjeneren allerede har en md1, ville et av speilene få nytt navn.
Å sikkerhetskopiere oppsettet er derfor viktig, om enn bare som referanse. Den vanlige måten å gjøre det på er å endre på /etc/mdadm/mdadm.conf-filen, et eksempel på det er listet her:
Eksempel 12.1. mdadm-oppsettsfil
# mdadm.conf
#
# !NB! Run update-initramfs -u after updating this file.
# !NB! This will ensure that initramfs has an uptodate copy.
#
# Please refer to mdadm.conf(5) for information about this file.
#
# by default (built-in), scan all partitions (/proc/partitions) and all
# containers for MD superblocks. alternatively, specify devices to scan, using
# wildcards if desired.
DEVICE /dev/sd*
# automatically tag new arrays as belonging to the local system
HOMEHOST <system>
# instruct the monitoring daemon where to send mail alerts
MAILADDR root
# definitions of existing MD arrays
ARRAY /dev/md/0 metadata=1.2 UUID=a75ac628:b384c441:157137ac:c04cd98c name=debian:0
ARRAY /dev/md/1 metadata=1.2 UUID=2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8 name=debian:1
# This configuration was auto-generated on Mon, 28 Feb 2022 01:53:48 +0100 by mkconf
En av de mest nyttige detaljer er DEVICE-valget, som viser enhetene som systemet automatisk vil undersøke for å se etter deler av RAID-volumer ved oppstarts. I vårt eksempel erstattet vi standardverdien, partitions containers, med en eksplisitt liste over enhetsfiler, siden vi valgte å bruke hele disker, og ikke bare partisjoner for noen volumer.
De to siste linjene i vårt eksempel er de som tillater kjernen trygt å velge hvilke volumnummer som skal tilordnes hvilket sett. Metadataene som er lagret på selve diskene er nok til å sette volumene sammen igjen, men ikke for å bestemme volumnummeret (og det matchende /dev/md*-enhetsnavn).
Heldigvis kan disse linjene generes automatisk:
# mdadm --misc --detail --brief /dev/md?
ARRAY /dev/md/0 metadata=1.2 UUID=a75ac628:b384c441:157137ac:c04cd98c name=debian:0
ARRAY /dev/md/1 metadata=1.2 UUID=2dfb7fd5:e09e0527:0b5a905a:8334adb8 name=debian:1
Innholdet i disse to siste linjene avhenger ikke av listen over disker som inngår i volumet. Det er derfor ikke nødvendig å lage disse linjene på nytt når du bytter ut en feilet disk med en ny. På den annen side må man sørge for å oppdatere filen når en oppretter eller sletter et RAID-sett.
LVM, Logical Volume Manager ( logisk volumhåndtering), er en annen tilnærming for å abstrahere logiske volumer fra sin fysiske forankring, som fokuserer på økt fleksibilitet i stedet for økt pålitelighet. LVM lar deg endre et logisk volum transparent så langt programmene angår; for eksempel er det mulig å legge til nye disker, overføre dataene til dem, og fjerne gamle disker, uten at volumet avmonteres.
Denne fleksibilitet oppnås med et abstraksjonsnivå som involverer tre konsepter.
Først, PV (Physical Volume, fysisk volum) er enheten nærmest maskinvaren: Det kan være partisjoner på en disk, en hel disk, eller til og med en annen blokkenhet (inkludert, for eksempel, et RAID-sett). Merk at når et fysisk element er satt opp til å bli en PV for LVM, skal den kun være tilgjengelige via LVM, ellers vil systemet bli forvirret.
Et antall PV-er kan samles i en VG (Volume Group, volumgruppe), som kan sammenlignes med både virtuelle og utvidbare disker. VG-er er abstrakte, og dukker ikke opp som en enhetsfil i /dev-hierarkiet, så det er ingen risiko for å bruke dem direkte.
Den tredje typen objekt er LV (Logical Volume, logisk volum), som er en del av en VG; hvis vi holder på analogien VG-som-disk, kan LV sammenlignes med en partisjon. LV-en fremstår som en blokkenhet med en oppføring i /dev, og den kan brukes som en hvilken som helst annen fysisk partisjon (som oftest, som en vert for et filsystem eller et vekselminne).
Det viktige er at splittingen av en VG til LV-er er helt uavhengig av dens fysiske komponenter (PV-ene). En VG med bare en enkelt fysisk komponent (en disk for eksempel) kan deles opp i et dusin logiske volumer; på samme måte kan en VG bruke flere fysiske disker, og fremstå som et eneste stort logisk volum. Den eneste begrensningen, selvsagt, er at den totale størrelsen tildelt LV-er kan ikke være større enn den totale kapasiteten til PV-ene i volumgruppen.
Det er imidlertid ofte fornuftig å ha en viss form for homogenitet blant de fysiske komponentene i en VG, og dele VG-en i logiske volumer som vil ha lignende brukermønstre. For eksempel, hvis tilgjengelig maskinvare inkluderer raske og tregere disker, kan de raske bli gruppert i en VG, og de tregere i en annen; deler av den første kan deretter bli tildelt til applikasjoner som krever rask tilgang til data, mens den andre kan beholdes til mindre krevende oppgaver.
I alle fall, husk at en LV ikke er spesielt knyttet til en bestemt PV. Det er mulig å påvirke hvor data fra en LV fysisk er lagret, men å bruk denne muligheten er ikke nødvendig til daglig. Tvert imot: Ettersom settet med fysiske komponenter i en VG utvikler seg, kan de fysiske lagringsstedene som tilsvarer en bestemt LV, spres over disker (mens den selvfølgelig blir værende innenfor PV-er tildelt VG-en).
La oss nå følge prosessen, steg for steg, med å sette opp LVM i et typisk brukstilfelle: Vi ønsker å forenkle en kompleks lagringssituasjon. En slik situasjon oppstår vanligvis etter en lang og innfløkt historie med akkumulerte midlertidige tiltak. For illustrasjonsformål vil vi vurdere en tjenermaskin der lagringsbehovene har endret seg over tid, og endte opp i en labyrint av tilgjengelige partisjoner fordelt over flere delvis brukte disker. Mer konkret er følgende partisjoner tilgjengelige:
på sdb-disken, en sdb2-partisjon, 4 GB;
på sdc-disken, en sdc3-partisjon, 3 GB;
sdd-disken, 4 GB, hele er tilgjengelig;
på sdf-disken, en sdf1-partisjon, 4 GB; og en sdf2-partisjon, 5 GB.
I tillegg, la oss anta at diskene sdb og sdf er raskere enn de to andre.
Målet vårt er å sette opp tre logiske volumer for tre ulike programmer: En filtjener som krever 5 GB lagringsplass, en database (1 GB), og noe plass for sikkerhetskopiering (12 GB). De to første trenger god ytelse, men sikkerhetskopiering er mindre kritisk med tanke på tilgangshastighet. Alle disse begrensninger forhindrer bruk av partisjoner på egen hånd; å bruke LVM kan samle den fysiske størrelsen på enhetene, slik at den totale tilgjengelige plassen er den eneste begrensningen.
Verktøyene som kreves er i lvm2-pakken og dens avhengigheter. Når de er installert, skal det tre trinn til for å sette opp LVM som svarer til de tre konseptnivåene.
Først gjør vi klare de fysiske volumene ved å bruke pvcreate:
# pvcreate /dev/sdb2
Physical volume "/dev/sdb2" successfully created.
# pvdisplay
"/dev/sdb2" is a new physical volume of "4.00 GiB"
--- NEW Physical volume ---
PV Name /dev/sdb2
VG Name
PV Size 4.00 GiB
Allocatable NO
PE Size 0
Total PE 0
Free PE 0
Allocated PE 0
PV UUID yK0K6K-clbc-wt6e-qk9o-aUh9-oQqC-k1T71B
# for i in sdc3 sdd sdf1 sdf2 ; do pvcreate /dev/$i ; done
Physical volume "/dev/sdc3" successfully created.
Physical volume "/dev/sdd" successfully created.
Physical volume "/dev/sdf1" successfully created.
Physical volume "/dev/sdf2" successfully created.
# pvdisplay -C
PV VG Fmt Attr PSize PFree
/dev/sdb2 lvm2 --- 4.00g 4.00g
/dev/sdc3 lvm2 --- 3.00g 3.00g
/dev/sdd lvm2 --- 4.00g 4.00g
/dev/sdf1 lvm2 --- 4.00g 4.00g
/dev/sdf2 lvm2 --- 5.00g 5.00g
Alt bra så langt. Vær oppmerksom på at en PV kan settes opp på en hel disk, samt på individuelle partisjoner på disken. Kommandoen pvdisplay, som vist ovenfor, lister eksisterende PV-er, med to mulige utdataformater.
Deretter setter vi sammen disse fysiske elementer til VG-er ved å bruke vgcreate. Vi samler kun raske PV-er i VG-en vg_critical. Den andre VG-en, vg_normal, vil inneholde også langsommere enheter.
# vgcreate vg_critical /dev/sdb2 /dev/sdf1
Volume group "vg_critical" successfully created
# vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name vg_critical
System ID
Format lvm2
Metadata Areas 2
Metadata Sequence No 1
VG Access read/write
VG Status resizable
MAX LV 0
Cur LV 0
Open LV 0
Max PV 0
Cur PV 2
Act PV 2
VG Size 7.99 GiB
PE Size 4.00 MiB
Total PE 2046
Alloc PE / Size 0 / 0
Free PE / Size 2046 / 7.99 GiB
VG UUID JgFWU3-emKg-9QA1-stPj-FkGX-mGFb-4kzy1G
# vgcreate vg_normal /dev/sdc3 /dev/sdd /dev/sdf2
Volume group "vg_normal" successfully created
# vgdisplay -C
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg_critical 2 0 0 wz--n- 7.99g 7.99g
vg_normal 3 0 0 wz--n- <11.99g <11.99g
Her ser vi igjen at kommandoene er ganske greie (og vgdisplay foreslår to utdataformater). Merk at det er fullt mulig å bruke to partisjoner på samme fysiske disk i to forskjellige VG-er. Merk også at vi navnga våre VG-er med vg_-forstavelse. Dette er ikke noe mer enn en konvensjon.
Vi har nå to «virtuelle disker», med størrelse henholdsvis ca. 8 GB og 12 GB. La oss nå dele dem opp i «virtuelle partisjoner» (LV-er). Dette innebærer bruk av kommandoen lvcreate, og en litt mer komplisert syntaks:
# lvdisplay
# lvcreate -n lv_files -L 5G vg_critical
Logical volume "lv_files" created.
# lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Path /dev/vg_critical/lv_files
LV Name lv_files
VG Name vg_critical
LV UUID Nr62xe-Zu7d-0u3z-Yyyp-7Cj1-Ej2t-gw04Xd
LV Write Access read/write
LV Creation host, time debian, 2022-03-01 00:17:46 +0100
LV Status available
# open 0
LV Size 5.00 GiB
Current LE 1280
Segments 2
Allocation inherit
Read ahead sectors auto
- currently set to 256
Block device 253:0
# lvcreate -n lv_base -L 1G vg_critical
Logical volume "lv_base" created.
# lvcreate -n lv_backups -L 11.98G vg_normal
Rounding up size to full physical extent 11.98 GiB
Rounding up size to full physical extent 11.98 GiB
Logical volume "lv_backups" created.
# lvdisplay -C
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
lv_base vg_critical -wi-a----- 1.00g
lv_files vg_critical -wi-a----- 5.00g
lv_backups vg_normal -wi-a----- 11.98g
To parameter er nødvendig når du oppretter logiske volumer; de må sendes til lvcreate som tilvalg. Navnet på LV som skal opprettes er angitt med alternativet -n, og dens størrelse er generelt gitt ved å bruke -L-alternativet. Vi trenger også, selvfølgelig, å fortelle kommandoen hvilken VG som skal brukes, derav det siste parameteret på kommandolinjen.
Logiske volumer, når de er opprettet, ender opp som blokkenhetsfiler i /dev/mapper/:
# ls -l /dev/mapper
total 0
crw------- 1 root root 10, 236 Mar 1 00:17 control
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:19 vg_critical-lv_base -> ../dm-1
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:17 vg_critical-lv_files -> ../dm-0
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:19 vg_normal-lv_backups -> ../dm-2
# ls -l /dev/dm-*
brw-rw---- 1 root disk 253, 0 Mar 1 00:17 /dev/dm-0
brw-rw---- 1 root disk 253, 1 Mar 1 00:19 /dev/dm-1
brw-rw---- 1 root disk 253, 2 Mar 1 00:19 /dev/dm-2
For å gjøre ting enklere er praktiske og egnede symbolske lenker også opprettet i kataloger som samsvarer med VG-er:
# ls -l /dev/vg_critical
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:19 lv_base -> ../dm-1
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:17 lv_files -> ../dm-0
# ls -l /dev/vg_normal
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 1 00:19 lv_backups -> ../dm-2
LV-ene kan deretter brukes akkurat som vanlige partisjoner:
# mkfs.ext4 /dev/vg_normal/lv_backups
mke2fs 1.46.2 (28-Feb-2021)
Discarding device blocks: done
Creating filesystem with 3140608 4k blocks and 786432 inodes
Filesystem UUID: 7eaf0340-b740-421e-96b2-942cdbf29cb3
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208
Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
# mkdir /srv/backups
# mount /dev/vg_normal/lv_backups /srv/backups
# df -h /srv/backups
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_normal-lv_backups 12G 24K 12G 1% /srv/backups
# [...]
[...]
# cat /etc/fstab
[...]
/dev/vg_critical/lv_base /srv/base ext4 defaults 0 2
/dev/vg_critical/lv_files /srv/files ext4 defaults 0 2
/dev/vg_normal/lv_backups /srv/backups ext4 defaults 0 2
Fra programmenes synspunkt har de utallige små partisjonene nå blitt abstrahert til ett stort 12 GB volum, med et hyggeligere navn.
Selv om muligheten til å samle sammen partisjoner eller fysiske disker er praktisk, er dette ikke den viktigste fordelen LVM gir oss. Fleksibiliteten den gir, merkes spesielt over tid, etter som behovene utvikler seg. I vårt eksempel, la oss anta at nye store filer må lagres, og at LV øremerket til filtjeneren er for liten til å romme dem. Siden vi ikke har brukt hele plassen i vg_critical, kan vi gjøre lv_files større. Til det formålet bruker vi kommandoen lvresize, deretter resize2fs for å tilpasse filsystemet tilsvarende:
# df -h /srv/files/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_critical-lv_files 4.9G 4.2G 485M 90% /srv/files
# lvdisplay -C vg_critical/lv_files
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
lv_files vg_critical -wi-ao---- 5.00g
# vgdisplay -C vg_critical
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg_critical 2 2 0 wz--n- 7.99g 1.99g
# lvresize -L 6G vg_critical/lv_files
Size of logical volume vg_critical/lv_files changed from 5.00 GiB (1280 extents) to 6.00 GiB (1536 extents).
Logical volume vg_critical/lv_files successfully resized.
# lvdisplay -C vg_critical/lv_files
LV VG Attr LSize Pool Origin Data% Meta% Move Log Cpy%Sync Convert
lv_files vg_critical -wi-ao---- 6.00g
# resize2fs /dev/vg_critical/lv_files
resize2fs 1.46.2 (28-Feb-2021)
Filesystem at /dev/vg_critical/lv_files is mounted on /srv/files; on-line resizing required
old_desc_blocks = 1, new_desc_blocks = 1
The filesystem on /dev/vg_critical/lv_files is now 1572864 (4k) blocks long.
# df -h /srv/files/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_critical-lv_files 5.9G 4.2G 1.5G 75% /srv/files
Vi kunne fortsette med på tilsvarende måte å utvide volumet som er vertskap for databasen, men vi har nådd VG-ens grense for tilgjengelig plass:
# df -h /srv/base/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_critical-lv_base 974M 883M 25M 98% /srv/base
# vgdisplay -C vg_critical
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg_critical 2 2 0 wz--n- 7.99g 1016.00m
Det gjør ikke noe, ettersom LVM lar en legge fysiske volumer til eksisterende volumgrupper. For eksempel, kanskje har vi merket oss at sdb3-partisjonen, som så langt ble brukt uten LVM, bare inneholdt arkiver som kan flyttes til lv_backups. Vi kan nå resirkulere den, og ta den inn i volumgruppen , og dermed få tilbake noe ledig plass. Dette er hensikten med kommandoen vgextend. Først må selvfølgelig partisjonen forberedes som et fysisk volum. Etter at VG er utvidet så kan vi bruke tilsvarende kommandoer som tidligere brukt for å utvide det logiske diskområdet, deretter filsystemets:
# pvcreate /dev/sdb3
Physical volume "/dev/sdb3" successfully created.
# vgextend vg_critical /dev/sdb3
Volume group "vg_critical" successfully extended
# vgdisplay -C vg_critical
VG #PV #LV #SN Attr VSize VFree
vg_critical 3 2 0 wz--n- <12.99g <5.99g
# lvresize -L 2G vg_critical/lv_base
[...]
# resize2fs /dev/vg_critical/lv_base
[...]
# df -h /srv/base/
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_critical-lv_base 2.0G 886M 991M 48% /srv/base
Både RAID og LVM bringer udiskutable fordeler så snart man forlater det enkle tilfellet med en stasjonær datamaskin med en enkelt harddisk, der bruksmønster ikke endres over tid. Men RAID og LVM går i to forskjellige retninger, med divergerende mål, og det er legitimt å lure på hvilken som bør velges. Det mest hensiktsmessige svaret vil selvfølgelig avhenge av nåværende og forventede krav.
Det finnes noen enkle tilfeller hvor spørsmålet egentlig ikke oppstår. Hvis kravet er å sikre data mot maskinvarefeil, så vil åpenbart RAID bli satt opp med en romslig sett med disker, ettersom LVM ikke løser dette problemet. På den andre side, dersom det er behov for et fleksibelt lagringsopplegg der volumene lages uavhengig av den fysiske utformingen av diskene, bidrar ikke RAID med mye, og LVM vil være det naturlige valget.
Det tredje bemerkelsesverdige brukstilfellet er når man bare ønsker å samle to disker i ett volum, enten av ytelseshensyn, eller for å ha et enkelt filsystem som er større enn noen av de tilgjengelige diskene. Dette tilfellet kan adresseres både med en RAID-0 (eller til og med en lineær-RAID), og med et LVM-volum. Når du er i denne situasjonen, og ikke har øvrige begrensninger (for eksempel å måtte fungere likt med de andre datamaskinene hvis de bare bruker RAID), vil oppsettsvalget ofte være LVM. Første gangs oppsett er ikke spesielt mer komplekst, og den svake økning i kompleksitet mer enn gjør opp for LVMs ekstra fleksibilitet dersom kravene må endres, eller dersom nye disker må legges til.
Så er det selvfølgelig det virkelig interessante brukseksempel, der lagringssystemet må gjøres både motstandsdyktig mot maskinvarefeil, og gi en fleksibel volumtildeling. Verken RAID eller LVM kan imøtekomme begge kravene på egen hånd. Uansett, det er her vi bruker begge samtidig - eller rettere sagt, den ene oppå den andre. Ordningen som har alt, men er blitt en standard siden RAID og LVM har nådd modenheten til å sikre datatallighet (dataredundans), først ved å gruppere disker i et lite antall store RAID-sett, og å bruke disse RAID-settene som LVM fysiske volumer. Logiske partisjoner vil da bli meislet ut fra disse LV-ene for filsystemer. Salgsargumentet med dette oppsettet er at når en disk svikter, vil bare et lite antall RAID-sett trenge rekonstruksjon, og dermed begrense tiden administrator bruker for gjenoppretting.
La oss ta et konkret eksempel: PR-avdelingen på Falcot Corp trenger en arbeidsstasjon for videoredigering, men avdelingens budsjett tillater ikke investere i dyr maskinvare fra bunnen av. Det er bestemt at maskinvaren som er spesifikk for det grafiske arbeidets art (skjerm og skjermkort) skal prioriteres, og at en skal fortsette med felles maskinvare for lagring. Men som kjent har digital video noen særegne krav til lagringen sin, datamengden er stor og gjennomstrømmingshastigheten for lesing og skriving er viktig for systemets generelle ytelse (for eksempel mer enn typisk aksesstid). Disse begrensningene må imøtekommes med vanlig maskinvare, i dette tilfellet to 300 GB S-ATA-harddisker. Systemdata må også gjøres motstandsdyktig mot maskinvarefeil, det samme gjelder noe brukerdata. Ferdigredigerte videoklipp må være trygge, men for videoer som venter på redigering er det mindre kritisk, siden de fortsatt er på videobånd.
RAID-1 og LVM kombineres for å tilfredsstille disse begrensningene. Diskene er knyttet til to forskjellige SATA-kontrollere for å optimalisere parallell tilgang, og redusere risikoen for samtidig svikt, og de vises derfor som sda og sdc. De er partisjonert likt slik det vises under:
# sfdisk -l /dev/sda
Disk /dev/sda: 894.25 GiB, 960197124096 bytes, 1875385008 sectors
Disk model: SAMSUNG MZ7LM960
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: BB14C130-9E9A-9A44-9462-6226349CA012
Device Start End Sectors Size Type
/dev/sda1 2048 4095 2048 1M BIOS boot
/dev/sda2 4096 100667391 100663296 48G Linux RAID
/dev/sda3 100667392 134221823 33554432 16G Linux RAID
/dev/sda4 134221824 763367423 629145600 300G Linux RAID
/dev/sda5 763367424 1392513023 629145600 300G Linux RAID
/dev/sda6 1392513024 1875384974 482871951 230.3G Linux LVM
De første partisjonene på begge diskene er BIOS-oppstartspartisjoner.
De neste to partisjonene sda2 og sdc2 (rundt 48 GB) blir gjort til et RAID-1-diskområde, md0. Denne speilingen blir brukt direkte for å lagre rot-filsystemet.
sda3 og sdc3-partisjonene sammenfattes til et RAID-0-dataområde, md1, og brukes som vekselminnepartisjon, noe som gir 32 GB vekselminne. Moderne systemer kan tildele masse minne og systemet trenger ikke dvalgang. Me denne mengden lagt er det svært usannsynlig at systemet ikke har mer minne igjen.
Partisjonene sda4 og sdc4, så vel som sda5 og sdc5, er samlet til to nye RAID-1-volumer på rundt 300 GB hver, md2 og md3. Begge disse speilene er satt opp som fysiske volumer for LVM, og knyttet til volumgruppen vg_raid. Denne VG-en inneholder dermed 600 GB sikker lagring.
De gjenværende partisjonene, sda6 og sdc6, brukes direkte som fysiske volumer, og knyttet til en annen VG kalt vg_bulk, som da ender opp med omtrent 460 GB lagringsplass.
Når VG-ene er opprettet, kan de svært fleksibelt deles opp. Man må huske på at LV-er opprettet i vg_raid, blir bevart selv om en av diskene svikter, noe som ikke vil være tilfelle for LV-er opprettet i vg_bulk. På den annen side vil de sistnevnte fordeles i parallell på begge disker, som tillater høyere lese- eller skrivehastigheter for store filer.
Vi lager derfor LV-ene lv_var og lv_home på vg_raid som vertskap for de tilsvarende filsystemene. En annen stor LV, lv_movies, skal brukes som vert for endelige versjoner av filmer etter redigering. Den andre VG-en vil bli delt inn i et stort lv_rushes, for data rett fra det digitale videokameraet, og et lv_tmp for midlertidige filer. Plasseringen av arbeidsområdet er et mindre enkelt valg å ta. Mens god ytelse er nødvendig for det volumet, er det verdt å risikere å miste arbeid hvis en disk svikter under redigeringsøkten? Avhengig av svaret på det spørsmålet, vil den aktuelle LV-en bli lagt til den ene VG-en, eller på den andre.
Vi har nå både endel redundans for viktige data, og mye fleksibilitet i hvordan den tilgjengelige plassen er delt mellom programmene.
