Linux系統下LVM邏輯卷損壞后的數據恢復

張天亮 劉小斌 于由美 孫兆寬 鄒金津 宮臣

[摘 ? ?要] 遼河油田勘探開發研究環境支撐著勘探開發地震解釋、儲層反演等地質綜合研究工作。這些軟件運行在Linux操作系統的服務器上，采用SAN或NAS架構的存儲來保存成果數據。本文提供了一種Linux系統下磁盤陣列分區信息恢復的方法，通過比對不同的磁盤使用格式，找到分區表差異。通過多次試驗分析，探尋得出LV卷分區信息損壞后，恢復邏輯卷的方法。

[關鍵詞] SAN存儲;LVM卷管理;數據恢復

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

[中圖分類號] TP393 ? [文獻標識碼] ?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操作系統的服務器，產生的數據往往存儲在磁盤陣列中，采用雙機備份或者異地備份的方式，保證數據安全。服務器與磁盤陣列采用SAN或NAS等常用架構模式連接，有時因為異常操作或感染病毒，會影響磁盤，導致磁盤的某個分區消失，嚴重時會導致操作系統無法啟動甚至損壞。究其原因，就是硬盤分區表受損。一旦分區表遭到破壞，就會導致磁盤丟失等硬盤故障，硬盤的分區表可以說是支撐硬盤正常讀取等操作的基礎。操作系統正是通過它把硬盤劃分為若干個分區，然后再在每個分區里面創建文件系統，最后寫入需要存儲的數據文件[1]。

1 ? ? ?LVM邏輯卷管理介紹

隨著數據量的增加，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環境下對磁盤分區進行操作并管理的一種機制。由于LVM的邏輯卷的大小更改可以動態調整，且不會出現丟失數據等情況。

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

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，可以進行分區，對于LVM上面的文件系統而言，VG就是一個大磁盤，可以由多個PV構成。

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

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

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

1.2 ? ?LVM的創建步驟

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中創建邏輯卷LV;

lvcreate -L 5.5T -n lv_data VolGroup

⑤根據實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，并可根據需要對磁盤或邏輯卷進行擴展vgextend lvextend和縮減lvreduce。

LVM邏輯卷管理在做刪除操作時，需要按照與創建LVM操作的相反進行，即刪除LV，刪除VG，刪除PV。

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

2 ? ? ?恢復LVM方法

遼河油田勘探開發研究環境支撐著勘探開發的地震解釋、儲層反演、地質綜合研究等工作，這些研究需要大量的存儲空間，每個應用的存儲空間在容量、數量上都不相同，因此采用了LVM邏輯卷管理，方便對存儲空間進行擴充或縮減。通過將用戶數據及用戶目錄建立在LVM上，可以隨時按要求增大縮小，或根據使用情況對各邏輯卷進行擴充等調整。當系統空間不足而加入新的硬盤時，不必把用戶的數據從原硬盤遷移到新硬盤，而只須把新的分區加入卷組并擴充邏輯卷即可。同樣，使用LVM可以在不中斷應用服務的情況下，把用戶數據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，有利于數據的安全傳輸。

一次定時重啟，造成了信息不同步的小概率事件，使系統不能正常重啟。在修復過程中，發現部分LV卷的頭部信息自動更改為GPT分區格式，導致了此次故障發生。

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備，保證數據不會因為誤操作而丟失。然后按照圖2所示步驟，進行恢復操作。

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

②按照備份的PV信息恢復PV卷;

③按照備份的VG信息恢復VG卷組;

④激活VG卷組;

⑤掛載LV卷，并驗證數據。

3 ? ? ?結 ? ?語

本文通過一個生產過程中實際的案例，結合LVM自身存儲特性，試驗得出一種Linux系統下磁盤分區文件修復方法。通過試驗分析磁盤設備頭部分區表信息，找到一種在保證原有LV卷數據不丟失的情況下，恢復LV的頭部信息的解決辦法，達到了預期效果。分區表的恢復是一種十分危險的操作，并不是每一次的操作都能達到預期效果?；謴蜁r，首先要細心謹慎，任何一點錯誤都有可能導致數據的永久丟失;其次，要做好系統的數據備份及分區表備份工作。

主要參考文獻

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