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case-three.md

File metadata and controls

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方案三 直接使用 RAID 磁盘阵列

概述

RAID - 磁盘阵列，是一种将多个硬盘组成具有冗余能力的阵列设备进行使用的技术。磁盘阵列有软硬之分，通过操作系统中的软件实现的称为软阵列(Soft-RAID)，由外置卡管理的称为硬阵列(RAID)。通常有以下几种模式：

  • RAID 0：由 2 块以上的硬盘组成，容量为所有硬盘的容量之和，没有冗余和错误修复能力，磁盘性能和吞吐量最佳，阵列中任何一块硬盘发生损坏，整个阵列设备中的数据都将丢失。这种形式的磁盘阵列只适合存储那些安全要求最低的数据。
  • RAID 1：由 2 块以上硬盘组成，最高可用容量为磁盘总容量的 50%，每块硬盘之间互做镜像，任何数据都会在阵列中的每一块硬盘上存取。磁盘利用率较低，性能和吞吐量较差，但冗余能力最佳。适合存储安全要求较高的重要数据。
  • RAID 5：由 3 块以上硬盘组成，每块硬盘都有一部分空间被用户数据校验，实际会有一块硬盘容量的空间被用作数据校验，剩余的容量为可用存储，任何一块硬盘损坏不会丢失数据。这种模式兼顾了冗余和性能，适合存储安全性要求较高的数据。
  • RAID 10：是由 2 个 RAID 1 组成的 RAID 0。这种形式即能获得 RAID 1 的冗余能力，又能获得 RAID 0 磁盘性能，可用容量为磁盘总容量的 50%。

准备工作

配置磁盘阵列的过程中我们需要用到 parted 分区工具，和 mdadm 磁盘阵列管理工具，使用以下命令安装：

getnas@getnas:~$ sudo apt install parted mdadm

硬盘分区

为了让系统能够妥善的识别我们创建的磁盘阵列，在开始之前应该先对磁盘进行分区。可以使用 parted 也可以使用 gdisk。

第一步 在交互模式下打开 parted

以 /dev/sda 为例：

getnas@getnas:~$ sudo parted /dev/sda
GNU Parted 3.2
Using /dev/sda
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted)

第二步 创建新分区

首先使用 p 命令查看该设备下是否存在旧分区，如果存在，使用 rm 命令将其删除。

(parted) p
Model: ATA ST1000DM003-9YN1 (scsi)
Disk /dev/sda: 1000GB
Sector size (logical/physical): 512B/4096B
Partition Table: gpt
Disk Flags:

Number  Start  End  Size  File system  Name  Flags

(parted)

确认设备中没有旧分区，使用 mkpart 命令创建新分区，在交互过程中使用采用以下设置，创建一个占用整个磁盘容量的新分区：

  • Partition name：留空；
  • File system type：输入 ext4；
  • Start：分区的起始位置，输入 2048；
  • End：分区的结束位置，输入 -1 代表硬盘的最末端；
(parted) mkpart
Partition name?  []?
File system type?  [ext2]? ext4
Start? 2048
End? -1

(parted)

分区完成后可以再次使用 p 命令，查看是否创建成功。以此类推，重复上述步骤为 /dev/sdb 等硬盘创建新分区。输入 q 退出程序。

创建 RAID 1

接下来我们将 /dev/sda1 和 /dev/sdb1 这两个均为 1TB 的分区组成 RAID 1 磁盘阵列。

创建磁盘阵列使用 mdadm 命令附加必要的参数：

  • --create /dev/md0：创建名为 md0 的磁盘阵列设备；
  • --level：磁盘阵列类型 raid1 或 1；
  • --raid-devices：指定该磁盘阵列由几个磁盘设备组成；
  • /dev/sdX：组成阵列的各个磁盘分区；
getnas@getnas:~$ sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sda1 /dev/sdb1
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
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

看到 Continue creating array? 交互信息时输入 y 或 yes 确认。

这样就完成了 RAID 1 磁盘阵列的创建。

查看磁盘阵列信息

mdadm 命令后跟磁盘阵列设备名，即可查看最基本的设备信息：

getnas@getnas:~$ sudo mdadm /dev/md0
/dev/md0: 931.39GiB raid1 2 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.

如果想查看更详尽的信息，可以在命令中添加 --detail 参数：

getnas@getnas:~$ sudo mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Wed Sep 13 22:02:33 2017
     Raid Level : raid1
     Array Size : 974630912 (929.48 GiB 998.02 GB)
  Used Dev Size : 974630912 (929.48 GiB 998.02 GB)
   Raid Devices : 2
  Total Devices : 2
    Persistence : Superblock is persistent

  Intent Bitmap : Internal

    Update Time : Wed Sep 13 22:02:43 2017
          State : clean, resyncing
 Active Devices : 2
Working Devices : 2
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 0

  Resync Status : 0% complete

           Name : getnas:0  (local to host getnas)
           UUID : 7ab3a467:4d1f7403:a38385b4:eca86e95
         Events : 2

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8        1        0      active sync   /dev/sda1
       1       8       17        1      active sync   /dev/sdb1

从输出的信息中可以看到，磁盘阵列的名称(Name)为 getnas:0，你的磁盘阵列名称可能与此处的不同，请使用实际的名称。

格式化并挂载分区

目前设备的路径名仍然为 /dev/md0，但当我们重新启动系统以后，设备名就会变成 /dev/md/getnas:0。此处，我们以重启之前进行格式化和挂载举例。

第一步 格式化分区

使用 mkfs.ext4 命令格式化分区：

getnas@getnas:~$ sudo mkfs.ext4 /dev/md0
创建含有 243657728 个块（每块 4k）和 60915712 个inode的文件系统
文件系统UUID：a80571bc-345c-4a62-9dd3-22f98c63f679
超级块的备份存储于下列块：
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
	4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872, 71663616, 78675968,
	102400000, 214990848

正在分配组表： 完成
正在写入inode表： 完成
创建日志（262144 个块）完成
写入超级块和文件系统账户统计信息： 已完成

第二步 创建挂载目录

在挂载分区之前，先确认是否创建了 /mnt/storage 目录，如果没有请执行以下命令创建：

getnas@getnas:~$ sudo mkdir /mnt/storage

第三步 手动挂载分区

getnas@getnas:~$ sudo mount /dev/md0 /mnt/storage

第四步 设置目录所有权

使用 chown 命令，将 /mnt/storage 目录的所有者指定为 getnas。请使用你在安装系统时实际创建的账户名替换该用户名：

getnas@getnas:~$ sudo chown getnas /mnt/storage

配置分区自动挂载

使用 nano 编辑器打开配置文件 /etc/fstab：

getnas@getnas:~$ sudo nano /etc/fstab

在配置文件的最后添加一行：

/dev/md/getnas:0  /mnt/storage  ext4  auto  0  0

注意：请将分区名称中的 getnas:0 替换成你真实的磁盘阵列名。

编辑完成以后，配置文件开起来应该类似这样，其中 # 开头的行为注释：

# /etc/fstab: static file system information.
#
# Use 'blkid' to print the universally unique identifier for a
# device; this may be used with UUID= as a more robust way to name devices
# that works even if disks are added and removed. See fstab(5).
#
# <file system> <mount point>   <type>  <options>       <dump>  <pass>
# / was on /dev/sda1 during installation
UUID=a915e0e5-6249-42ec-8be0-2624f3511275 /               ext4    errors=remount-ro 0       1
/dev/sr0        /media/cdrom0   udf,iso9660 user,noauto     0       0
/dev/md/getnas:0  /mnt/storage  ext4  auto  0  0

重新启动系统，使用 df -h 命令即可查看分区挂载情况。

创建 RAID 5

这里我们额外增加了两块 1TB 硬盘，NAS 服务器上现在有 4 块容量相同的硬盘，使用 fdisk 命令查看：

getnas@getnas:~$ sudo fdisk -l
Disk /dev/sda: 7.5 GiB, 8004304896 bytes, 15633408 sectors
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: dos
Disk identifier: 0x77d811ad

Device     Boot Start      End  Sectors  Size Id Type
/dev/sda1  *     2048 13537279 13535232  6.5G 83 Linux


Disk /dev/sdb: 931.5 GiB, 1000204886016 bytes, 1953525168 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 809807E5-A4BA-4CD7-B9C7-7C1707EE9229

Device     Start        End    Sectors   Size Type
/dev/sdb1   2048 1953525134 1953523087 931.5G Linux RAID


Disk /dev/sdc: 931.5 GiB, 1000204886016 bytes, 1953525168 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 4336065F-D40A-4683-A837-B854017AC3CF

Device     Start        End    Sectors   Size Type
/dev/sdc1   2048 1953525134 1953523087 931.5G Linux RAID


Disk /dev/sdd: 931.5 GiB, 1000204886016 bytes, 1953525168 sectors
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: A3858B91-4DD2-4E7B-8D35-C495261CAEF6

Device     Start        End    Sectors   Size Type
/dev/sdd1   2048 1953525134 1953523087 931.5G Linux RAID


Disk /dev/sde: 931.5 GiB, 1000204886016 bytes, 1953525168 sectors
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: 8AFB74C8-204E-44D9-926E-C9D8F8E3DDFD

Device     Start        End    Sectors   Size Type
/dev/sde1   2048 1953525134 1953523087 931.5G Linux RAID

注意，从 /dev/sdb 到 /dev/sde 这四个硬盘都按照前面的要求进创建了 Linux RAID 类型的分区。

创建 RAID 5 磁盘阵列同样要使用 mdadm 命令：

  • --create：指定要创建的磁盘阵列设备路径名 /dev/md0；
  • --level：磁盘阵列级别，输入 raid5 或 5；
  • --raid-devices：指定磁盘阵列由几块硬盘组成；
  • /dev/sdX1：组成磁盘阵列个各个硬盘分区；
getnas@getnas:~$ sudo mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=4 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

查看磁盘阵列详细信息：

getnas@getnas:~$ sudo mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Mon Sep 18 21:47:42 2017
     Raid Level : raid5
     Array Size : 2929890816 (2794.16 GiB 3000.21 GB)
  Used Dev Size : 976630272 (931.39 GiB 1000.07 GB)
   Raid Devices : 4
  Total Devices : 4
    Persistence : Superblock is persistent

  Intent Bitmap : Internal

    Update Time : Mon Sep 18 21:52:43 2017
          State : clean, degraded, recovering
 Active Devices : 3
Working Devices : 4
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 1

         Layout : left-symmetric
     Chunk Size : 512K

 Rebuild Status : 3% complete

           Name : getnas:0  (local to host getnas)
           UUID : ac9b5a09:b9f60a20:6eaf053f:01cb1080
         Events : 61

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
       1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1
       2       8       49        2      active sync   /dev/sdd1
       4       8       65        3      spare rebuilding   /dev/sde1

从输出可以看到，我们创建的 RAID 5 级别的磁盘阵列，可用容量为 3000 GB，已用容量为 1000 GB。从最下方的设备列表中也可以看到，最后一块硬盘状态为 spare rebuilding 即用于磁盘阵列数据冗余的。

这里创建的 RAID 5 级别磁盘阵列与前面创建的 RAID 1 磁盘阵列设备名称，格式化方式和自动挂载方式完全相同，此处不再重复介绍。