《UNIX/Linux系统管理技术手册-读书笔记-第二十章

存储

1. 存储硬件

1.1 机械硬盘 vs 固态盘（SSD）

核心结论：

• SSD优势在随机I/O（数据库、Web应用），顺序读写提升有限
• SSD故障更隐蔽——不可纠正读取错误常见（最差型号63%设备经历过），需系统化监控
• TRIM对SSD性能维护至关重要，确保文件系统启用TRIM支持

1.2 硬盘可靠性数据

1.3 存储接口

关键选型：

• 1Gbit/s以上以太网环境，必须启用自动协商（IEEE标准强制）
• SAS vs SATA：SAS更贵但队列深度更大，SATA已基本追平性能差距。企业级仍用SAS划分市场层次

1.4 高级格式化（Advanced Format）与对齐

对齐至关重要：4KiB物理扇区与文件系统簇不对齐 → 读写放大 → 性能下降。现代分区工具（parted、gpart）默认自动对齐到1MiB边界。

2. 存储软件栈架构

应用程序
    ↓
文件系统（ext4/XFS/UFS/ZFS/Btrfs）
    ↓
逻辑卷管理器（LVM / GVinum）
    ↓
RAID（软件 md / 硬件 RAID / ZFS RAID-Z）
    ↓
分区（MBR / GPT）
    ↓
存储设备（HDD / SSD / 云卷）

关键趋势：

• 传统做法：各层独立（分区→RAID→LVM→FS）
• 现代趋势：一体化文件系统（ZFS、Btrfs）整合了卷管理、RAID、文件系统功能

3. 硬盘分区（MBR vs GPT）

3.1 Linux分区（parted / gparted）

1
2
3
4
5
6

# 创建GPT分区表 + 一个全盘分区
sudo fdisk /dev/sdb
# → g (创建GPT) → n (新建分区) → 回车确认 → w (写入)

# 图形化版本（推荐）
sudo gparted

3.2 FreeBSD分区（gpart）

1
2
3

sudo gpart create -s GPT ada1              # 创建GPT分区表
sudo gpart add -l spare -t freebsd-ufs -a 1M ada1  # 创建分区（自动1MiB对齐）
# 分区通过 /dev/gpt/spare 访问

4. RAID（廉价磁盘冗余阵列）

4.1 RAID级别速查

RAID 5/6的写漏洞：

• 随机写入需4次操作（读旧数据+读旧校验→写新数据+写新校验）
• 电源故障可能导致数据块与奇偶校验块不同步 → 重建时产生错误数据
• 缓解：定期“刷洗”（scrubbing），使用ZFS RAID-Z（可变条带避免该问题）

4.2 Linux软件RAID（mdadm）

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14

# 创建RAID 5（3块1TB硬盘）
sudo mdadm --create /dev/md/extra --level=5 --raid-devices=3 /dev/sdf1 /dev/sdg1 /dev/sdh1

# 查看状态
cat /proc/mdstat
sudo mdadm --detail /dev/md/extra

# 模拟故障
sudo mdadm /dev/md/extra -f /dev/sdg1
sudo mdadm /dev/md/extra -r /dev/sdg1   # 移除
sudo mdadm /dev/md/extra -a /dev/sdg1   # 重新添加（重建）

# 保存配置
sudo mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf

监控：mdadm --monitor 守护进程 + MAILADDR 配置 → 故障时邮件报警

5. 逻辑卷管理（LVM）

5.1 LVM核心概念

5.2 LVM优势

5.3 LVM常用命令（Linux）

5.4 LVM快照的关键限制

LVM快照空间固定，写操作会消耗快照空间，空间耗尽则快照损坏失效。快照要么短期存在，要么分配与源卷一样大。

5.5 FreeBSD逻辑卷（GVinum）

• FreeBSD原生的逻辑卷管理器，支持RAID 0/1/5
• 但官方推荐：新部署直接使用ZFS（GVinum已不再活跃开发）

6. 传统文件系统

6.1 主流对比

6.2 常用操作

创建文件系统：

1
2
3
4
5

# Linux ext4
mkfs.ext4 -L spare /dev/sdb1

# FreeBSD UFS
newfs -L spare /dev/ada1p1

检查与修复：

1
2

fsck /dev/sdb1          # 手动检查（通常自动在引导时运行）
tune2fs -c 50 /dev/sda3 # ext4：设置挂载50次后强制检查

挂载与自动挂载（/etc/fstab）：

# Linux - 使用UUID（推荐）
UUID=a8e3-8f8a / ext4 defaults 0 0

# Linux - 使用标签
LABEL=spare /spare ext4 defaults 0 0

# FreeBSD - 使用GPT标签
/dev/gpt/spare /spare ufs rw 0 0

6.3 交换空间

1
2
3
4
5
6
7

# Linux
mkswap /dev/sdb1
swapon /dev/sdb1
swapon -s          # 查看当前交换

# FreeBSD
swapctl -l         # 查看当前交换

交换空间大小建议：物理内存的50%，但至少2GB。休眠系统需大于RAM总量。

💡 云实例建议：小内存实例需保留交换空间；能稳定运行的实例可考虑禁用交换（避免性能抖动）。

7. 下一代文件系统：ZFS

7.1 ZFS核心特性

7.2 ZFS核心命令

7.3 ZFS示例

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16

# 创建存储池（RAID-Z，3盘）
sudo zpool create monster raidz1 ada1 ada2 ada3

# 创建文件系统
sudo zfs create monster/data

# 创建快照
sudo zfs snapshot monster/data@2017-01-01

# 文件系统属性继承示例
sudo zfs set mountpoint=/mnt/data monster
# 所有子文件系统自动继承挂载点

# 配额与预留（模拟传统固定大小）
sudo zfs set reservation=1G monster/data
sudo zfs set quota=1G monster/data

7.4 ZFS系统要求

7.5 RAID-Z vs RAID 5

8. 下一代文件系统：Btrfs

8.1 Btrfs vs ZFS

8.2 Btrfs常用命令

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

# 创建RAID 1文件系统（2盘）
sudo mkfs.btrfs -L demo -d raid1 /dev/sdb /dev/sdc
sudo mount LABEL=demo /mnt/demo

# 添加磁盘
sudo btrfs device add /dev/sdd /mnt/demo

# 在线转换为RAID 5
sudo btrfs balance start -dconvert=raid5 -mconvert=raid5 /mnt/demo

# 创建子卷
sudo btrfs subvolume create /mnt/demo/subvol

# 创建快照（默认可写）
sudo btrfs subvolume snapshot /mnt/demo/subvol /mnt/demo/snap

# 浅复制文件（写时复制）
cp --reflink=auto largefile copyfile

8.3 Btrfs子卷与快照特点

9. 备份策略核心问题清单

9.1 必须回答的7个问题

9.2 现代备份实践

📖 本章观点：磁带已基本退出主流，云快照是当前最便捷的备份方式。

10. 本章核心命令速查表

DBA视角补充：

• 数据库存储选型：OLTP数据库（高随机I/O）→ SSD优先；OLAP/归档（大容量顺序读写）→ HDD可接受。
• RAID选择：生产数据库推荐RAID 10（性能+冗余最佳）或ZFS RAID-Z2。避免RAID 5（写性能差+写漏洞风险）。
• 文件系统选择：Linux生产数据库可选XFS（RHEL默认）或ext4；ZFS适合数据盘（校验和+快照），但需评估内存开销。Btrfs的RAID 5/6尚未生产就绪。
• 对齐检查：使用fdisk -l或parted确认分区从1MiB边界开始（2048扇区），确保512e硬盘性能最优。
• LVM快照用于备份：数据库备份前可用LVM快照创建崩溃一致的磁盘镜像，避免备份过程中数据变更。但快照空间需提前规划（≥源卷大小）。
• TRIM支持：SSD上的数据库需确保文件系统启用discard或定期fstrim，防止SSD性能随时间下降。
• 备份策略：数据库备份应结合物理备份（快照/pg_basebackup/xtrabackup）和逻辑备份（mysqldump/pg_dump）。云快照是高效的物理备份方式，但需验证恢复流程。
• 监控：SMART参数中的重分配计数和待处理扇区非零即预警；ZFS/Btrfs的scrub命令可定期扫描校验和错误，提前发现磁盘问题。