Linux系統(tǒng)下LVM邏輯卷損壞后的數(shù)據(jù)恢復(fù)

張?zhí)炝? 劉小斌 于由美 孫兆寬 鄒金津 宮臣

[摘 ? ?要] 遼河油田勘探開發(fā)研究環(huán)境支撐著勘探開發(fā)地震解釋、儲層反演等地質(zhì)綜合研究工作。這些軟件運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)的服務(wù)器上，采用SAN或NAS架構(gòu)的存儲來保存成果數(shù)據(jù)。本文提供了一種Linux系統(tǒng)下磁盤陣列分區(qū)信息恢復(fù)的方法，通過比對不同的磁盤使用格式，找到分區(qū)表差異。通過多次試驗(yàn)分析，探尋得出LV卷分區(qū)信息損壞后，恢復(fù)邏輯卷的方法。

[關(guān)鍵詞] SAN存儲;LVM卷管理;數(shù)據(jù)恢復(fù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 21. 066

[中圖分類號] TP393 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）21- 0149- 02

0 ? ? ?引 ? ?言

在能源、銀行等部門常常使用Linux/Unix操作系統(tǒng)的服務(wù)器，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往存儲在磁盤陣列中，采用雙機(jī)備份或者異地備份的方式，保證數(shù)據(jù)安全。服務(wù)器與磁盤陣列采用SAN或NAS等常用架構(gòu)模式連接，有時因?yàn)楫惓２僮骰蚋腥静《荆瑫绊懘疟P，導(dǎo)致磁盤的某個分區(qū)消失，嚴(yán)重時會導(dǎo)致操作系統(tǒng)無法啟動甚至損壞。究其原因，就是硬盤分區(qū)表受損。一旦分區(qū)表遭到破壞，就會導(dǎo)致磁盤丟失等硬盤故障，硬盤的分區(qū)表可以說是支撐硬盤正常讀取等操作的基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)正是通過它把硬盤劃分為若干個分區(qū)，然后再在每個分區(qū)里面創(chuàng)建文件系統(tǒng)，最后寫入需要存儲的數(shù)據(jù)文件[1]。

1 ? ? ?LVM邏輯卷管理介紹

隨著數(shù)據(jù)量的增加，磁盤存儲空間的需求會增加很多，每一次需求的增加就意味著需要重新分配一次磁盤，這種方式很麻煩，也很費(fèi)時間。我們可以用LVM邏輯卷管理來解決這類的磁盤管理問題，LVM（Logic Volume Manager）被稱為邏輯卷管理，它是Linux環(huán)境下對磁盤分區(qū)進(jìn)行操作并管理的一種機(jī)制。由于LVM的邏輯卷的大小更改可以動態(tài)調(diào)整，且不會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)等情況。

LVM管理的方式很簡單，就是通過將底層的裸設(shè)備抽象并封裝起來，然后以邏輯的方式呈現(xiàn)給上層來應(yīng)用。

1.1 ? LVM邏輯卷管理的5個基本概念

PV（Physical Volume）物理卷，處于LVM最底層，是LVM最基本的物理組成部分。

VG（Volume Group）卷組，就是我們使用的磁盤，可以進(jìn)行分區(qū)，對于LVM上面的文件系統(tǒng)而言，VG就是一個大磁盤，可以由多個PV構(gòu)成。

LG（Logical Volume）邏輯卷，LV就是VG分隔成的類似分區(qū)的磁盤空間，可以格式化后建立文件系統(tǒng)并掛載使用。

PE（Physical Extent）：物理區(qū)域是用于分配的最小物理存儲單元，物理區(qū)域在建立卷組時指定其大小，默認(rèn)的大小為4MB。一旦確立后就不能更改，相同卷組內(nèi)全部物理卷的物理區(qū)域大小一致，且有唯一編號，PE是LVM尋址的最小單元。

LE（Logical Extent）：邏輯區(qū)域是邏輯卷的最小存儲單元，可用于分配，邏輯區(qū)域的大小取決于其所在的邏輯卷對應(yīng)卷組中物理區(qū)域的大小。在同一個卷組中，LE和PE的大小是相同的并一一對應(yīng)。圖1為LVM管理示意。

1.2 ? ?LVM的創(chuàng)建步驟

① 掛載物理磁盤或者識別新分配的磁盤;

② 物理磁盤初始化為一個物理卷PV：

pvcreate /dev/sdb1

pvcreate /dev/sdb2

pvcreate /dev/sdb3

③ 將一個或多個的物理卷PV組合成一個或多個卷組VG;

vgcreate VolGroup /dev/sdb1 /dev/sdb2 /dev/sdb3

④從VG中創(chuàng)建邏輯卷LV;

lvcreate -L 5.5T -n lv_data VolGroup

⑤根據(jù)實(shí)際需要將邏輯卷掛載使用;

mkfs.ext3 /dev/VolGroup/lv_data，再掛載

⑥可以通過pvdisplay、vgdisplay、lvdisplay等命令查看物理卷、卷組和邏輯卷，并可根據(jù)需要對磁盤或邏輯卷進(jìn)行擴(kuò)展vgextend lvextend和縮減lvreduce。

LVM邏輯卷管理在做刪除操作時，需要按照與創(chuàng)建LVM操作的相反進(jìn)行，即刪除LV，刪除VG，刪除PV。

每次新建一個LV卷后，系統(tǒng)會在LVM的backup文件夾記錄相應(yīng)的PV、VG、LV的信息和VG的歸檔日志，這些資料可用于文件系統(tǒng)或者磁盤故障時邏輯卷的恢復(fù)。

2 ? ? ?恢復(fù)LVM方法

遼河油田勘探開發(fā)研究環(huán)境支撐著勘探開發(fā)的地震解釋、儲層反演、地質(zhì)綜合研究等工作，這些研究需要大量的存儲空間，每個應(yīng)用的存儲空間在容量、數(shù)量上都不相同，因此采用了LVM邏輯卷管理，方便對存儲空間進(jìn)行擴(kuò)充或縮減。通過將用戶數(shù)據(jù)及用戶目錄建立在LVM上，可以隨時按要求增大縮小，或根據(jù)使用情況對各邏輯卷進(jìn)行擴(kuò)充等調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)空間不足而加入新的硬盤時，不必把用戶的數(shù)據(jù)從原硬盤遷移到新硬盤，而只須把新的分區(qū)加入卷組并擴(kuò)充邏輯卷即可。同樣，使用LVM可以在不中斷應(yīng)用服務(wù)的情況下，把用戶數(shù)據(jù)從舊硬盤空間遷移到新硬盤空間中去。后臺存儲采用SAN架構(gòu)，有利于數(shù)據(jù)的安全傳輸。

一次定時重啟，造成了信息不同步的小概率事件，使系統(tǒng)不能正常重啟。在修復(fù)過程中，發(fā)現(xiàn)部分LV卷的頭部信息自動更改為GPT分區(qū)格式，導(dǎo)致了此次故障發(fā)生。

通過大量測試研究，掌握了此類問題的解決方法。首先，通過dd命令完整備份物理設(shè)備，保證數(shù)據(jù)不會因?yàn)檎`操作而丟失。然后按照圖2所示步驟，進(jìn)行恢復(fù)操作。

①通過fdisk或者dd命令將出錯LV卷的物理設(shè)備磁盤前34個扇區(qū)清零處理;

②按照備份的PV信息恢復(fù)PV卷;

③按照備份的VG信息恢復(fù)VG卷組;

④激活VG卷組;

⑤掛載LV卷，并驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

3 ? ? ?結(jié) ? ?語

本文通過一個生產(chǎn)過程中實(shí)際的案例，結(jié)合LVM自身存儲特性，試驗(yàn)得出一種Linux系統(tǒng)下磁盤分區(qū)文件修復(fù)方法。通過試驗(yàn)分析磁盤設(shè)備頭部分區(qū)表信息，找到一種在保證原有LV卷數(shù)據(jù)不丟失的情況下，恢復(fù)LV的頭部信息的解決辦法，達(dá)到了預(yù)期效果。分區(qū)表的恢復(fù)是一種十分危險的操作，并不是每一次的操作都能達(dá)到預(yù)期效果?；謴?fù)時，首先要細(xì)心謹(jǐn)慎，任何一點(diǎn)錯誤都有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的永久丟失;其次，要做好系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份及分區(qū)表備份工作。

主要參考文獻(xiàn)

[1]翟常亮，賈東，藍(lán)朝祥，等.Windows下LVM被刪除邏輯卷的數(shù)據(jù)恢復(fù)[J].電腦知識與技術(shù)，2014.6，10（18）：4338-4340.