Lab01 RAID阵列 #
本指导书是实验过程的一个示例，供不熟悉实验环境的同学参考，无需严格按照指导书中的步骤来进行实验 :)
实验内容 #
本实验通过软件 RAID 管理磁盘：
- 通过工具查看磁盘列表
- 使用LVM扩展根目录
/的容量 - 创建RAID阵列，测试读写文件并模拟磁盘损坏，观察有什么情况发生，数据是否损坏或者丢失？
- 尝试RAID 0
- 尝试RAID 1
- 尝试RAID 5
- 思考题：
- 为什么及在什么条件下选择用 RAID
- RAID & 分布式存储 & 集中存储的区别
请将实验报告按 lab01-学号-姓名.pdf 的命名格式提交
实验准备 #
Windows下连接Ubuntu虚拟机 #
一般来讲，Windows 10（及以上）自带的cmd.exe都自带ssh client，打开cmd后直接ssh foo@x.x.x.x即可登录
为了更好的使用体验，你也可以使用 MobaXterm 或者 termius 等进行多个ssh连接的管理
MacOS下连接Ubuntu虚拟机 #
使用系统自带的Terminal.app登录即可
为了更好的使用体验，推荐使用 iterm2 登录
当然，你也可以使用 termius 进行多个ssh连接的管理
Ubuntu虚拟机联网 #
虚拟机已内置联网登录工具
buaalogin config
buaalogin login
重要提醒 #
请登录实验虚拟机后，及时更改虚拟机密码，以避免以下情况发生：
- 未意识到登录了他人的虚拟机， 帮助别人完成了实验工作
- 自己的虚拟机被别人登录，已经做完的实验被破坏
实验过程参考 #
实验全程在root权限下进行
sudo -i
使用LVM为根目录扩容 #
查看虚拟机上的磁盘列表，其中有sdb~sdf共五块磁盘可以供本次实验使用，sda是系统所在的磁盘，容量为20GB
$ lsblk -d
sda 8:0 0 20G 0 disk
sdb 8:16 0 1G 0 disk
sdc 8:32 0 1G 0 disk
sdd 8:48 0 1G 0 disk
sde 8:64 0 1G 0 disk
sdf 8:80 0 1G 0 disk
查看根目录/的容量，为16GB，说明sda磁盘上有空闲空间没有利用上
$ df -lh /
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv 16G 4.9G 10.1G 35% /
使用fdisk命令给空闲的磁盘空间分区
在Command (m for help):后面输入n，一路回车，默认按磁盘最大容量分区
在Command (m for help):后面输入t，输入4选择新创建的分区，输入31选择Linux LVM分区类型
最后在Command (m for help):后面输入w保存
$ fdisk /dev/sda
Command (m for help): n
Partition number (4-128, default 4):
First sector (33552384-104857566, default 33552384):
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (33552384-104857566, default 104857566):
Created a new partition 4 of type 'Linux filesystem' and of size 4 GiB.
Command (m for help): t
Partition number (1-4, default 4): 4
Partition type (type L to list all types): 31
Changed type of partition 'Linux filesystem' to 'Linux LVM'.
Command (m for help): w
The partition table has been altered.
Syncing disks.
创建物理卷（PV），命名格式一般为磁盘名+分区号
pvcreate /dev/sda4
查看卷组（VG）列表，Ubuntu在系统安装时已创建好了一个默认的卷组，如下所示
$ vgdisplay
--- Volume group ---
VG Name ubuntu-vg
...
将刚创建的物理卷加入卷组
vgextend ubuntu-vg /dev/sda4
查看逻辑卷（LV）列表，Ubuntu系统安装在默认逻辑卷上
$ lvdisplay
--- Logical volume ---
LV Path /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
...
将逻辑卷扩容，然后为文件系统（ext4类型）扩容
lvextend -l +100%FREE /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
resize2fs /dev/ubuntu-vg/ubuntu-lv
查看根目录容量，已扩容至20GB
$ df -lh /
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/ubuntu--vg-ubuntu--lv 20G 4.9G 12G 11% /
RAID阵列搭建 #
安装mdadm工具
apt-get install mdadm
mdadm命令的常用参数及作用如下
| 参数 | 作用 |
|---|---|
| -a | 检测设备名称 |
| -n | 指定设备数量 |
| -l | 指定RAID级别 |
| -C | 创建 |
| -v | 显示过程 |
| -f | 模拟设备损坏 |
| -r | 移除设备 |
| -Q | 查看摘要信息 |
| -D | 查看详细信息 |
| -S | 停止RAID磁盘阵列 |
用命令创建 RAID 1，看到如下输出即为成功
$ mdadm -Cv /dev/md1 -a yes -n 2 -l 1 /dev/sd{b,c}
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.
将创建好的RAID 1阵列格式化为ext4文件系统
mkfs.ext4 /dev/md1
查看 RAID 1 阵列的摘要信息，可以看到两块10GB的磁盘组成的 RAID 1 阵列容量约为1GB
$ mdadm -Q /dev/md1
/dev/md1: 0.99GiB raid1 2 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.
将 RAID 1 阵列临时挂载到/mnt/raid1目录下，测试文件读写
mkdir -p /mnt/raid1/
mount /dev/md1 /mnt/raid1
echo 'Hello, world!' > /mnt/raid1/hello
cat /mnt/raid1/hello
模拟阵列中的一块磁盘损坏（注意：此方法仅适用于RAID 1、RAID 5、RAID 10，模拟RAID 0损坏的方法见下一节）
$ mdadm /dev/md1 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md1
再次读取文件，发现文件完好无损
$ cat /mnt/raid1/hello
Hello, world!
删除该阵列，释放磁盘空间
umount /mnt/raid1
mdadm -S /dev/md1
mdadm --zero-superblock /dev/sd{b,c}
同理可创建RAID 0、RAID 5、RAID 10等阵列
mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 2 -l 0 /dev/sd{b,c}
mdadm -Cv /dev/md5 -a yes -n 5 -l 5 /dev/sd{b,c,d,e,f}
mdadm -Cv /dev/md10 -a yes -n 4 -l 10 /dev/sd{b,c,d,e}
模拟RAID 0阵列中磁盘损坏 #
在创建阵列之前，需要先给待使用的磁盘分区，以/dev/sdb为例
在Command (m for help):后面输入n，一路回车，默认按磁盘最大容量分区
最后在Command (m for help):后面输入w保存
$ fdisk /dev/sdb
Command (m for help):
新分区名称默认为/dev/sdb1
同理，为/dev/sdc也创建一个分区/dev/sdc1
在这两个分区上创建RAID 0阵列
mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 2 -l 0 /dev/sd{b1,c1}
再使用fdisk删除分区：fdisk /dev/sdb
在Command (m for help):后面输入d，然后在Command (m for help):后面输入w保存
更新分区表并重启
partprobe
reboot
重启后发现RAID 0阵列已损坏
$ mdadm -Q /dev/md0
mdadm: cannot open /dev/md0: No such file or directory