Linux管理・運用の基本

Linuxシステムを運用する上で、ストレージの柔軟な管理とデータの安全性は避けて通れないテーマです。特に、システムの稼働中にディスク容量を拡張したり、ハードウェアの故障に備えてデータの冗長化を図ったりする場面は多く、これらを効率的に行うための技術が不可欠となります。本記事では、この課題を解決するための強力なツールであるLVM（Logical Volume Manager）とRAID（Redundant Array of Independent Disks）の基本と実践的な活用法について解説します。

• LVMとRAIDの概要とそれぞれの役割
• LVMを使った論理ボリュームの拡張・縮小方法
• RAIDによるディスクの冗長化とパフォーマンス向上
• LVMとRAIDを組み合わせた実践的な運用例

LVMは、物理的なディスクパーティションを抽象化し、より柔軟なディスク管理を可能にする仕組みです。複数の物理ディスクをまとめて一つの大きなストレージプールとして扱い、そこから必要なサイズの「論理ボリューム」を切り出して使用します。これにより、OSを停止することなくファイルシステムのサイズを拡張したり、必要に応じて縮小したりすることが可能になります。

LVMの構成要素

LVMは以下の3つの主要なコンポーネントで構成されます。

1. 物理ボリューム（PV: Physical Volume）：物理的なディスクパーティションまたはディスク全体のことです。pvcreateコマンドでLVMが扱えるように初期化します。
2. ボリュームグループ（VG: Volume Group）：複数のPVをまとめたストレージプールです。vgcreateコマンドで作成し、vgextendやvgreduceでPVの追加・削除ができます。
3. 論理ボリューム（LV: Logical Volume）：VGから切り出して作成する、ファイルシステムが利用する仮想的なパーティションです。lvcreateコマンドで作成し、lvextendやlvreduceでサイズを変更します。

LVMの操作コマンド

💡 LVMスナップショット LVMには、特定の時点のLVの状態を保存するスナップショット機能があります。これはバックアップ作業において非常に有用です。スナップショットはオリジナルのデータとは別に変更分だけを記録するため、短時間で作成でき、パフォーマンスへの影響も最小限に抑えられます。

# 論理ボリュームのスナップショットを作成
lvcreate -L 1G -s -n mydata_snap /dev/myvg/mydata

# ...バックアップなどの作業

# スナップショットを元のボリュームにマージしてロールバック
lvconvert --merge /dev/myvg/mydata_snap
# 注：ボリュームが使用中の場合、マージは次回アクティベート時（再起動など）に反映されます。

RAIDは、複数の物理ディスクを組み合わせて一つの論理的なディスクとして扱う技術です。これにより、データの冗長性（ミラー化）やパフォーマンス向上（ストライピング）を実現します。RAIDにはいくつかのレベルがあり、それぞれ異なる特性を持っています。

主要なRAIDレベル

• RAID 0 (ストライピング)：データを複数のディスクに分散して書き込むことで、読み書きのパフォーマンスを向上させます。ただし、冗長性はないため、1台でもディスクが故障するとデータは失われます。
• RAID 1 (ミラーリング)：同じデータを複数のディスクに同時に書き込み、完全に同じコピーを作成します。1台のディスクが故障してもデータは別のディスクに存在するため、冗長性が確保されます。
• RAID 5 (パリティ付きストライピング)：データをディスクに分散して書き込みつつ、パリティ情報も分散して書き込みます。N台のディスクのうち1台の故障まで耐えられます。パフォーマンスと冗長性のバランスが良く、広く利用されています。

LinuxにおけるソフトウェアRAID

Linuxではmdadmコマンドを使用してソフトウェアRAIDを構築・管理するのが一般的です。

mdadmコマンドの主要オプション

LVMとRAIDはそれぞれ異なるレイヤーで機能するため、組み合わせて使用することでそれぞれの利点を活かすことができます。一般的な構成は「RAIDの上にLVMを構築する」パターンです。

構成のメリット

1. データの冗長性と柔軟性：RAIDでデータの冗長性を確保しつつ、その上にLVMを構築することで、ディスク容量の拡張やスナップショットなどの柔軟な管理が可能になります。
2. 管理の容易さ：物理ディスクの増設や交換をLVMの操作として吸収できるため、ファイルシステムの変更や再構成を最小限に抑えられます。

構成イメージ

LVMとRAIDのレイヤー構造を図で示すと以下のようになります。

graph TD;
    subgraph 物理ディスク層
        SDB[/dev/sdb\]
        SDC[/dev/sdc\]
    end
    subgraph RAID層
        RAID[RAID1アレイ]
    end
    subgraph LVM層
        VG[VG: myvg]
        LV[LV: mydata]
    end
    subgraph ファイルシステム層
        FS[ファイルシステム: ext4]
    end
    SDB -->|RAID| RAID;
    SDC -->|RAID| RAID;
    RAID -->|LVM| VG;
    VG -->|LVM| LV;
    LV -->|FS| FS;

実践的な構成例

1. RAID 1アレイの作成：2台の物理ディスク/dev/sdbと/dev/sdcを使ってRAID 1アレイを作成します。

   # ディスクをRAIDパーティションとしてフォーマット
   parted -a optimal /dev/sdb mklabel gpt mkpart primary 1MiB 100% set 1 raid on
   parted -a optimal /dev/sdc mklabel gpt mkpart primary 1MiB 100% set 1 raid on
   
   # RAIDアレイの作成
   mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1

2. RAIDアレイ上にLVMを構築：作成したRAIDデバイス

   /dev/md0を物理ボリュームとしてLVMを構築します。

   # PVの作成
   pvcreate /dev/md0
   
   # VGの作成
   vgcreate myvg /dev/md0
   
   # LVの作成
   lvcreate -n mydata -L 50G myvg
   
   # ファイルシステムの作成とマウント
   mkfs.ext4 /dev/myvg/mydata
   mkdir /mnt/data
   mount /dev/myvg/mydata /mnt/data

LVMとファイルシステムのサイズ変更

LVMで論理ボリュームのサイズを変更しても、ファイルシステムのサイズは自動で変更されません。別途、対応するコマンドを実行する必要があります。

• 拡張する場合（ext4/XFS）

  # LVを拡張
  lvextend -L +10G /dev/myvg/mydata
  # ext4の場合
  resize2fs /dev/myvg/mydata
  # XFSの場合
  xfs_growfs /mnt/data

  ※XFSは縮小ができないため、容量設計には注意が必要です。

• 縮小する場合（ext4） 🚨 注意：手順を誤るとデータが失われます。必ずバックアップを取ってから実行してください。

  # 1. アンマウント
  umount /mnt/data
  # 2. ファイルシステムのエラーチェック
  e2fsck -f /dev/myvg/mydata
  # 3. ファイルシステムを縮小 (例: 20Gに)
  resize2fs /dev/myvg/mydata 20G
  # 4. LVを縮小
  lvreduce -L 20G /dev/myvg/mydata
  # 5. 再マウント
  mount /dev/myvg/mydata /mnt/data

RAID1のディスク障害と再構築

RAID1構成のディスクが1台故障した場合でも、システムは稼働し続けます。故障したディスクを交換し、以下のコマンドでRAIDアレイを再構築できます。

1. 故障したディスクの確認

   cat /proc/mdstat
   mdadm -D /dev/md0

2. 故障ディスクの取り外し

   mdadm /dev/md0 --fail /dev/sdb1 --remove /dev/sdb1

3. 新しいディスクの追加

   # 新しいディスクのパーティションを準備
   parted -a optimal /dev/sde mklabel gpt mkpart primary 1MiB 100% set 1 raid on
   # アレイに追加
   mdadm /dev/md0 --add /dev/sde1

   追加後、自動的に再構築（リカバリー）が開始されます。cat /proc/mdstatで進捗を確認できます。

LVMとRAIDは、Linuxシステムにおけるストレージ管理の二大巨頭です。LVMは柔軟な容量管理を、RAIDはデータの冗長性とパフォーマンスを担う技術であり、これらを組み合わせることで、堅牢かつ管理しやすいシステムを構築できます。特にサーバー運用においては、ディスクの故障は避けられない事態であるため、RAIDによる冗長化は必須の対策と言えるでしょう。

この記事が、LVMとRAIDの理解を深める一助となれば幸いです。次回は、パスワードポリシーや2段階認証など、ユーザー認証に関する拡張設定について解説します。

ご覧いただきありがとうございました。