RAID и LVM
Дисковые разделы любого рода создаются в целях не только размежевания, но и объединения, в результате которого части различных физических носителей предстают перед системой в качестве непрерывного дискового пространства, на котором может быть создана единая файловая система. И целям объединения служат разнообразные технологии программных RAID и LVM.
Понятие RAID родилось из потребности представить набор дисков в виде единого дискового пространства, и первоначально было реализовано посредством специализированных контроллеров с интерфейсами SCSI или ATA (ныне также и Serial ATA). Это - так называемые физические RAID. Конечно, в них за объединение дисков отвечают соответствующие программы, однако они прошиты в микросхемах контроллера, расположенного либо на отдельной карте расширения, либо, как это стало обычным в последнее время, встроенного в материнскую плату.
Объединение дисков и их разделов возможно и при отсутствии специфического "железа" - именно такая реализация называется программным RAID (Soft RAID). Оно требует а) поддержки ядро операционной системы, и б) наличия соответствующего программного инструментария.
Вне зависимости от того, реализован он аппаратно или программно, RAID-массив предназначен для представления нескольких физических дисков (или, при программном подходе, также и их разделов) в виде единого устройства. Правда, дальше речь пойдет только о программных реализациях дисковых массивов. Различают RAID-массивы с избыточностью и без оной.
К массивам без избыточности относятся т.н. линейный режим (linear RAID) и RAID level 0. Первый - это просто последовательное объединение двух и более дисков, так, что они видятся системой как единое устройство. И запись на них осуществляется последовательно - сначала на первый диск, по заполнении его - на второй, и так далее. Диски или разделы, объединяемые в линейный RAID, могут быть произвольного объема, на их количество также не накладывается никаких ограничений.
Создаются линейные массивы исключительно из соображений удобства - если есть потребность в непрерывном дисковом пространстве, превышающем объем наличных дисков или их разделов: они не дают ни повышения быстродействия, ни дополнительной надежности хранения данных.
Впрочем, и к снижению надежности они тоже не приводят: при разрушении одного диска или раздела данные со второго остаются доступными точно также, как и при использовании самостоятельных носителей.
Массивы нулевого уровня называются также RAID со strip-режимом - это попарное объединение дисков с распараллеливанием операций чтения/записи). В них каждая порция записываемых данных расслаивается на два равных по размеру логических блока (chunks - этот термин лучше оставить без перевода), один из которых в одну и ту же единицу времени записывается на первый диск или раздел массива, другая - на второй. Что теоретически должно способствовать быстродействию дисковых операций. И - способствует практически, но только при условии, что диски массива разнесены на разные IDE-каналы (о SCSI-дисках у нас тоже речи не будет). В противном случае выигрыша в производительности не только не будет, но весьма вероятно даже ее падение.
Очевидно, что в массив нулевого уровня можно объединить только четное количество дисков или разделов. Кроме того, желательно, чтобы они имели примерно одинаковый объем: в противном случае суммарный объем массива будет кратен размеру самого маленького диска, а все избыточное пространство окажется неиспользуемым.
Использование массивов нулевого уровня не способствует надежности хранения данных - при отказе хотя бы одного диска пропадут они все (тогда как в линейном режиме информация на исправном диске в первом приближении сохранится). Тем не менее, применение параллельного режима может быть оправданным: все же приятно, когда пара-тройка гигабайт копируется пусть не вдвое, но хотя бы в полтора раза быстрее.
Массивы с избыточностью призваны в первую очередь повышать надежность хранения данных. А если при этом еще и возрастает быстродействие дисковых операций - это можно рассматривать как бесплатный бонус. На практике в Linux и BSD используются два уровня избыточных RAID'ов - 1-й и 5-й.
RAID level 1 (называемый также режимом зеркалирования, mirroring) - это простое дублирование записываемых данных на двух дисках или разделах, то есть такой массив обладает 100-процентной избыточностью: при выходе из строя одного диска вся информация сохраняется на диске-дублере (хотя в процессе работы они выступают как равноправные).
Очевидно, что, как и в случае с RAID level 0, число дисков или разделов должно быть четным, а их объем - примерно одинаков.
Разумеется, ни о каком росте производительности в массивах первого уровня речи идти не может. Однако на сей предмет level 1 можно комбинировать с level 0 (это называют level 0+1 или, иногда, level 10), когда одна пара дисков в параллельном режиме зеркалируются второй парой. Правда, как нетрудно подсчитать, для этого желательно иметь не только четыре диска, но и соответствующее число отдельных IDE-контроллеров, иначе роста производительности ожидать не придется.
В RAID level 5 данные распределяются по всем составляющим массив дискам (или разделам) и дополняются контрольными суммами. По последним и осуществляется восстановление информации в случае отказа одного из устройств. Минимальное количество дисков (разделов) в таком массиве - три, размер их должен быть примерно равным, и общий объем массива равен произведению объема наименьшего на их число минус единица, так как для хранения контрольных используется часть пространства от каждого диска, в сумме равное объему единичного устройства. Массивы 5-го уровня считаются весьма надежными и теоретически даже обещают некоторый прирост быстродействия.
Создание и использование программных RAID несколько различается в Linux и BSD-системах. И в обоих случаях требуют некоторых не вполне тривиальных действий, которые будут описаны в . В любом случае после создания массива с ними следует обращаться как с обычными дисковыми разделами - создавать на них файловые системы и монтировать их. Впрочем, и об этом разговор будет в .
Программный RAID-массив - некоторым образом лобовой подход к проблеме объединения дисков. Попробуем подойти к ней с другого бока, благо это допускает в виде технологии логических томов (LVM); правда, доступна она только в Linux.
В чем недостаток лобового подхода? Представим простую жизненную ситуацию. Приблизившись к исчерпанию доступного дискового пространства для собственных данных, пользователь, как правило, приобретает новый жесткий диск и добавляет его в систему.
Однако физически ввинтить винчестер в корпус машины - это полдела, нужно еще и сделать его для системы доступным. Как? Возможны варианты.
Можно создать на диске физический раздел, на нем - новую файловую систему и смонтировать ее к файловой системе корневой в заранее созданный каталог, например, $HOME/newhome. Это проще всего, но не всегда - лучше всего. Ведь в итоге единый пользовательский каталог будет состоять из двух физически различных файловых систем, что накладывает некоторые ограничения на манипулирование данными (например, невозможно создать жесткие ссылки на наборы данных другой файловой системы).
И вообще, это не очень удобно - все время помнить, какие данные находятся на одном физическом диске, какие - на другом. Гораздо проще, если весь пользовательский каталог видится как единое дисковое пространство, путь даже в натуре таковым и не является.
Второй пример, не менее жизненный. Послушавшись совета резонных людей, мы делим диск на многочисленные разделы, как это будет описано в следующей главе, для всех возможных файловых систем - под каталоги /usr, /usr/local, /opt, /var, /tmp, /home. И очень быстро убеждаемся, что под /usr/local отвели слишком много места - весь нужный нам софт по умолчанию желает собираться в каталоге /opt (с объемом которого мы явно пожадничали). А каталог /usr, вследствие изобилия Иксовых приложений, напротив, заполняется через чур уж стремительно, что отнюдь не есть хорошо: производительность дисковых операций в любом Unix'е стремительно падает по достижении определенного предела заполненности файловой системы. Ну а каталог /tmp просто бездействует - роль хранителя временных файлов, как оказалось, с успехом исполняет файловая система в оперативной памяти - tmpfs. И что, спрашивается, делать? Вариант тотальной архивации и переразбиения дисков - просьба не предлагать.
Обеих ситуаций можно избежать, если предугадать такие коллизии заранее. И еще на стадии разбиения диска прибегнуть к технологии LVM (Logical Volume Manager), то есть управления логическими томами.
Вводное замечание, касаемое терминологии. Пользователи DOS/Windows знают, что логическими томами (logical volumes) называются те части, на которые бьется расширенный (extended) раздел DOS. Однако в случае LVM в понятие логического тома вкладывается, как станет ясно очень скоро, совершенно иной смысл. И потому в этой книге я по возможности именую части расширенного DOS-раздела незамысловато - логическими разделами (впрочем, примерно такая терминология принята в Linux-программах разбиения диска), а звание логического тома сохраняется только за элементом структуры LVM.
Теперь можно перейти к сути дела. Основа технологии LVM - в выделении двух уровней организации дискового пространства, физического и логического. Единица физической организации - физический том (Physical Volume). Это - не что иное, как самый обычный дисковый раздел с определенным идентификатором типа файловой системы - 8e (Linux LVM), который присваивается разделу при его создании, например, программой fdisk. Физический том делится на физические же блоки (physical extents) - кванты дискового пространства, на которые может изменяться размер логических ресурсов (своего рода аналог обычного физического блока винчестера).
Единицей организации логической в LVM выступает группа томов (Volume Group). Она сливает воедино физические тома так, что для ОС они выглядят как единый носитель, и, следовательно, может представляться как нечто вроде логического аналога винчестера. Как и винчестер, группа томов может делиться на разделы (или, напротив, представлять собой единый раздел). Один такой раздел и есть логический том, на котором создаются обычные файловые системы и к которому непосредственно обращается пользователь, например, при монтировании. Он образован последовательностью логических блоков (logical extents), которые можно сопоставить с логическими блоками обычного раздела, размечаемыми при создании файловой системы. А уж эти логические extent'ы (во избежание путаницы оставляю этот термин без перевода) по определенным правилам связываются с extent'ами физическими.
В LVM- HOWTO взаимосвязь элементов LVM иллюстрируется следующим образом:
hda1 hdc1 (PV:s on partitions or whole disks) / / diskvg (VG) / | / | usrlv rootlv varlv (LV:s) | | | ext2 reiserfs xfs (filesystems)
Взаимосвязь физических и логических extent'ов обозначается термином mapping. Причем возможны два варианта такой взаимосвязи - линейный (linear mapping) и "чередующийся" (striped mapping). В первом случае непрерывной последовательности физических extent'ов просто ставится в соответствие столь же непрерывная последовательность extent'ов логических. Во втором же - непрерывная последовательность логических extent'ов соотнесена с физическими extent'ами, чередующимися между физическими носителями: .+-- Volume Group --------------------------------+ | | | +----------------------------------------+ | | PV | PE | PE | PE | PE | PE | PE | PE | PE | | | +----------------------------------------+ | | . . . . | | . . . . | | +----------------------------------------+ | | LV | LE | LE | LE | LE | LE | LE | LE | LE | | | +----------------------------------------+ | | . . . . | | . . . . | | +----------------------------------------+ | | PV | PE | PE | PE | PE | PE | PE | PE | PE | | | +----------------------------------------+ | | | +------------------------------------------------+
Эта схема подобна той, что осуществляется в описанных выше программных RAID-массивах нулевого (strip) уровня и преследует ту же цель - повышение производительности дисковых операций. Правда, последнее достижимо только в том случае, если физические тома, на которых созданы чередующиеся физические extent'ы, расположены не просто на разных дисках, но и на разных IDE-каналах; иначе, напротив, потери производительности могут быть просто катастрофическими.
Из сказанного ясно, что технология LVM наиболее эффективна ( и эффектна) в случае, если в машине имеется более одного физического диска. Однако и в однодисковой системе ее можно использовать с большим успехов (в том числе и в расчете на обогащение вторым накопителем).
Создание логических томов требует поддержки ядром Linux и применения некоторого специфического инструментария, описанного в .
