Stockage LVM

1. Concepts RAID

On se contentera de parler ici des technologies RAID0, RAID1 et RAID5. On peut se référer à la source pour les autres types de RAID notamment combinés (RAID01, RAID10, …) : https://fr.wikipedia.org/wiki/RAID_(informatique)

Le RAID est un ensemble de techniques de virtualisation du stockage permettant de répartir des données sur plusieurs disques durs afin d’améliorer soit les performances, soit la sécurité ou la tolérance aux pannes de l’ensemble du ou des systèmes.

L’acronyme RAID a été défini en 1987 par l’Université de Berkeley, dans un article nommé A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID), soit « regroupement redondant de disques peu onéreux ». Aujourd’hui, le mot est devenu l’acronyme de Redundant Array of Independent Disks, ce qui signifie « regroupement redondant de disques indépendants ».

Le système RAID est :

  • soit un système de redondance qui donne au stockage des données une certaine tolérance aux pannes matérielles (ex : RAID1).
  • soit un système de répartition qui améliore ses performances (ex : RAID0).
  • soit les deux à la fois, mais avec une moins bonne efficacité (ex : RAID5).

Le système RAID est donc capable de gérer d’une manière ou d’une autre la répartition et la cohérence de ces données. Ce système de contrôle peut être purement logiciel ou utiliser un matériel dédié.

1.1. RAID 0 : volume agrégé par bandes

Le RAID 0, également connu sous le nom d’« entrelacement de disques » ou de « volume agrégé par bandes » (striping en anglais), est une configuration RAID permettant d’augmenter significativement les performances de la grappe en faisant travailler n disques durs en parallèle (avec n > ou = 2).

RAID 0

Source de l’image

La capacité totale est égale à celle du plus petit élément de la grappe multiplié par le nombre d’éléments présent dans la grappe, car le système d’agrégation par bandes se retrouvera bloqué une fois que le plus petit disque sera rempli (voir schéma). L’espace excédentaire des autres éléments de la grappe restera inutilisé. Il est donc conseillé d’utiliser des disques de même capacité.

Le défaut de cette solution est que la perte d’un seul disque entraîne la perte de toutes ses données.

Dans un RAID 0, qui n’apporte aucune redondance, tout l’espace disque disponible est utilisé (tant que tous les disques ont la même capacité).

Dans cette configuration, les données sont réparties par bandes (stripes en anglais) d’une taille fixe. Cette taille est appelée granularité.

1.2. RAID 1 : Disques en miroir

Le RAID 1 consiste en l’utilisation de n disques redondants (avec n > ou = 2), chaque disque de la grappe contenant à tout moment exactement les mêmes données, d’où l’utilisation du mot « miroir » (mirroring en anglais).

RAID 1

Source de l’image

La capacité totale est égale à celle du plus petit élément de la grappe. L’espace excédentaire des autres éléments de la grappe restera inutilisé. Il est donc conseillé d’utiliser des éléments identiques.

Cette solution offre un excellent niveau de protection des données. Elle accepte une défaillance de n-1 éléments.

Les coûts de stockage sont élevés et directement proportionnels au nombre de miroirs utilisés alors que la capacité utile reste inchangée. Plus le nombre de miroirs est élevé, et plus la sécurité augmente, mais plus son coût devient prohibitif.

Les accès en lecture du système d’exploitation se font sur le disque le plus facilement accessible à ce moment-là. Les écritures sur la grappe se font de manière simultanée sur tous les disques, de façon à ce que n’importe quel disque soit interchangeable à tout moment.

Lors de la défaillance de l’un des disques, le contrôleur RAID désactive (de manière transparente pour l’accès aux données) le disque incriminé. Une fois le disque défectueux remplacé, le contrôleur RAID reconstitue, soit automatiquement, soit sur intervention manuelle, le miroir. Une fois la synchronisation effectuée, le RAID retrouve son niveau initial de redondance.

La migration du RAID1 vers RAID0, RAID5, RAID6 est presque toujours envisageable, ce qui fait du RAID1 une bonne solution de départ si on n’a pas un besoin de performance important.

1.3. RAID 5 : volume agrégé par bandes à parité répartie

Le RAID 5 combine la méthode du volume agrégé par bandes (striping) avec une parité répartie. Il s’agit là d’un ensemble à redondance N+1. La parité, qui est incluse avec chaque écriture se retrouve répartie circulairement sur les différents disques. Chaque bande est donc constituée de N blocs de données et d’un bloc de parité. Ainsi, en cas de défaillance de l’un des disques de la grappe, pour chaque bande il manquera soit un bloc de données soit le bloc de parité. Si c’est le bloc de parité, ce n’est pas grave, car aucune donnée ne manque. Si c’est un bloc de données, on peut calculer son contenu à partir des N-1 autres blocs de données et du bloc de parité. L’intégrité des données de chaque bande est préservée. Donc non seulement la grappe est toujours en état de fonctionner, mais il est de plus possible de reconstruire le disque une fois échangé à partir des données et des informations de parité contenues sur les autres disques.

RAID 5

Source de l’image

On voit donc que le RAID 5 ne supporte la perte que d’un seul disque à la fois. Ce qui devient un problème depuis que les disques qui composent une grappe sont de plus en plus gros (1 To et plus). Le temps de reconstruction de la parité en cas de disque défaillant est allongé. Il est généralement de 2 h pour des disques de 300 Go contre une dizaine d’heures pour 1 To. Pour limiter le risque il est courant de dédier un disque dit de “spare”. En régime normal il est inutilisé. En cas de panne d’un disque, il prendra automatiquement la place du disque défaillant. Cela nécessite une phase communément appelée “recalcul de parité”. Elle consiste pour chaque bande à recréer sur le nouveau disque le bloc manquant (données ou parité).

Bien sûr pendant tout le temps du recalcul de la parité le disque est disponible normalement pour l’ordinateur qui se trouve juste un peu ralenti.

Ce système nécessite impérativement un minimum de trois disques durs. Ceux-ci doivent généralement être de même taille, mais un grand nombre de cartes RAID modernes autorisent des disques de tailles différentes.

La capacité de stockage utile réelle, pour un système de X disques de capacité c identiques est de (X-1) fois c. En cas d’utilisation de disques de capacités différentes, le système utilisera dans la formule précédente la capacité minimale.

Ainsi par exemple, trois disques de 100 Go en RAID 5 offrent 200 Go utiles ; dix disques, 900 Go utiles.

Ce système allie sécurité (grâce à la parité) et bonne disponibilité (grâce à la répartition de la parité), même en cas de défaillance d’un des périphériques de stockage.

2. Logical Volume Manager LVM

Documentation : https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/7/html/Logical_Volume_Manager_Administration/index.html

LVM est un ensemble d’outils de l’espace utilisateur Linux pour fournir des commodités de gestion du stockage (volumes).

LVM (Logical Volume Manager) répond principalement aux besoins :

  • d’évolutivité des capacités de stockage
  • tout en assurant la disponibilité du service.

Plus simplement il s’agit de redimensionner un système de fichiers (FS) dynamiquement (en augmentant ou en réduisant le nombre de disques physiques disponibles) avec un minimum d’interruption.

On utilise communément LVM en version 2. Le cas échéant, on sera invité à installer les outils de l’espace utilisateur nécessaires.

2.1. Prise d’information

La commande lsblkvous indique la manière dont vos disques sont montés. Aussi, la commande df -hvous donne des informations utiles.

2.2. Cas d’usage

On peut illustrer la fonctionnalité LVM dans le cas suivant.

Habituellement, un disque est constitué d’une ou plusieurs partitions :

  • soit montée en racine unique d’un système,
  • soit qui héberge le point de montage d’une application (/home, /var/www/html, /opt/nfs-share/, …)
  • ou une partition Swap

Comment étendre les capacités d’une partition qui a atteint le seuil d’occupation maximale du disque qui l’héberge ?

Par exemple, les partitions configurées occupent entièrement les 128Go que peut offrir un disque /dev/sda.

La solution sans LVM consisterait à copier les données du système de fichiers saturé sur le système de fichiers d’un nouveau disque de plus grande capacité ajouté. On peut aussi réaliser le redimensionnement avec des outils comme parted ou d’autres biens connus.

Quoi qu’il en soit, dans ce cas, on ne peut qu’imaginer le manque en disponibilité et en évolutivité de la solution de stockage.

2.3. Solution LVM

Sous certaines conditions, LVM autorisera un taux de disponibilité proche du maximum lors du redimensionnement du système de fichiers qui consiste souvent en une extension en capacité.

En supplément, LVM supporte deux fonctionnalités qui améliorent ces critères : le mirroring et les snapshots (voir plus bas).

2.4. Concepts LVM

Système de fichiers LV VG PV

Avec LVM, le système de fichiers (FS : EXT4, XFS, BTRFS, …) est supporté par un Logical Volume (LV) au lieu d’être supporté par une partition ou autre périphérique. Un LV est un container de FS.

Les LV appartiennent à un Volume Group (VG). Un VG est une sorte d’entité logique qui représente une capacité de stockage.

Le noyau voit les VG comme des périphériques de type block (commande lsblk) et leurs LV comme leurs partitions. Ces périphériques sont dénommés par UUID, selon le schéma /dev/mapper/vg-lv ou encore selon le schéma /dev/vg/lv.

Un VG est constitué d’un ensemble de Physical Volume (PV). Les PV sont les périphériques physiques de stockage. Ils peuvent être :

  • Un disque entier dont on a effacé le secteur d’amorçage (les premiers 512 octects du disque).
  • Une partition d’un disque marquée par fdisk en type 8e.
  • Un fichier de loopback.
  • Un array RAID.

Extents

Un PV est composé d’entités de 4 Mo par défaut que l’on appelle des Physical Extents (PE). Les Extents sont des blocs contigus réservé pour des fichiers sur un FS. Dans un PV de 4 Go, on dispose de 1023 PE par défaut.

Un VG est donc un potentiel, un stock, de PE disponibles. Un LV est composé de Logical Extents (LE) qui sont liés à un (1) voire plusieurs PE. Ces “metadonnées” de correspondance sont écrites et réservées au début de chaque PV. Dans un VG de 8 Go, on dispose de 2046 PE par défaut. Dans un LV de 1 Go, on dispose de 256 LE.

Un VG est donc un stock de PE (fournis par les PV) liés à des LE qui constituent le LV.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LVM1.svg

Source de l’image

Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LVM1.svg

3. Opérations LVM

3.1. Installation et vérification

Installation

sudo apt-get install lvm2 || sudo yum install lvm2

Liste des commandes LVM

(sudo rpm -ql lvm2 | grep 'sbin' | sed 's/.*\/sbin\///g') || sudo dpkg -L lvm2

Vérifier la présence disques

sudo fdisk -l /dev/sda
sudo lsblk
sudo lvmdiskscan

3.2 Création d’un LV initial

Initialisation de PV

sudo pvcreate /dev/sdx

Visualisation

sudo pvs
sudo pvscan
sudo pvdisplay

Création d’un VG

sudo vgcreate vg1 /dev/sdx /dev/sdy
sudo vgs
sudo vgdisplay
sudo pvs

Création d’un LV

sudo lvcreate -L 8G -n lv1 vg1
sudo lvs
sudo lvdisplay

Point de montage utilisateur en EXT4

sudo mkfs.ext4 /dev/vg1/lv1
sudo mount /dev/vg1/lv1 /opt

Point de montage utilisateur en XFS

sudo mkfs.xfs /dev/vg1/lv1
sudo mount /dev/vg1/lv1 /opt

3.3. Miroring

Si les technologies RAID matériel et logiciel sont supportées par LVM et sont conseillées dans leurs meilleures versions selon les bons usages, alors un PV représente un array raid (/dev/md0 par exemple).

LVM offre une sécurité concurrente sinon complémentaire en proposant des fonctions de type RAID logique (linear par défaut, mirroring, stripping).

Les LE sont liés typiquement à deux PE sur des PV distincts, mais on peut créer 2 copies.

La création d’un journal de synchronisation peut consommer un certain temps. On conseille de le stocker sur un autre PV que celui qui abrite les données du miroir.

En cas de perte le PV utilise les PE restants. En cas de miroir simple (lvcreate -m 1), le LV fonctionne en mode linear (lvcreate -m 0 par défaut).

Faut-il aussi que le VG qui supporte des LV en mirroring dispose de suffisamment de ressources.

3.4. Extension dynamique

LVM permet de redimensionner des VG en leur retirant ou en leur ajoutant des PV (stock de PE). On peut alors redimensionner.

La disponibilité dépend des capacités du système de fichiers à se redimensionner dynamiquement sans démontage/montage. En 2015, EXT4, XFS et BTRFS supportent cette fonction.

On prendra certainement garde à réaliser une sauvegarde du FS avant un redimensionnement.

Le plus sûr est de :

  1. démonter le FS
  2. vérifier
  3. redimensionner
  4. vérifier
  5. remonter

Propriétés des système de fichiers

  • EXT4 autorise un redimensionnement à froid (LV démonté) ou à chaud (LV monté).
  • XFS se caractérise par le fait qu’il n’autorise que des extensions à chaud. Aucune réduction n’est possible.
  • BTRFS permet une extension ou une réduction sur des LV montés ou non.

Extension à chaud en EXT4

df -h
sudo lvextend -L +1G /dev/vg1/lv1
sudo resize2fs /dev/vg1/lv1
sudo lvs
df -h

Extension à chaud en XFS

df -h
sudo lvextend -L +1G /dev/vg1/lv1
sudo xfs_growfs /dev/vg1/lv1
sudo lvs
df -h

3.5. Réduction

Réduction en EXT4 : démonté et vérifié

3.6. Remplacement d’un espace de stockage (disque SATA, partition) en mode linear

3.7. Remplacement d’un espace de stockage (disque SATA, partition) en mode mirorring

Passage en mode linear

sudo lvconvert -m 0
sudo lvs
sudo pvs

Réduction du VG

sudo vgreduce

Retrait du PV

sudo pvremove

Ajout du PV de remplacement (pas nécessairement identique à l’original) et extension du VG

sudo pvcreate
sudo vgextend

Reconstruction et vérification

sudo lvconvert -m 1
sudo lvs

3.8. Remplacement d’un disque d’un array RAID logiciel sur PV utilisé

Voir Cas 2.

3.9. Destruction

Destruction d’un LV

sudo lvremove

Destruction d’un VG

sudo vgremove

Destruction d’un PV

sudo pvremove

3.10. Snapshots

Réaliser un snapshot est l’action de prendre une image figée du LV.

A condition d’être montée, une copie du LV au moment de la capture reste accessible pendant une sauvegarde du système de fichiers. Cette copie est faite instantanément sans interruption.

A condition d’approvisionner en suffisance le VG qui héberge des snapshots, on l’imagine comme solution de clonage liés de machines virtuelles.

Ce n’est pas un sauvegarde exacte. Alors que le LV original continue à être accessible et à être modifié régulièrement, LVM enregistre les différences à partir du moment de la capture jusqu’à sa destruction. La permanence de l’instantané est maintenu par cette différence.

Autrement dit, sa dimension dépend des différences opérées jusqu’à la suppression du snapshot. Pour donner un ordre de grandeur dans la prévision de sa taille, un effacement complet du contenu du FS occuperait 100% du LV original. En général, 5 à 15 % peuvent suffire selon les transactions effectuées jusqu’à la suppression.

Le facteur temps joue aussi dans l’espace occupé par le snapshot.

Un snapshot est censé être temporaire. D’ailleurs, il s’efface lors du redémarrage du service.

sudo lvcreate -s

4. Cas 1 : Démo LVM

Configuration : distribution de base et 4 disques supplémentaires (sdb, sdc, sdd, sde) minimum voire plus ou à réutiliser.

Dans un premier temps, on tentera de comprendre la démo ci-dessous. Création de 4 espaces de stockage de 1 Go à des fins de partage dans un volume de 8 Go (2 disques)

  • PV : 2 X 4 Go
  • VG : 8 Go
  • LV : 50 %
    • /opt/share1 : 1 Go en EXT4
    • /opt/share2 : 1 Go en XFS
    • /opt/share3 : 1 Go en BTRFS
    • /opt/share4 : 1 Go

4.1. Phase 1 : Physical Volumes

Prise d’information

sudo lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
fd0      2:0    1    4K  0 disk
sda      8:0    0   80G  0 disk
├─sda1   8:1    0 23,3G  0 part
├─sda2   8:2    0    2G  0 part [SWAP]
├─sda3   8:3    0 24,4G  0 part /
├─sda4   8:4    0    1K  0 part
└─sda5   8:5    0   20G  0 part /home
sdb      8:16   0    4G  0 disk
sdc      8:32   0    4G  0 disk
sdd      8:48   0    4G  0 disk
sde      8:64   0    4G  0 disk
sr0     11:0    1 1024M  0 rom

Création de PV

sudo pvcreate /dev/sd[b-c]
  Physical volume "/dev/sdb" successfully created
  Physical volume "/dev/sdc" successfully created

Scan de tous les périphériques LVM

sudo lvmdiskscan
  /dev/sda1 [      23,28 GiB]
  /dev/sda2 [       2,00 GiB]
  /dev/sda3 [      24,41 GiB]
  /dev/sda5 [      20,00 GiB]
  /dev/sdb  [       4,00 GiB] LVM physical volume
  /dev/sdc  [       4,00 GiB] LVM physical volume
  /dev/sdd  [       4,00 GiB]
  /dev/sde  [       4,00 GiB]
  2 disks
  4 partitions
  2 LVM physical volume whole disks
  0 LVM physical volumes

Vérification PV

sudo pvdisplay
  "/dev/sdc" is a new physical volume of "4,00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdc
  VG Name
  PV Size               4,00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               p1NX9t-Q6zI-x93K-x8Zh-eMlB-ZG2j-daJ49X

  "/dev/sdb" is a new physical volume of "4,00 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/sdb
  VG Name
  PV Size               4,00 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0
  PV UUID               723B2y-ZwHK-OzZz-Nq3u-fkMc-Xd1I-ZeCPFD


sudo pvscan
  PV /dev/sdc                      lvm2 [4,00 GiB]
  PV /dev/sdb                      lvm2 [4,00 GiB]
  Total: 2 [8,00 GiB] / in use: 0 [0   ] / in no VG: 2 [8,00 GiB]

Retirer/replacer un PV

sudo pvremove /dev/sdb
  Labels on physical volume "/dev/sdb" successfully wiped
sudo pvscan
  PV /dev/sdc                      lvm2 [4,00 GiB]
  Total: 1 [4,00 GiB] / in use: 0 [0   ] / in no VG: 1 [4,00 GiB]
sudo pvcreate /dev/sdb
  Physical volume "/dev/sdb" successfully created
sudo pvscan
  PV /dev/sdc                      lvm2 [4,00 GiB]
  PV /dev/sdb                      lvm2 [4,00 GiB]
  Total: 2 [8,00 GiB] / in use: 0 [0   ] / in no VG: 2 [8,00 GiB]

4.2. Phase 2 : Volume Group

Création du VG vg1

sudo vgcreate vg1 /dev/sd[b-c]
  Volume group "vg1" successfully created

Vérification du VG

sudo vgs
  VG   #PV #LV #SN Attr   VSize VFree
  vg1    2   0   0 wz--n- 7,99g 7,99g
sudo vgdisplay
  --- Volume group ---
  VG Name               vg1
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas        2
  Metadata Sequence No  1
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                0
  Open LV               0
  Max PV                0
  Cur PV                2
  Act PV                2
  VG Size               7,99 GiB
  PE Size               4,00 MiB
  Total PE              2046


4.3. Phase 3 : Logical Volumes

Création des LV

sudo lvcreate -L 1G -n share1 vg1
  Logical volume "share1" created
sudo lvcreate -L 1G -n share2 vg1
  Logical volume "share2" created
sudo lvcreate -L 1G -n share3 vg1
  Logical volume "share3" created
sudo lvcreate -L 1G -n share4 vg1
  Logical volume "share4" created

Vérification

sudo lvscan
  ACTIVE            '/dev/vg1/share1' [1,00 GiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/vg1/share2' [1,00 GiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/vg1/share3' [1,00 GiB] inherit
  ACTIVE            '/dev/vg1/share4' [1,00 GiB] inherit
sudo lvdisplay
  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg1/share1
  LV Name                share1
  VG Name                vg1
  LV UUID                h4CES1-CK8z-Rusd-PbtY-N2uH-sXFE-IEgWrY
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-03-08 15:34:13 +0100
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1,00 GiB
  Current LE             256
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:0

  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg1/share2
  LV Name                share2
  VG Name                vg1
  LV UUID                YzrnXb-DUNc-jKuf-RJvx-8P0s-yKdC-ZZ1Jm7
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-03-08 15:34:18 +0100
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1,00 GiB
  Current LE             256
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:1

  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg1/share3
  LV Name                share3
  VG Name                vg1
  LV UUID                rLoohn-Vwzk-wgv7-GYjc-6jU3-Hc3x-7RdZkP
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-03-08 15:34:22 +0100
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1,00 GiB
  Current LE             256
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:2

  --- Logical volume ---
  LV Path                /dev/vg1/share4
  LV Name                share4
  VG Name                vg1
  LV UUID                Yd0L8h-TZ7v-zUvj-6YYP-WBut-D3mn-GAZUaF
  LV Write Access        read/write
  LV Creation host, time localhost.localdomain, 2015-03-08 15:34:25 +0100
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                1,00 GiB
  Current LE             256
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     8192
  Block device           253:3


4.4. Phase 4 : Formatage

EXT4

sudo mkfs.ext4 /dev/vg1/share1
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Étiquette de système de fichiers=
Type de système d'exploitation : Linux
Taille de bloc=4096 (log=2)
Taille de fragment=4096 (log=2)
« Stride » = 0 blocs, « Stripe width » = 0 blocs
65536 i-noeuds, 262144 blocs
13107 blocs (5.00%) réservés pour le super utilisateur
Premier bloc de données=0
Nombre maximum de blocs du système de fichiers=268435456
8 groupes de blocs
32768 blocs par groupe, 32768 fragments par groupe
8192 i-noeuds par groupe
Superblocs de secours stockés sur les blocs :
	32768, 98304, 163840, 229376

Allocation des tables de groupe : complété
Écriture des tables d'i-noeuds : complété
Création du journal (8192 blocs) : complété
Écriture des superblocs et de l'information de comptabilité du système de
fichiers : complété


XFS

sudo mkfs.xfs /dev/vg1/share2
meta-data=/dev/vg1/share2        isize=256    agcount=4, agsize=65536 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=0
data     =                       bsize=4096   blocks=262144, imaxpct=25
         =                       sunit=0      swidth=0 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=0 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

BTRFS

sudo mkfs.btrfs /dev/vg1/share3
WARNING! - Btrfs v3.12 IS EXPERIMENTAL
WARNING! - see https://btrfs.wiki.kernel.org before using

Turning ON incompat feature 'extref': increased hardlink limit per file to 65536
fs created label (null) on /dev/vg1/share3
	nodesize 16384 leafsize 16384 sectorsize 4096 size 1.00GiB
Btrfs v3.12

4.5. Phase 5 : Points de montage

Création des points de montage

sudo mkdir /opt/share1
sudo mkdir /opt/share2
sudo mkdir /opt/share3
sudo mkdir /opt/share4
sudo mount -t ext4 /dev/vg1/share1 /opt/share1
sudo mount -t xfs /dev/vg1/share2 /opt/share2
sudo mount -t btrfs /dev/vg1/share3 /opt/share3
tail -n 3 /proc/mounts
/dev/mapper/vg1-share1 /opt/share1 ext4 rw,seclabel,relatime,data=ordered 0 0
/dev/mapper/vg1-share2 /opt/share2 xfs rw,seclabel,relatime,attr2,inode64,noquota 0 0
/dev/mapper/vg1-share3 /opt/share3 btrfs rw,seclabel,relatime,space_cache 0 0

sudo findmnt

TARGET                           SOURCE      FSTYPE      OPTIONS
/                                /dev/sda3   xfs         rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota
├─/proc                          proc        proc        rw,nosuid,nodev,noexec,relatime
│ ├─/proc/sys/fs/binfmt_misc     systemd-1   autofs      rw,relatime,fd=32,pgrp=1,timeout=300,minproto=5,maxproto=5,d
│ │ └─/proc/sys/fs/binfmt_misc   binfmt_misc binfmt_misc rw,relatime
│ └─/proc/fs/nfsd                sunrpc      nfsd        rw,relatime
├─/sys                           sysfs       sysfs       rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,seclabel
│ ├─/sys/kernel/security         securityfs  securityfs  rw,nosuid,nodev,noexec,relatime
│ ├─/sys/fs/cgroup               tmpfs       tmpfs       rw,nosuid,nodev,noexec,seclabel,mode=755
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/systemd     cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,xattr,release_agent=/usr/lib
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/cpuset      cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuset
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/cpu,cpuacct cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,cpuacct,cpu
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/memory      cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,memory
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/devices     cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,devices
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/freezer     cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,freezer
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/net_cls     cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,net_cls
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/blkio       cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,blkio
│ │ ├─/sys/fs/cgroup/perf_event  cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,perf_event
│ │ └─/sys/fs/cgroup/hugetlb     cgroup      cgroup      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime,hugetlb
│ ├─/sys/fs/pstore               pstore      pstore      rw,nosuid,nodev,noexec,relatime
│ ├─/sys/kernel/config           configfs    configfs    rw,relatime
│ ├─/sys/fs/selinux              selinuxfs   selinuxfs   rw,relatime
│ ├─/sys/kernel/debug            debugfs     debugfs     rw,relatime
│ └─/sys/fs/fuse/connections     fusectl     fusectl     rw,relatime
├─/dev                           devtmpfs    devtmpfs    rw,nosuid,seclabel,size=7933072k,nr_inodes=1983268,mode=755
│ ├─/dev/shm                     tmpfs       tmpfs       rw,nosuid,nodev,seclabel
│ ├─/dev/pts                     devpts      devpts      rw,nosuid,noexec,relatime,seclabel,gid=5,mode=620,ptmxmode=0
│ ├─/dev/mqueue                  mqueue      mqueue      rw,relatime,seclabel
│ └─/dev/hugepages               hugetlbfs   hugetlbfs   rw,relatime,seclabel
├─/run                           tmpfs       tmpfs       rw,nosuid,nodev,seclabel,mode=755
│ └─/run/user/1000/gvfs          gvfsd-fuse  fuse.gvfsd- rw,nosuid,nodev,relatime,user_id=1000,group_id=1000
├─/tmp                           tmpfs       tmpfs       rw,seclabel
├─/var/lib/nfs/rpc_pipefs        sunrpc      rpc_pipefs  rw,relatime
├─/home                          /dev/sda5   xfs         rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota
├─/opt/share1                    /dev/mapper/vg1-share1
                                             ext4        rw,relatime,seclabel,data=ordered
├─/opt/share2                    /dev/mapper/vg1-share2
                                             xfs         rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota
└─/opt/share3                    /dev/mapper/vg1-share3
                                             btrfs       rw,relatime,seclabel,space_cache


5. Cas 2 : RAID5 et LVM

Dans ce scénario que l’on reprend à titre démonstratif ou comme exercice on utilise des disques en RAID 5 logiciel. On peut utiliser les /dev/sdd et /dev/sde des cas précédents.

5.1. Scénario

Pour réaliser ce lab RAID LVM de base, une machine virtuelle Linux et un espace disque libre de 16 Go sur l’ordinateur hôte sont nécessaires.

Le lab consiste à manipuler cinq disques durs de 4Go (de taille égale si vous changez les dimensions) en RAID5 et LVM :

  • soit créés dans le logiciel de virtualisation et attachés à la machine virtuelle
  • soit créés “virtuellement sur le système de fichier de la machine virtuelle (sous condition que son disque dur dispose de suffisamment de capacité.

Le scénario est le suivant :

  1. Le premier disque (sda/vda/hda) est réservé pour le système.
  2. Un array RAID5 logiciel avec 3 disques est construit.
  3. Il est considéré comme un Physical Volume
  4. Une partition XFS (LV) est créée dans un Volume Group constitué de cet array. Elle est montée au démarrage dans le système de fichier.
  5. La manipulation suivante consiste à étendre à chaud la partition sur les trois disques en ajoutant un disque supplémentaire dans l’array.
  6. On peut créer des instantanés (snapshot) et les monter sur le système de fichier.
  7. Pourquoi ne pas forcer la reconstruction RAID en retirant le premier disque de l’array ?
  8. Enfin, on tentera de monter une stratégie de copies cohérentes instantanées avec LVM à l’aide d’un script.
  9. On imaginerait un scénario de création de partition à la demande (script).
  10. La prochaine étape consisterait à s’intéresser à de solutions d’automation de type cloud (stockage VM / containers).
  11. L’exercice peut aussi s’attarder sur les fonctionnalités riches de XFS (réparation, surveillance, quotas, support des disques SSD).

5.2. Schéma

5.3. Configuration de 3 disques de 4Go en RAID5 logiciel

sudo -i
apt-get install mdadm
ls /dev/{s,v,h}d*

Création d’une partion “fd (RAID Linux autodétecté)” pour chaque disque :

fdisk -l

fdisk /dev/sdb

fdisk /dev/sdc

fdisk /dev/sdd

Création de l’array :

mdadm --create /dev/md0 --level=5 --assume-clean --raid-devices=3 /dev/sd[bcd]1

Combien de capacité sur cet array ?

5.4. Configuration LVM à 4Go

LVM Adminsitration Guide RHEL6 (fr)

apt-get install lvm2 || yum install lvm2
  • PV : Physical Volume ← point de vue physique
  • VG : Volume Group
  • LV : Logical Volume (FS) ← point de vue logique

1. Ajout de l’array dans un PV

pvcreate /dev/md0
pvdisplay /dev/md0

  "/dev/md0" is a new physical volume of "7,99 GiB"
  --- NEW Physical volume ---
  PV Name               /dev/md0
  VG Name
  PV Size               7,99 GiB
  Allocatable           NO
  PE Size               0
  Total PE              0
  Free PE               0
  Allocated PE          0-
  PV UUID               AxIQeZ-W0CB-Fhld-pw9q-UiLR-0b5i-HRP0E3

2. Création du VG

vgcreate data1 /dev/md0

  Volume group "data1" successfully created
vgdisplay data1

  --- Volume group ---
  VG Name               data1
  System ID
  Format                lvm2
  Metadata Areas        1
  Metadata Sequence No  1
  VG Access             read/write
  VG Status             resizable
  MAX LV                0
  Cur LV                0
  Open LV               0
  Max PV                0
  Cur PV                1
  Act PV                1
  VG Size               7,99 GiB
  PE Size               4,00 MiB
  Total PE              2046
  Alloc PE / Size       0 / 0
  Free  PE / Size       2046 / 7,99 GiB
  VG UUID               u82fND-XNE6-h39B-PPtF-6if3-heYn-Tq3X5n

3. Création de la partition de 4G

lvcreate -n Vol1 -L 4g data1

  Logical volume "Vol1" created
lvdisplay /dev/data1/Vol1

  --- Logical volume ---
  LV Name                /dev/data1/Vol1
  VG Name                data1
  LV UUID                OPfKpH-fEid-1LOS-91Fh-Lp5B-qzs9-spK12n
  LV Write Access        read/write
  LV Status              available
  # open                 0
  LV Size                4,00 GiB
  Current LE             1024
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     4096
  Block device           252:2

5.5. Système de fichier XFS

https://techpubs.sgi.com/library/tpl/cgi-bin/browse.cgi?coll=linux&db=bks&cmd=toc&pth=/SGI_Admin/LX_XFS_AG

apt-get install xfsprogs

1. Formatage XFS

mkfs.xfs -L data1 /dev/data1/Vol1

log stripe unit (524288 bytes) is too large (maximum is 256KiB)
log stripe unit adjusted to 32KiB
meta-data=/dev/data1/Vol1        isize=256    agcount=8, agsize=130944 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=0
data     =                       bsize=4096   blocks=1047552, imaxpct=25
         =                       sunit=128    swidth=256 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0
log      =internal log           bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =aucun                  extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

2. Point de montage

mkdir /mnt/data1
mount /dev/data1/Vol1 /mnt/data1
df -h

Sys. de fichiers        Taille Utilisé Dispo Uti% Monté sur
/dev/mapper/ubuntu-root    19G    1,3G   17G   8% /
udev                      240M    4,0K  240M   1% /dev
tmpfs                     100M    360K   99M   1% /run
none                      5,0M       0  5,0M   0% /run/lock
none                      248M       0  248M   0% /run/shm
/dev/sda1                 228M     26M  190M  13% /boot
/dev/mapper/data1-Vol1    4,0G     33M  4,0G   1% /mnt/data1

Commande lvs

LV     VG        Attr      LSize    Pool Origin Data%  Move Log Copy%  Convert
Vol1   data1     -wi-ao---    4,00g
touch /mnt/data1/test.txt

ou encore

dd if=/dev/urandom bs=1024 count=1000 of=/mnt/data1/fichier.bin
ls -l /mnt/data1/

Montage au démarrage

echo '/dev/data1/Vol1 /mnt/data1 xfs defaults 0 0' >> /etc/fstab

5.6. Ajout d’un 4e disque de 4Go

1. Création d’un partition /dev/sde1

fdisk /dev/sde

2. Ajout du disque dans l’array

mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sde1

3. Extension l’array sur les partitions

mdadm --grow /dev/md0 --raid-devices=4

4. Extension du PV

pvresize /dev/md0

  Physical volume "/dev/md0" changed
  1 physical volume(s) resized / 0 physical volume(s) not resized
pvdisplay /dev/md0

  --- Physical volume ---
  PV Name               /dev/md0
  VG Name               data1
  PV Size               11,99 GiB / not usable 512,00 KiB
  Allocatable           yes
  PE Size               4,00 MiB
  Total PE              3069
  Free PE               2045
  Allocated PE          1024
  PV UUID               AxIQeZ-W0CB-Fhld-pw9q-UiLR-0b5i-HRP0E3

5. Extension du VG :

Le VG ne doit pas être étendu avec la commande vgextend.

6. Extension du LV :

lvresize -L 9g /dev/data1/Vol1

  Extending logical volume Vol1 to 9,00 GiB
  Logical volume Vol1 successfully resized
lvdisplay /dev/data1/Vol1

  --- Logical volume ---
  LV Name                /dev/data1/Vol1
  VG Name                data1
  LV UUID                OPfKpH-fEid-1LOS-91Fh-Lp5B-qzs9-spK12n
  LV Write Access        read/write
  LV Status              available
  # open                 1
  LV Size                9,00 GiB
  Current LE             2304
  Segments               1
  Allocation             inherit
  Read ahead sectors     auto
  - currently set to     6144
  Block device           252:2
df -h

Sys. de fichiers        Taille Utilisé Dispo Uti% Monté sur
/dev/mapper/ubuntu-root    19G    1,3G   17G   8% /
udev                      240M    4,0K  240M   1% /dev
tmpfs                     100M    368K   99M   1% /run
none                      5,0M       0  5,0M   0% /run/lock
none                      248M       0  248M   0% /run/shm
/dev/sda1                 228M     26M  190M  13% /boot
/dev/mapper/data1-Vol1    4,0G     33M  4,0G   1% /mnt/data1

7. Reformatage dynamique, extension du FS

xfs_growfs /mnt/data1

meta-data=/dev/mapper/data1-Vol1 isize=256    agcount=8, agsize=130944 blks
         =                       sectsz=512   attr=2
data     =                       bsize=4096   blocks=1047552, imaxpct=25
         =                       sunit=128    swidth=256 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0
log      =interne                bsize=4096   blocks=2560, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =aucun                  extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
blocs de données modifiés de 1047552 à 2359296
df -h

Sys. de fichiers        Taille Utilisé Dispo Uti% Monté sur
/dev/mapper/ubuntu-root    19G    1,3G   17G   8% /
udev                      240M    4,0K  240M   1% /dev
tmpfs                     100M    368K   99M   1% /run
none                      5,0M       0  5,0M   0% /run/lock
none                      248M       0  248M   0% /run/shm
/dev/sda1                 228M     26M  190M  13% /boot
/dev/mapper/data1-Vol1    9,0G     33M  9,0G   1% /mnt/data1

5.7. Snapshot

Instantané d’un LV, se monte comme n’importe quel LV.

1. Fichier de test

touch /mnt/data1/pour_voir_snapshot.txt

2. Création d’un snapshot de 1Go :

lvcreate -L 1g -s -n lv_snap1 /dev/data1/Vol1

3. Suppression du fichier de test :

rm /mnt/data1/pour_voir_snapshot.txt

4. Montage du snapshot

mkdir /mnt/lv_snap1/
xfs_admin -U generate /dev/data1/lv_snap1

Clearing log and setting UUID
writing all SBs
new UUID = 15066bfc-556f-4c9c-a1d9-f0a572fc3e14
mount -o nouuid /dev/data1/lv_snap1 /mnt/lv_snap1/
ls /mnt/lv_snap1/

On peut aussi redimensionner, fusionner un snapshot.

5.8. Test RAID

mdadm --manage --fail /dev/md0 /dev/sdb1

mdadm: set /dev/sdb1 faulty in /dev/md0
cat /proc/mdstat

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid5 sde1[3] sdc1[1] sdd1[2] sdb1[0](F)
      12572160 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/3] [_UUU]

unused devices: <none>
Vous avez du courrier dans /var/mail/root
mdadm --manage --remove /dev/md0 /dev/sdb1

mdadm: hot removed /dev/sdb1 from /dev/md0
mdadm --manage --add /dev/md0 /dev/sdb1

mdadm: added /dev/sdb1
cat /proc/mdstat

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid5 sdb1[4] sde1[3] sdc1[1] sdd1[2]
      12572160 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/3] [_UUU]
      [=>...................]  recovery =  8.7% (368720/4190720) finish=0.5min speed=122906K/sec

unused devices: <none>
cat /proc/mdstat

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid5 sdb1[4] sde1[3] sdc1[1] sdd1[2]
      12572160 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/3] [_UUU]
      [=====>...............]  recovery = 27.4% (1152344/4190720) finish=0.3min speed=144043K/sec

unused devices: <none>
cat /proc/mdstat

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid5 sdb1[4] sde1[3] sdc1[1] sdd1[2]
      12572160 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/3] [_UUU]
      [=======>.............]  recovery = 36.4% (1527132/4190720) finish=0.2min speed=152713K/sec

unused devices: <none>
cat /proc/mdstat

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid5 sdb1[4] sde1[3] sdc1[1] sdd1[2]
      12572160 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]

unused devices: <none>

Notes

Automatisation

Partage

Afin de mettre en oeuvre nos compétences en administration et en automation du système, je vous propose un cas classique lié aux espaces de stockage.

Ces trois partitions vont héberger un partage entre plusieurs utilisateurs du groupe “omega”.

Chaque point de montage /opt/share[1-3] appartient au groupe “omega”. Ils sont partagés par deux utilisateurs “alfa” et “beta” appartenant au groupe secondaire “omega”.

Chacun de ces points de montage est accessible via le dossier d’accueil personnel de ces utilisateurs en liens symboliques. Par exemple /home/alfa/share1, /home/alfa/share2, /home/alfa/share3 doivent pointer sur les points de montage /opt/share[1-3] correspondants.

Les utilisateurs peuvent lire le contenu du dossier et ajouter ou modifier des fichiers.

Il est demandé de fixer le “sticky bit” et le “SGID” sur ce dossier en démontrant leur utilité.

Il est demandé d’automatiser l’ajout d’un utilisateur dans ce partage en vérifiant son existence préalables et en créant les liens symboliques uniquement si nécessaire.

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