高级文件系统管理

磁盘配额

现在有这样一个场景，当我们将一个文件系统挂载一个目录下，大小为10个G，用户都可以在这个目录下创建和删除目录，如果一个用户在这个目录下存储了10G的文件，那么其他的用户就不可以写文件了，所以我们就需要对这个文件系统进行磁盘的配额，限制每个用户能够存储的最大空间

quotacheck

通过扫描指定的文件系统，获取磁盘的使用情况，创建、检查和修复磁盘配额（quota）文件。执行quotacheck指令，扫描挂入系统的分区，并在各分区的文件系统根目录下产生quota.user和quota.group文件，设置用户和群组的磁盘空间限制。常用选项：

• -c：创建一个配额文件
• -u：配合c使用，创建一个用户配额文件
• -g：配合c使用，创建一个组的配额文件

限制配额

1. 先准备一个空闲的文件系统，并将其挂载在/testdir下，记得一定要加挂载选项usrquota和grpquota

   [root@centos7 /]# cat /etc/fstab |grep quota
   UUID=4e788a6f-2f77-4cee-b36f-9c5254204fb1 /testdir                ext4    defaults,usrquota,grpquota 0 0
   [root@centos7 /]# df | grep sdb4
   /dev/sdb4       10190100    36888   9612540   1% /testdir
   [root@centos7 /]# cat /proc/mounts |grep sdb4
   /dev/sdb4 /testdir ext4 rw,seclabel,relatime,quota,usrquota,grpquota,data=ordered 0 0
   

2. 使用quotacheck创建用户、组的配额数据文件，位于挂载点的根目录

   [root@centos7 /]# quotacheck -cug /testdir/
   [root@centos7 /]# ll /testdir/
   total 32
   -rw-------. 1 root root  6144 Jun  7 20:58 aquota.group
   -rw-------. 1 root root  6144 Jun  7 20:58 aquota.user
   drwx------. 2 root root 16384 Jun  7 20:46 lost+found
   

3. quotaon启用配额（使用quotaoff关闭配额）

   [root@centos7 /]# quotaon /testdir/
   

4. 使用edquota USERNAME对指定的用户进行配，调用的是VIM，其中blocks和inodes列是不需要指定的，前面一对soft和hard表示的是大小的软硬限制，当超过软限制的时候，会有警告，并给用户一定的期限（默认是7天），后面是一对soft和hard表示的是inode数量的软硬限制，其实就是文件数量的限制。这里设置了liubei用户的配置

   isk quotas for user liubei (uid 1001):
     Filesystem                   blocks       soft       hard     inodes     soft     hard
     /dev/sdb4                         0       2G         3G          0       10       15
   

5. 查看用户的配额信息

   [root@centos7 ~]# quota -v liubei
   Disk quotas for user liubei (uid 1001): 
        Filesystem  blocks   quota   limit   grace   files   quota   limit   grace
         /dev/sdb4       0  2097152 3145728               0      10      15
   

6. 尝试创建一个大小大于软限制的文件，并查看配额信息

   [liubei@centos7 testdir]$ dd if=/dev/zero of=lliubei.file bs=1M count=3000
   sdb4: warning, user block quota exceeded.
   3000+0 records in
   3000+0 records out
   3145728000 bytes (3.1 GB) copied, 2.71819 s, 1.2 GB/s
   [liubei@centos7 testdir]$ quota -v liubei
   Disk quotas for user liubei (uid 1001): 
        Filesystem  blocks   quota   limit   grace   files   quota   limit   grace
         /dev/sdb4 3072004* 2097152 3145728   7days       1      10      15
   

7. 可以使用setquota非交互式的设置配额

   [root@centos7 testdir]# setquota zhangfei 2G 4G 10 15 /testdir/
   [root@centos7 testdir]# setquota guanyu 3G 4G 10 15 /testdir/ 
   Disk quotas for user zhangfei (uid 1002): 
        Filesystem  blocks   quota   limit   grace   files   quota   limit   grace
         /dev/sdb4       0  2097152 4194304               0      10      15        
   [root@centos7 testdir]# quota -v guanyu
   Disk quotas for user guanyu (uid 1003): 
        Filesystem  blocks   quota   limit   grace   files   quota   limit   grace
         /dev/sdb4       0  3145728 4194304               0      10      15
   

8. 使用repquota -v显示设置过配额的用户的信息

   [root@centos7 testdir]# repquota -v /testdir/
   *** Report for user quotas on device /dev/sdb4
   Block grace time: 7days; Inode grace time: 7days
                           Block limits                File limits
   User            used    soft    hard  grace    used  soft  hard  grace
   ----------------------------------------------------------------------
   root      --      20       0       0              2     0     0       
   liubei    +- 3072004 2097152 3145728  6days       1    10    15       
   zhangfei  --       0 2097152 4194304              0    10    15       
   guanyu    --       0 3145728 4194304              0    10    15       
   
   Statistics:
   Total blocks: 7
   Data blocks: 1
   Entries: 4
   

9. 使用warnquota向已经超过软限制的用户发邮件，邮件的内容可在warnquota的配置文件中定制

   [root@centos7 Packages]# warnquota
   [root@centos7 Packages]# su - liubei
   Last login: Thu Jun  7 22:33:19 CST 2018 on pts/0
   [liubei@centos7 ~]$ mail
   Heirloom Mail version 12.5 7/5/10.  Type ? for help.
   "/var/spool/mail/liubei": 2 messages 2 new
   >N  1 [email protected]      Thu Jun  7 22:56  29/1030  "NOTE: You are exceeding your allocat"
    N  2 [email protected]      Thu Jun  7 22:56  29/1030  "NOTE: You are exceeding your allocat"
   &
   

RAID

概念

就是把多个硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，操作系统会把他当成是一个硬盘，其性能能够达到甚至超过过单个昂贵容量大的硬盘。RAID提供了多种硬盘组合的方式，相比当个硬盘来说，提高了硬盘的I/O能力。多个磁盘之间相互冗余，提供了耐用性。

实现模式

软件磁盘阵列，由CPU处理和协调一个RAID里面各个硬盘的作业，这样就会给CPU带来较多的运算压力，分为3种：（虽然软RAID实现的有多种，但是在生产环境还是不建议使用的 ）

硬件磁盘阵列，在RAID卡上内置了CPU处理器，这样就不占用服务器的CPU了。一般硬件磁盘阵列都会有备份的电源模块和NVRAM（非易失性内存），当系统断掉后，备份电源开始供电，将硬盘读写的日志保存在内存中，当系统恢复，备份电源关闭供电，再在NVRAM读取日志数据，继续完成上次断电前没有完成的作业。

RAID 0

RAID 0

也称条带卷（striping）。在RAID0中，数据会被切成片，按一定顺序会被写到所有的磁盘里面，优缺点：

1. 速度快，写和读的能力得到了提高
2. RAID0没有冗余的能力，一旦一块磁盘出现了故障，则所有的数据都将不会恢复
3. RAID0需要N块磁盘才能实现（N>=2）
4. 能够存储数据的大小为N*min(S1,S2,S3,S4….)

RAID 1

RAID 1

也称镜像化，在RAID1中，数据会被复制成多份，存储在多个磁盘上，优缺点：

1. 冗余性和数据的可靠性最高，只要不是磁盘同时损坏了，一般都不会带来数据丢失的问题
2. RAID1的容量取决容量最小的那个磁盘，写入速度也是取决于最小的那个磁盘，较大的磁盘的剩余空间可以分区使用，不会造成浪费
3. RAID1的读取速度理论上来说是磁盘个数的倍数
4. RAID1需要N块磁盘才能实现（N>=2）
5. 能够存储数据的大小为min(S1,S2,S3…)

RAID 5

RAID 5

数据被条带化存储到了磁盘上，并且每个磁盘上都能够存储奇偶检验值，其读写速度和RAID0差不多，可能写的时候要慢一点，毕竟要计算奇偶检验，这样，即使坏掉一块磁盘，只需要更换上好的磁盘，RAID会利用剩下奇偶检验去重建磁盘上的数据，优缺点：

1. 较高的容错能力；
2. 读写速度快；
3. RAID5需要N块磁盘（N>=3）；
4. 能够存储数据的大小为(N-1)*min(S1,S2,S3,S4….)

RAID 10

RAID 10

RAID10和RAID01在读写速度上没有什么太大的差别，RAID01可靠性较低，这里就不在敖述，但是RAID10的数据安全性比较高，若下图左边那组RAID1中磁盘损坏了一个，另外一个也能用，右边那组RAID1再损坏一个数据也是恢复的，除非一组RAID1中的磁盘都坏掉了，优缺点：

1. 较高的容错能力
2. RAID10需要N个磁盘（N>=4）

RAID 50

RAID 50

RAID 50是RAID5和RAID0的组合，先做RAID5，再做RAID0，RAID 5至少需要3颗硬盘，因此要以多组RAID 5构成RAID 50，至少需要6颗硬盘，在底层的任意一组或者多组的RAID5中出现了一个磁盘的损坏是可以接受的，但是若出现了2个或者以上的磁盘损坏，整个RAID50就会损坏，优缺点：

1. 较高的容错能力
2. RAID10需要N个磁盘（N>=6）

mdadm

模式化工具，用于实现软RAID，常用选项：

• -C：创建
  • -n #：使用#个块设备来创建此RAID
  • -l #：指明要创建的RAID的级别
  • -a yes/no：自动创建目标RAID设备的设备文件
  • -c CHUNK_SIZE：指明块大小
  • -x #：指明空闲盘的个数
• -D：显示raid的详细信息
• -f：标记指定磁盘为损坏
• -a：添加磁盘
• -r：移除磁盘
• cat /proc/mdstat：观察md的状态

软RAID

1. 创建RAID10

   [root@centos7 ~]# mdadm -C /dev/md1 -a yes -l 10 -n 4 /dev/sda{6,7,8,9}
   

2. 给RAID添加新成员

   [root@centos7 ~]# mdadm –G /dev/md0 –n 3  -a /dev/sda10
   

3. 删除RAID：先卸载，再停掉，最后清空每个成员的superblock

   [root@centos7 ~]# mdadm -S /dev/mdX
   [root@centos7 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sdX /dev/sdY ……
   

4. 模拟损坏

   [root@centos7 ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sda6
   

5. 模拟移除

   [root@centos7 ~]# mdadm /dev/md0 -r /dev/sda10
   

6. 模拟增加

   [root@centos7 ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sda10
   

7. 保存指定raid状态

   [root@centos7 ~]# mdadm -D -s /dev/md0 > /etc/mdadm.conf
   

8. 保存当前所有RAID状态

   [root@centos7 ~]# mdadm -D -s > /etc/mdadm.conf
   

9. 共享热备盘（没啥用，企业也不差钱）

   1. 编辑mdadm.conf

      ARRAY /dev/md1 metadata=1.2 name=instructor.magedu.com:1 UUID=eb6fbe24:2449dde5:da515f42:48694ac4 spar
      e-group=magedisk
      ARRAY /dev/md5 metadata=1.2 spares=1 name=instructor.magedu.com:5 UUID=19dea50d:2cecbdbf:5891cb66:463e
      6c2c  spare-group=magedisk
      MAILADDR root
      

   2. 启动服务

      centos6:service mdmonitor restart
      centos7:systemctl restart mdmonitor
      

练习

1. 创建一个可用空间为1G的RAID1设备，文件系统为ext4，有一个空闲盘，开机可自动挂载至/backup目录

   [root@centos6 ~]# mdadm -C /dev/md1 -a yes -l 1 -n 2 /dev/sda{6,7} -x 1 /dev/sda8
   [root@centos6 ~]# mkfs.ext4 /dev/md1
   [root@centos6 ~]# fdisk /dev/md1
   [root@centos6 ~]# blkid /dev/md1
   [root@centos6 ~]# echo "UUID=cf3c163b-74a4-4616-a263-058395ad7f8a   /backup ext4 deflaults 0 0" >> /etc/fstab
   

2. 创建由三块硬盘组成的可用空间为2G的RAID5设备，要求其chunk大小为256k，文件系统为ext4，开机可自动挂载至/mydata目录

   [root@centos6 ~]# mdadm -C /dev/md5 -a yes -l 5 -c 256k -n 3 /dev/sda{9,10,11}
   [root@centos6 ~]# mkfs.ext4 /dev/md5
   [root@centos6 ~]# fdisk /dev/md5
   [root@centos6 ~]# blkid /dev/md5
   [root@centos6 ~]# echo "UUID=cf3c163b-74a4-4616-a263-058395ad7f8a   /mydata ext4 deflaults 0 0" >> /etc/fstab
   

LVM

概念

LVM.png

pv管理工具

pvcreate /dev/DEVICE ...：创建pv

pvs/pvdisplay：显示简要或详细pv信息

vg管理工具

vgcreate [-s #[kKmMgGtTpPeE]] VolumeGroupName PhysicalDevicePath：创建vg

vgs/vgdisplay：显示简要或详细vg信息

vgextend/vgreduce：vg扩增或减少

vgremove：删除vg，主要要先做pvmove

lv管理工具

lvcreate -L #[mMgGtT] -n NAME VolumeGroup：创建lv
lvcreate -l 60%VG -n mylv testvg
lvcreate -l 100%FREE -n yourlv testvg

lvs/lvdisplay：显示简要或详细lv信息

lvremove /dev/VG_NAME/LV_NAME：删除逻辑卷

重设文件系统大小

fsadm [options] resize device [new_size[BKMGTEP]]
resize2fs [-f][-F] [-M][-P][-p] device [new_size]

创建逻辑卷

1. 创建pv

   [root@centos7 ~]# pvcreate /dev/sda{6..9}
   

2. 创建vg

   [root@centos7 ~]# vgcreate vgfanjie /dev/sda{6..9}
   

3. 创建lv

   [root@centos7 ~]# lvcreate -l 50%VG -n lvfanjie vgfanjie
   [root@centos7 ~]# lvcreate -L 1.99G -n lvfanjie vgfanjie
   

4. 格式化并创建文件系统

   [root@centos7 ~]# mkfs.ext4 /dev/vgfanjie/lvfanjie
   

5. 挂载到指定目录

   [root@centos7 ~]# mount /dev/vgfanjie/lvfanjie /app
   

扩容逻辑卷

卷组可以提供足够空间，那么直接进行扩容

1. ext文件系统

   # 先扩展逻辑卷，再扩展文件系统
   [root@centos7 ~]# lvextend -L +1G /dev/vgfanjie/lvfanjie
   [root@centos7 ~]# resize2fs /dev/vgfanjie/lvfanjie
   
   # 直接一步到位
   [root@centos7 ~]# lvextend -L +1G /dev/vgfanjie/lvfanjie -r
   

2. xfs文件系统

   # 先扩展逻辑卷，再扩展文件系统
   [root@centos7 ~]# lvextend -L +1G /dev/vgfanjie/lvxfs
   [root@centos7 ~]# xfs_growfs /dev/vgfanjie/lvxfs
   
   # 直接一步到位
   [root@centos7 ~]# lvextend -L +1G /dev/vgfanjie/lvxfs -r
   

卷组无法提供足够空间，那么要先扩容vg，在依次扩容

1. 扩容vg

   [root@centos7 app]# pvcreate /dev/sda10
   [root@centos7 app]# vgextend vgfanjie /dev/sda10
   

2. 扩容lv

   [root@centos7 app]# lvextend -L +1G /dev/vgfanjie/lvfanjie -r
   

缩减逻辑卷

1. 卸载逻辑卷

   [root@centos7 ~]# umount /dev/vgfanjie/lvfanjie
   

2. 扫描逻辑卷

   [root@centos7 ~]# e2fsck -f /dev/vgfanjie/lvfanjie 
   

3. 缩减文件系统

   [root@centos7 ~]# resize2fs /dev/vgfanjie/lvfanjie 2G
   

4. 缩减逻辑卷

   [root@centos7 ~]# lvreduce -L 2G /dev/vgfanjie/lvfanjie
   

跨主机迁移卷组

1. 因为vg占用的有可能只是某个硬盘的一个分区，直接拆卸这些磁盘，会导致错误，因此最好将所有数据都移动到一块独立的物理卷上，如果卷组当前没有满足条件的物理卷，那就直接新增一块硬盘，移到此盘上

   [root@centos7 ~]# pvmove /dev/md5 /dev/sdk
   

2. 将源卷组设置为非激活

   [root@centos7 ~]# vgchange -an vgfanjie
   

3. 移除不需要拆卸的pv

   [root@centos7 ~]# vgreduce vgfanjie /dev/md1 /dev/md5 /dev/sdi /dev/sdj
   

4. 将源卷组设置为export状态，并拆下指定硬盘，装在欲迁移的主机上

   [root@centos7 ~]# vgexport vgfanjie
   

5. 把vgmage设置为import

   [root@centos7 ~]# vgimport vgfanjie
   

6. 把卷组设置为激活

   [root@centos7 ~]# lvchange -ay vgfanjie
   

7. 挂载

   [root@centos7 ~]# mount /dev/vgfanjie/lvfanjie /app/ext4
   

LVM快照

快照是特殊的逻辑卷，快照就是将当时的系统信息记录下来，就好像照相一般，若将来有任何数据改动了，则原始数据会被移动到快照区，没有改动的区域则由快照区和文件系统共享

逻辑卷快照

为现有逻辑卷创建快照，-l选项指定pe数量

[root@centos7 ~]# lvcreate -l 64 -s -n data-snapshot -p r /dev/vg0/data
[root@centos7 ~]# lvcreate -L 1G -s -n data-snapshot -p r /dev/vg0/data

挂载快照

[root@centos7 ~]# mount -o ro/dev/vg0/data-snapshot /mnt/snap

恢复快照，注意要先卸载

[root@centos7 ~]# umount/dev/vg0/data；umount/dev/vg0/data-snapshot
[root@centos7 ~]# lvconvert--merge /dev/vg0/data-snapshot

删除快照，注意也要先卸载

[root@centos7 ~]# umount/mnt/databackup；lvremove/dev/vg0/databackup

练习

1. 创建一个至少有两个PV组成的大小为20G的名为testvg的VG；要求PE大小为16MB, 而后在卷组中创建大小为5G的逻辑卷testlv；挂载至/users目录

   [root@centos7 ~]# vgcreate -s 16M testvg /dev/sda11 /dev/sda12
   [root@centos7 ~]# lvcreate -L 5G -n testlv testvg
   [root@centos7 ~]# [root@centos7 ~]# mkfs.ext4 /dev/testvg/testlv；mount /dev/testvg/testlv /users
   

2. 新建用户archlinux，要求其家目录为/users/archlinux，而后su切换至archlinux用户，复制/etc/pam.d目录至自己的家目录

   [root@centos7 ~]# useradd -d /users/archlinux archlinux
   [archlinux@centos7 ~]$ cp -a /etc/pam.d/ /users/archlinux/
   

3. 扩展testlv至7G，要求archlinux用户的文件不能丢失

   [root@centos7 ~]# lvextend -L 7G /dev/testvg/testlv -r
   

4. 收缩testlv至3G，要求archlinux用户的文件不能丢失

   [root@centos7 ~]# umount /users/
   [root@centos7 ~]# e2fsck -f /dev/testvg/testlv
   [root@centos7 ~]# resize2fs /dev/testvg/testlv 3G
   [root@centos7 ~]# lvreduce -L 3G /dev/testvg/testlv
   [root@centos7 ~]# mount /dev/testvg/testlv /users/
   

5. 对testlv创建快照，并尝试基于快照备份数据，验证快照的功能

   [root@centos7 ~]# lvcreate -l 64 -s -n testlv-snapshot -p r /dev/testvg/testlv
   [root@centos7 ~]# cp /etc/* /users/
   [root@centos7 ~]# umount /users/
   [root@centos7 ~]# lvconvert --merge /dev/testvg/testlv-snapshot