运维笔记15 （磁盘加锁，软raid的创建和使用）

痛定思痛。 2022-07-15 07:12 81阅读 0赞

概述：

本篇文章主要讲解些对硬盘的操作，有对硬盘安全考虑的磁盘加锁，还有对硬盘的速度，可靠考虑的raid(独立冗余磁盘阵列)，这个raid分为软raid和硬raid，硬raid只需要raid卡的支持，然后在bios中进行一些设置就可以使用了，但我们为了演示（主要是没钱。。。），或者说告诉大家在没有硬raid时该怎么办，我们这次将软raid。

1.磁盘加锁（cryptsetup）

磁盘加锁使用的是一种设备映射关系，我们用它来把一个设备映射成另外一个设备，然后对这个新的设备进行操作，并进行加密，这样就不会使我们的原设备直接被使用，从而达到一种安全的效果。但是将这个设备映射时又需要密码。

用于磁盘加密的命令是cryptsetup（这个crypt其实就有加密的意思），这个命令有很多参数，但是我们基本不需要刻意记忆，需要用到的时候直接查询help就可以，这里介绍几个常用的参数。

[root@foundation3 ~]# cryptsetup --help

open <device> [--type <type>] [<name>] - open device as mapping <name>#将设备映射到另一个设备上
 	close <name> - close device (remove mapping)			 #关闭这个映射设备

luksFormat <device> [<new key file>] - formats a LUKS device	 #将设备做成luks加密格式
 	luksAddKey <device> [<new key file>] - add key to LUKS device	 #添加密码文件，用于自动挂载加密设备

luksRemoveKey <device> [<key file>] - removes supplied key or key file from LUKS device #去掉密码，但是你的数据也被毁了

对磁盘加密这种操作属于危险操作，毕竟一不小心错误操作输入了不知道的密码，你原本的数据可就不保了，这也是这种加密的风格，加密与数据共存，想打开加密，那么数据就报废。下面画一个加密的流程图。  
 ![Center][]

想要创建一个加密的磁盘，先要清空这个磁盘上的东西，因为最后需要格式化，每当不适用设备的时候，不仅要卸载设备，还要关闭掉设备映射文件，否则下次再使用设备会有问题（如果出现这种情况只要再关删除一次设备映射文件即可）。

实际操作：

[root@foundation3 ~]# cryptsetup luksFormat /dev/sdb4 
    
    WARNING!
    ========
    This will overwrite data on /dev/sdb4 irrevocably.
    
    Are you sure? (Type uppercase yes): YES
    Enter passphrase: 
    Verify passphrase:

这里有一点需要注意的，就是这个Are you sure后面，一定要是大写的YES，要不然他不会加密

[root@foundation3 ~]# cryptsetup open /dev/sdb4 mo
    Enter passphrase for /dev/sdb4:

这时就把/dev/sdb4映射到另一个设备上了

[root@foundation3 ~]# ls /dev/mapper/
    control  mo

现在如果想操作这个设备就要对/dev/mapper/mo进行操作了。

[root@foundation3 ~]# mkfs.vfat /dev/mapper/mo 
    mkfs.fat 3.0.20 (12 Jun 2013)
    unable to get drive geometry, using default 255/63

对其格式化，上面的数据已经全没有了，然后就可以使用了。

[root@foundation3 ~]# mount /dev/mapper/mo /mnt/
    [root@foundation3 ~]# touch /mnt/file{1..3}
    [root@foundation3 ~]# ls /mnt/
    file1  file2  file3

现在我们卸载设备并删除映射文件

[root@foundation3 ~]# umount /mnt/
    [root@foundation3 ~]# cryptsetup close mo

这样就卸载完成了

当下次需要使用的时候，比如讲刚才那个U盘再插到电脑上时如果我们直接挂载

Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
    /dev/sdb4   *         256    30529535    15264640    c  W95 FAT32 (LBA)

根据这里显示有一个U盘，设备文件是/dev/sdb4，我们把他挂载试试。

[root@foundation3 ~]# mount /dev/sdb4 /mnt/
    mount: unknown filesystem type 'crypto_LUKS'

发现不可以，无法识别这个设备的类型，只能识别这个设备的映射。所以现在进行映射

[root@foundation3 ~]# cryptsetup open /dev/sdb4  mo
    Enter passphrase for /dev/sdb4:

这样就可以使用了。

假如我们感觉这个加密太麻烦了，我们想去掉加密怎么办

[root@foundation3 ~]# cryptsetup close mo
    [root@foundation3 ~]# cryptsetup luksRemoveKey /dev/sdb4 
    Enter passphrase to be deleted: 
    
    WARNING!
    ========
    This is the last keyslot. Device will become unusable after purging this key.
    
    Are you sure? (Type uppercase yes):

他已经提醒我们了，就算我们自己知道密码，你去掉这个key后硬盘也不可用了，需要重新格式化。所以先备份好文件吧。  
  
如果你想让一个加密的设备开机自动挂载，那么就需要编辑一个配置文件,/etc/crypttab,打开这个文件发现其实是空的，我们man 5 crypttab了解到只需天三列就可以。分别是：

解密后可使用的名字  原设备文件 存密码的文件

mo    /dev/sdb4    path(任意路径)

然后将这个映射磁盘的挂载信息写入/etc/fstab，切记是映射磁盘的路径，也就是本文中的/dev/mapper/mo。  
  
2.raid（独立冗余磁盘阵列）

先介绍一些有关raid的基础知识，raid可以通过一些技术将多个小的磁盘整合成为一个较大的磁盘设备，而这个较大的磁盘功能不仅是存储，还有数据保护，提升读写速度等功能。根据阵列组成的不同，整合后的磁盘有不同的功能，下面一一来说一下。

raid0：将一份数据切成两块，分别同时存到两块磁盘中，这样就提升了硬盘的写入速度，举个例子，以前一秒钟一块盘可以写入10MB数据，两块盘同时写入的话，一分钟就可写入20MB数据，这样你明白raid0为什么提高读写入速率了吧。但是如果一块硬盘坏掉了怎么办，那就哔了，缺哪一块因硬盘都数据都无法使用了。

raid1：是一种出于安全的方法，也是有钱人的做法，将一份数据存入两块硬盘中，也就是两个硬盘的数据是一模一样的，如果一块硬盘坏了，另一个可以立刻顶上去。raid1的存储性能不太好，但是读取性能还是可以的，这是因为数据在不同的磁盘上，如果多个进程在读取同一条数据时，raid会自行取得最佳的读取平衡。

raid0+1，raid1+0：就是将raid0的快速和raid1的安全结合在一起，只是两种的组合方式稍有不同，raid01是先做raid0再做raid1。如下图

![Center 1][]

每组中分别是一个raid0，组间是raid1的关系，但是如果一块损坏了，比如左1，需要修复时，首先要看左2，找到是哪部分损坏，再看右1，右2的哪个是他的备份，也就是说一块损坏要动用其他三块，所以企业中常用的还是下面介绍的raid10

![Center 2][]

做变两个组成raid1存储完全一样的数据，右边也是，但是左右两组都不能独立出来，必须共同工作才能读存数据，这次假如左1坏了，那么他只需要请求左2即可。只影响自己的备份盘。

raid5：与raid0有相似之处，但是更安全一点，它又加入了一个校验盘，保证数据安全，当一块盘坏掉的时候，可以根据校验盘，和剩余的盘计算出来坏掉盘上的数据，读取速度和raid0有一拼，但是写入速度很受硬件制约，因为写入时需要计算校验码。总之raid5也是一个既能保证安全又能提升性能的不错选择。

亲手创建软raid:

在linux下可以通过mdadm这个命令来创建软raid而且不用我们有很多块硬盘，这个命令可以把一个分区就当成raid的一个基本单位，省钱又省时。

在创建之前我们先做好准备工作，分出四个区，每个分区各1G，用fdisk命令。

Disk /dev/vdb: 10.7 GB, 10737418240 bytes, 20971520 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
    Disk label type: dos
    Disk identifier: 0x1278e24b
    
       Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
    /dev/vdb1            2048     2099199     1048576   83  Linux
    /dev/vdb2         2099200     4196351     1048576   83  Linux
    /dev/vdb3         4196352     6293503     1048576   83  Linux
    /dev/vdb4         6293504    16779263     5242880    5  Extended
    /dev/vdb5         6295552     8392703     1048576   83  Linux

我们分出了4个1G的分区分别是/dev/vdb1,/dev/vdb2,/dev/vdb3,/dev/vdb5,其中vdb4为扩展分区。

现在介绍一下mdadm命令，刚才讲了那么多raid的基础，如果没有接触过的小伙伴可能会有点害怕，这个raid这么厉害，创建起来会不会很难，其实不然，反而很简单，我下面介绍几个常用的参数，你就可以自己手动创建raid0,raid1,raid01,raid10,raid5这些了。

mdadm

\-C<设备名字> 创建模式

\-lraid等级，0，1，5之类的

\-n使用的磁盘或者分区块数

\-a是否自动生成raid设备

\-x作为备份的磁盘数量，如果某块磁盘坏了可以立刻补充上去。不用手动操作

raid0：

[root@station ~]# mdadm -C /dev/md0 -n 2 -l 0 -a yes /dev/vdb1 /dev/vdb2 
 mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
 mdadm: array /dev/md0 started.
 [root@station ~]# cat /proc/mdstat 
 Personalities : [raid0] 
 md0 : active raid0 vdb2[1] vdb1[0]
 2096128 blocks super 1.2 512k chunks
 
 unused devices: <none>

通过上面的命令就很简单的建立好了raid0，通过查看/proc/mdstat可以看到，已经生效，接下俩我们思考一下，raid0是将数据一分为2存储，那么操作系统看到的raid设备也就是/dev/md0是多大呢？这就要涉及到raid对磁盘的利用率，两个1G的磁盘组成raid0利用率100%，所以md0是2G。我们来证明一下：

Disk /dev/md0: 2146 MB, 2146435072 bytes, 4192256 sectors
 Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
 Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
 I/O size (minimum/optimal): 524288 bytes / 1048576 bytes

raid1：

raid1由于是两块一样的盘，一块作为主盘，另一块作为镜像，所以创建时有一个同步的过程

![Center 3][]

通过这个动图我们可以看到这个同步的过程，再计算一下，这个md0操作系统认为他是多大呢，因为有一块作为镜像使用了，所以只有可怜的50%，证明如下：

Disk /dev/md0: 1073 MB, 1073152000 bytes, 2096000 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

raid5：

通过下面这张动图我们也可以看到raid5的校验盘建立过程，而且切记，raid5至少要3块盘。

![Center 4][]

raid5有一块盘作为校验盘所以那块无法进行数据存储，故3块盘会有1块不能使用，所以操作系统识别md0为2G，证明如下。

Disk /dev/md0: 2145 MB, 2145386496 bytes, 4190208 sectors
    Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
    Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
    I/O size (minimum/optimal): 524288 bytes / 1048576 bytes

亲手销毁raid：

raid的建立很简单，销毁也很简单，下面介绍几个销毁时需要的参数

mdadm

\-f|--fail 使raid上的一块磁盘或分区坏掉（软件模拟，并不是真的坏掉）

\-r拔掉那块坏掉的硬盘|或分区

\-a这个-a不是上面创建模式的-a，这里-a用于添加一块磁盘

\--misc --zero-superblock覆盖做过软raid磁盘上的超级块，否则无法删除干净。

我们先建立一个三块磁盘的raid1，其中有1块作为备份盘。我们还是先来看下效果

Personalities : [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4]
 md0 : active raid1 vdb3[2](S) vdb2[1] vdb1[0]
 1048000 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
 
 unused devices: <none>

可以看到vdb3后面有个(S)，代表闲置备份盘的意思。

现在我们故意弄坏一块

![Center 5][]  
可以看到vdb1被弄坏后vdb3立刻补充上去，当作vdb1。

现在我们想让这些分区回到以前的样子，销毁刚才做的实验。

[root@station ~]# mdadm /dev/md0 -r /dev/vdb1 
 mdadm: hot removed /dev/vdb1 from /dev/md0

拔掉坏了的硬盘vdb1

将剩下的都弄坏

[root@station ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/vdb2
    mdadm: set /dev/vdb2 faulty in /dev/md0
    [root@station ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/vdb3
    mdadm: set device faulty failed for /dev/vdb3:  Device or resource busy

可以看到最多弄到还剩一块，也就是弄坏也要有个限度，起码要保证数据的完整。

[root@station ~]# mdadm -S /dev/md0 
    mdadm: stopped /dev/md0

停用md0设备

这还不够，现在要把之前的vdb1,vdb2,vdb3上的超级块数据抹掉，因为上面可能还记录着一些raid的信息，如果不去掉，下次重启，raid设备会重新出现。

[root@station ~]# mdadm --misc --zero-superblock /dev/vdb1 /dev/vdb2 /dev/vdb3

这样就彻底删掉了raid设备。

raid其实是很复杂的功能，但是用起来却很简单，我们以后工作的话，遇到的肯定是硬raid比较多，到时候只用在bios设置几下就可以了，更是方便，但是要确定radi也是需要驱动的，驱动程序不对，很可能发挥不出raid的效果。

[Center]: /images/20220715/082004bb885d4b9d9637ea9496711297.png
[Center 1]: /images/20220715/266013d502a74907bdd22ae3a6c41f69.png
[Center 2]: /images/20220715/f45bc987c2e14fd79139388c77c694df.png
[Center 3]: /images/20220715/548a2145a9fa4b57ba97a19cf1554ce5.png
[Center 4]: /images/20220715/ba1b098767214f50a50749d4d6f765de.png
[Center 5]: /images/20220715/e110be88cf434dd0b2bc4c6547f6b294.png