Лабораторная работа: настраиваем lvm, raid на linux

Небольшое отступление: данная лр является синтетической.
Некторые задания которые здесь описаны можно сделать гораздо проще, но поскольку задача л/р — познакомиться
с функционалом raid, lvm то некоторые операции искуственно усложнены.

Требования к инструментам для выполнения лр:

• Средства виртуализации, например Virtualbox
• Установочный образ linux, например Debian9
• Наличие интернета для скачивания нескольких пакетов
• Подключение по ssh к установленной VM (опционально)

ВНИМАНИЕ

Данная лабораторная работа связана с такой тонкой материей как сохранность данных — это такая область,
которая позволяет из-за мельчайшей ошибки — одной лишней буквы или цифры потерять все ваши данные.
Поскольку вы выполняете лабораторную работу вам ничего не грозит, разве что придется начать делать ее заново.
В реальной жизни все гораздо серьезнее, поэтому следует очень внимательно вводить имена дисков, понимая
что именно вы выполняете текущей командой и с какими дисками работаете.

Второй важный момент — именование дисков и разделов: в зависимости от ситуации номера дисков могут отличаться
от тех значений, что представлены в командах в лабораторной работе.
Так, например, если удалить диск sda из массива, а затем добавить новый диск, то новый диск будет отображаться
в системе с именем sda. Если же выполнить перезагрузку перед добавлением нового диска, то новый
диск будет иметь имя sdb, а старый станет именоваться sda

Лабораторная работа должна выполняться под суперпользователем (root) поскольку большая часть команд требует
повышенных привилегий и не имеет смысла постоянно повышать привилегии через sudo

Материалы для изучения

• RAID
• LVM
• Именование дисков в ОС Linux
• Что такое раздел
• Что такое таблица разделов и где она хранится
• Что такое grub

Используемые утилиты

1) просмотр информации о дисках

• lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
• fdisk -l
  2) просмотр информации и работа с LVM
• pvs
• pvextend
• pvcreate
• pvresize
• vgs
• vgreduce
• lvs
• lvextend
  3) просмотр информации и работа с RAID
• сat /proc/mdstat
• mdadm
  4) точки монтирования
• mount
• umount
• cat /etc/fstab
• cat /etc/mtab
  5) переразметка диска
• fdisk /dev/XXX
  6) копирование разделов
• dd if=/dev/xxx of=/dev/yyy
  7) работа с таблицей разделов
• partx
• sfdisk
• mkfs.ext4
  8) работа с загрузчиком
• grub-install /dev/XXX
• update-grub
  9) misc
• lsof
• apt
• rsync

Лабораторная работа состоит из 3-х частей:

• настройка работоспособной системы с использованием lvm, raid
• эмуляция отказа одного из дисков
• замена дисков на лету, с добавлением новых дисков и переносом разделов.

Задание 1 (Установка ОС и настройка LVM, RAID)

1) Создайте новую виртуальную машину, выдав ей следующие характеристики:

• 1 gb ram
• 1 cpu
• 2 hdd (назвать их ssd1, ssd2 и назначить равный размер, поставить галочки hot swap и ssd)
• SATA контроллер настроен на 4 порта

2) Начать установку Linux и дойдя до выбора жестких дисков сделать следующее:

• Partitioning method: manual, после чего вы должны увидеть такую картину:
  

• Настройка отдельного раздела под /boot: Выберите первый диск и создайте на нем новую таблицу разделов

  • Partition size: 512M
  • Mount point: /boot
  • Повторите настройку для второго диска, но поскольку одновременно монтировать 2 раза /boot нельзя, то выберите mount point: none в итоге получив следующее (картинка с косяком, переделывать лень):
    

• Настройка RAID:

  • Выберите свободное место на первом диске и настройте в качестве типа раздела physical volume for RAID
  • Выберите «Done setting up the partition»
  • Повторите точно такую же настройку для второго диска, в результате получив следующее:
    
  • Выберите пункт «Configure software RAID»
  • Create MD device
  • Software RAID device type: Выберите зеркальный массив
  • Active devices for the RAID XXXX array: Выбрать оба диска
  • Spare devices: Оставить 0 по умолчанию
  • Active devices for the RAID XX array: выбрать разделы, которые вы создавали под raid
  • Finish
  • В итоге вы должны получить такую картину:
    

• Настройка LVM: Выберите Configure the Logical Volume Manager

  • Keep current partition layout and configure LVM: Yes
  • Create volume group
  • Volume group name: system
  • Devices for the new volume group: Выберите ваш созданный RAID
  • Create logical volume
  • logical volume name: root
  • logical volume size: 25 от размера вашего диска
  • Create logical volume
  • logical volume name: var
  • logical volume size: 25 от размера вашего диска
  • Create logical volume
  • logical volume name: log
  • logical volume size: 15 от размера вашего диска
  • Выбрав Display configuration details вы должны получить следующую картину:
    
  • Завершив настройку LVM вы должны увидеть следующее:
    

• Разметка разделов: по-очереди выберите каждый созданный в LVM том и разметьте их, например, для root так:

  • Use as: ext4
  • mount point: /
  • результат разметки корневого раздела должен получиться таким:
    
  • повторите операцию разметки для var и log выбрав соответствующие точки монтирования (/var и /var/log вручную ввести), получив следующий результат:
    
  • Выберите Finish Partitioning
  • Вам зададут несколько вопросов, про то что у вас остался несмонтированный раздел и не настроен swap. Следует ответить отрицательно на оба вопроса.

• Финальный результат должен получиться вот таким:
  
  3) Закончить установку ОС, поставив grub на первое устройство (sda) и загрузить систему.
  4) Выполните копирование содержимого раздела /boot с диска sda (ssd1) на диск sdb (ssd2)

  dd if=/dev/sda1 of=/dev/sdb1

  5) Выполнить установку grub на второе устройство:

• посмотреть диски в системе:

  fdisk -l
  lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

• Перечислите все диски которые вам выдала предыдущая команда и опишите что это за диск

• Найдите диск на который не была выполнена установка grub и выполните эту установку:
  grub-install /dev/sdb

• просмотрите информацию о текущем raid командой cat /proc/mdstat и запишите что вы увидели.

• посмотрите выводы команд: pvs, vgs, lvs, mount и запишите что именно вы увидели

Опишите своими словами что вы сделали и какой результат получили в итоге проделанного задания

После выполнения этого задания рекомендуется сохранить резервную копию папки с виртуальной машиной или сделать
vagrant box: https://t.me/bykvaadm/191

Результат: Виртуальная машина с дисками ssd1, ssd2

Задание 2 (Эмуляция отказа одного из дисков)

1) Если вы поставили галочку hot swap, то вам доступно удаление дисков на лету

• Выполните удаление диска ssd1 в свойствах машины
• Найдите директорию, где хранятся файлы вашей виртуальной машины и удалите ssd1.vmdk
  2) Убедитесь что ваша виртуальная машина по-прежнему работает
  3) Выполните перезагрузку виртуальной машины и убедитесь что она по-прежнему работает
  4) проверьте статус RAID-массива: cat /proc/mdstat
  5) добавьте в интерфейсе VM новый диск такого же размера и назовите его ssd3
  6) выполните операции:
• посмотрите что новый диск приехал в систему командой fdisk -l
• скопируйте таблицу разделов со старого диска на новый: sfdisk -d /dev/XXXX | sfdisk /dev/YYY
• посмотрите результат командой fdisk -l
• Добавьте в рейд массив новый диск: mdadm —manage /dev/md0 —add /dev/YYY
• Посмотрите результат: cat /proc/mdstat. Вы должны увидеть что началась синхронизация
  7) Теперь нужно вручную выполните синхронизацию разделов, не входящих в RAID.
  Для этого воспользуемся утилитой dd, скопировав с «живого» диска на новенький, который вы недавно поставили

  dd if=/dev/XXX of=/dev/YYY

  8) После завершнения синхронизации установите grub на новый диск
  9) Выполните перезагрузку ВМ, для того чтобы убедиться что все работает
  Опишите своими словами что вы сделали и какой результат получили в итоге проделанного задания
  Результат: Удален диск ssd1, сохранен диск ssd2, добавлен диск ssd3.

  Задание 3 (Добавление новых дисков и перенос раздела)

  Это самое сложное и объемное задание из всех представленных.
  Очень внимательно проверяйте что вы делаете и с какими дисками и разделами.
  Рекомендуется снять копию перед его выполнением.
  Это задание независимо от задания №2, его можно выполнять после задания №1 с поправкой на имена дисков.
  Вторая часть задания этой лабораторной должна привести в точно такое же состояние которое было после выполнения первой части.

  Для того чтобы вам было проще работать могу рекомендовать не удалять физически диски с хостовой машины, а только лишь
  отсоединять их в свойствах машины. С точки зрения ОС в ВМ это будет выглядеть абсолютно одинаково, но вы сможете
  в случае чего подключить диск обратно и продолжить выполнение работы откатившись на пару пунктов назад, в случае если
  у вас возникли проблемы. Например вы могли выполнить неверно или забыть скопировать на новый диск раздел /boot.
  Я могу лишь посоветовать несколько раз перепроверять с какими дисками и разделами вы работаете, а еще лучше
  выписать на листочек соответствие дисков, разделов и «физическому» номеру диска. Красивое и понятное дерево
  рисует команда lsblk, пользуйтесь ей как можно чаще для анализа того что вы сделали и что нужно сделать.

  К истории…

  Представьте себе что ваш сервер работал долгое время на 2-х ssd дисках, как вдруг…

  1) Проэмулируйте отказ диска ssd2, удалив из свойств ВМ диск и перезагрузившись
  2) Посмотрите текущее состояние дисков и RAID:

  cat /proc/mdstat
  fdisk -l
  lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

  3) Вам повезло — начальство разрешило закупить несколько новых дисков:

  2 SATA большого объема для давно назревшей задачи вынесения раздела с логами на отдельный диск

  2 SSD на замену погибшему, а также на замену пока еще функционирующему.

  Следует учитывать, что корзина сервера поддерживает установку только 4х дисков одновременно,
  поэтому добавить все диски сразу нельзя.

  Объем HDD выбрать в 2 раза больше чем SSD.
  Объем SSD выбрать в 1,25 раза больше бывших SSD.

  4) Добавьте один новый ssd диск, назвав его ssd4, а после добавления проверьте что произошло:

  fdisk -l
  lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

  5) В первую очередь следует озаботиться сохранностью данных старого диска.
  На этот раз мы будем переносить данные с помощью LVM:

  • в первую очередь необходимо скопировать файловую таблицу со старого диска на новый:

    sfdisk -d /dev/XXX | sfdisk /dev/YYY

    Подставьте вместо x,y правильные диски и разберите что делает данная команда.

    Выполните команду lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT и сравните ее вывод с прошлым вызовом.
    Что поменялось?
    с помощью команды dd скопируйте данные /boot на новый диск

    dd if=/dev/XXX of=/dev/YYY

    если /boot остался смонтирован на старом диске, его следует перемонтировать на живой диск:

    mount | grep boot # смотрим куда смонтирован диск
    lsblk # смотрим какие диски есть в системе и смотрим есть ли диск, полученный из предыдущего пункта
    umount /boot # отмонтируем /boot
    mount -a # выполним монтирование всех точек согласно /etc/fstab. 
    # Поскольку там указана точка монтирования /dev/sda, то будет выполнено корректное перемонтирование на живой диск

    Установите загрузчик на новый ssd диск

    grub-install /dev/YYY

    Зачем мы выполняем эту операцию?

    создайте новый рейд-массив с включением туда только одного нового ssd диска:

    mdadm --create --verbose /dev/md63 --level=1 --raid-devices=1 /dev/YYY

    Команда приведенная выше не отработает без указания специального ключа.
    Прочитайте справку и добавьте этот ключ к команде.

    С помощью команды cat /proc/mdstat проверьте результат вашей операции. Что поменялось?
    Выполните команду lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT и сравните ее вывод с прошлым вызовом.
    Что поменялось?
    6) Следующим этапом необходимо настроить LVM
    выполните команду pvs для просмотра информации о текущих физических томах
    создайте новый физический том включив в него ранее созданный RAID массив:

    pvcreate /dev/md63

    Выполните команду lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT и сравните ее вывод с прошлым вызовом.
    Что поменялось?
    Снова выполните команду pvs. Что поменялось?
    Увеличим размер Volume Group system с помощью такой команды:

    vgextend system /dev/md63

    Выполните команды и запишите что вы увидели и что поменялось.

    vgdisplay system -v
    pvs
    vgs
    lvs -a -o+devices

    На каком физическом диске сейчас находятся LV var,log,root?

    Выполните перемещение данных со старого диска на новый, подставив правильные имена устройств.

    pvmove -i 10 -n /dev/system/root /dev/md0 /dev/md63 

    Повторите операцию для всех logical volume

    Выполните команды и запишите что вы увидели и что поменялось.

    vgdisplay system -v
    pvs
    vgs
    lvs -a -o+devices
    lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

    Изменим наш VG, удалив из него диск старого raid. Подставьте правильное имя raid.

    vgreduce system /dev/md0

    Выполните команды и запишите что вы увидели и что поменялось.

    lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
    pvs
    vgs

    Для красоты картины перемонтируйте /boot на второй ssd диск (ssd4) и выполните lsblk. В итоге на диске ssd3 не
    должно быть ничего смонтировано. Внимательно проверьте что раздел /boot не пустой! ls /boot должен показать
    несколько файлов и папок. Изучите что хранится в этом разделе и запишите какой файлкаталог за что отвечает.
    7) удалите ssd3 диск и добавьте ssd5, hdd1, hdd2 согласно вышеописанным ТЗ, в итоге получив:
    ssd4 — первый новый ssd
    ssd5 — второй новый ssd
    hdd1 — первый новый hdd
    hdd2 — второй новый hdd

    8) Проверьте что произошло после добавления дисков:

    fdisk -l
    lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

    9) Восстановим работу основного raid массива:

    • выполните копирование таблицы разделов, подставив правильные диски:

      sfdisk -d /dev/XXX | sfdisk /dev/YYY

    • Обратите внимание, что когда мы скопировали таблицу разделов со старого диска лказалось что новый размер
      не использует весь объем жесткого диска.
      Поэтому в скором времени нам потребуется изменить размер этого раздела и расширить raid.
      Убедитесь в этом сами, введя команду:

      lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

      10) скопируйте загрузочный раздел /boot с диска ssd4 на ssd5

      dd if=/dev/XXX of=/dev/YYY

      11) Установите grub на новый диск (ssd5)
      12) изменим размер второго раздела диска ssd5

      запустите утилиту для работы с разметкой дисков:

      fdisk /dev/XXX

      введите ключ d для того чтобы удалить существующий раздел (выберите 2)
      введите ключ n для того чтобы создать новый раздел
      введите ключ p для того чтобы указать тип раздела «первичный»
      введите ключ 2 для того чтобы новый раздел имел второй номер
      First sector: нажмите enter, чтобы согласиться с атоматически вычесленным размером начала раздела
      Last sector: нажмите enter, чтобы согласиться с атоматически вычесленным размером конца раздела
      введите ключ l для того чтобы увидеть список всех возможных типов разделов и найдите в нем Linux raid auto
      введите ключ t для того чтобы изменить тип созданного раздела (2) и введите найденный на предыдущем шаге номер.
      введите ключ w для того чтобы записать изменение на диск.
      12) перечитаем таблицу разделов и проверим результат

      partx -u /dev/XXX
      lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

      добавим новый диск к текущему raid массиву (не забудьте подставить правильные диски)

      mdadm --manage /dev/md63 --add /dev/sda2

      Расширим количество дисков в нашем массиве до 2-х штук:

      mdadm --grow /dev/md63 --raid-devices=2

      Посмотрите результат: у нас размечено 2 массива, но оба раздела входящие в этот массив имеют разные размеры

      lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

      13) увеличим размер раздела на диске ssd4

      запустите утилиту для работы с разметкой дисков:

      fdisk /dev/XXX

      введите ключ d для того чтобы удалить существующий раздел (выберите 2)
      введите ключ n для того чтобы создать новый раздел
      введите ключ p для того чтобы указать тип раздела «первичный»
      введите ключ 2 для того чтобы новый раздел имел второй номер
      First sector: нажмите enter, чтобы согласиться с атоматически вычесленным размером начала раздела
      Last sector: нажмите enter, чтобы согласиться с атоматически вычесленным размером конца раздела
      В конце разметки следует выбрать No, чтобы оставить сигнатуру принадлежности раздела к массиву.
      введите ключ w для того чтобы записать изменение на диск.
      12) перечитаем таблицу разделов и проверим результат

      partx -u /dev/XXX
      lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

      обратите внимание, теперь sda2, sdc2 разделы имеют размер > чем размер raid-устройства.

      13) на этом этапе размер raid можно теперь расширить

      mdadm --grow /dev/md63 --size=max
      lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT # check result

      Просмотрите lsblk и запишите что изменилось
      14) Однако, хоть мы и изменили размер raid, сами размеры vg root,var,log не изменились

      • посмотрите чему равен размер PV:

        pvs

      • расширим размер нашего PV:

        pvresize /dev/md63

      • посмотрите чему равен размер PV:

        pvs

        15) Добавим вновь появившееся место VG var,root

        lvs # посмотрим сколько сейчас размечено
        lvextend -l +50%FREE /dev/system/root
        lvextend -l +100%FREE /dev/system/var
        lvs # проверьте что получилось

        На этом этапе вы завершили миграцию основного массива на новые диски. работа с ssd1,ssd2 закончена

        16) Наша следующая задача — переместить /var/log на новые диски, для этого создадим новый массив и lvm на hdd дисках.

        • посмотрим какие имена имеют новые hdd диски

          fdisk -l

        • создадим raid массив

          mdadm --create /dev/md127 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdc /dev/sdd

        • создадим новый PV на рейде из больших дисков

          pvcreate data /dev/md127

        • создадим в этом PV группу с названием data

          vgcreate data /dev/md127

        • создадим логический том размером всего свободного пространства и назовем его val_log

          lvcreate -l 100%FREE -n var_log data # lvs # посмотрим результат

        • отформатируем созданные раздел в ext4

          mkfs.ext4 /dev/mapper/data-var_log

        • посмотрим результат

          lsblk

          17) перенесем данные логов со старого раздела на новый

          примонтируем временно новое хранилище логов

          mount /dev/mapper/data-var_log /mnt

          выполним синхронизацию разделов

          apt install rsync
          rsync -avzr /var/log/ /mnt/

          выясним какие процессы работают сейчас с /var/log

          apt install lsof
          lsof | grep '/var/log'

          останавливаем эти процессы

          systemctl stop rsyslog.service syslog.socket

          выполним финальную синхронизацию разделов (тех данных что могли измениться с момента последней синхронизации)

          rsync -avzr /var/log/ /mnt/

          поменяем местами разделы

          umount /mnt
          umount /var/log
          mount /dev/mapper/data-var_log /var/log

          проверяем что получилось

          lsblk

          18) Правим /etc/fstab
          fstab — файл, в котором записываются правила, по которым при загрузке будут смонтированы раздеы
          наша задача — найти ту строку, в которой монтируется /var/log и поправить устройство system-log на data-var_log

          19) Самое важно на этом этапе — не забыть изменить таблицу раделов (ext4, например). Поскольку как бы мы не изменяли всякие raid, lvm — пока ФС на разделе не будет уведомлена о том что теперь размер раздела изменился, мы не сможем использовать новое пространство. Используйте команду resize2fs для изменения ФС.

          20) Финальный аккорд

          • выполним перезагрузку. Если вы все сделали правильно — вы снова попадете в вашу ОС (это нужно для того чтобы убедиться что все работает. Никакого смысла кроме самопроверки этот шаг не несет)
          • выполните проверки, что все что мы хотели сделать действительно было сделано:

            pvs
            lvs
            vgs
            lsblk
            cat /proc/mdstat

          21) [ОПЦИОНАЛЬНО] Выполните действия

          • перезагрузитесь нажимая F12, чтобы указать при загрузке разные диски, для того чтобы убедиться что вы можете загрузиться
            с любого из ssd дисков, так чтобы мы не боялись отказа одного из них
          • теперь у вас есть ненужный LV log в VG system. Распределите это пространство между root или var, но вместо использования
            конструкции 100%FREE укажите размер руками с помощью ключа -L:

            -L 500M

          • исправьте проблему с тем что /boot находится на двух разделах без синхронизации, по-правильному так делать не нужно,
            здесь это добавлено для примера. Не забудьте предварительно куда-то скопировать содержимое /boot.
            • создайте новый рейд и включите в него sda1,sda2
            • включите эти разделы в существующий raid и восставновите /boot в основном raid, но уже не монтируя его.

Источник: habr.com