在加密设备上配置 LVM 和 RAID

项目
08/13/2024

适用于：✔️ Linux VM ✔️ 灵活规模集

本文分步介绍如何在加密设备上执行逻辑卷管理 (LVM) 和 RAID。该过程适用于以下环境：

Linux 分布
- CentOS 7.6+
- Ubuntu 18.04+
- SUSE 12+
Azure 磁盘加密单一传递扩展
Azure 磁盘加密双重传递扩展

方案

本文中的过程支持以下方案：

在加密设备上配置 LVM (LVM-on-crypt)
在加密设备上配置 RAID (RAID-on-crypt)

在加密基础设备或设备之后，就可以在该加密层上创建 LVM 或 RAID 结构。

物理卷 (PV) 在加密层上创建。物理卷用于创建卷组。创建卷并在 /etc/fstab 上添加所需的条目。

Diagram of the layers of LVM structures

以类似的方式，在磁盘上的加密层上创建 RAID 设备。在 RAID 设备上创建文件系统，并将其作为常规设备添加到 /etc/fstab。

注意事项

建议使用 LVM-on-crypt。由于特定的应用程序或环境限制而无法使用 LVM 时，可以选择 RAID。

我们将使用“EncryptFormatAll”选项。有关此选项的详细信息，请参阅将 EncryptFormatAll 功能用于 Linux VM 上的数据磁盘。

虽然在加密操作系统时也可以使用此方法，但在这里仅加密数据驱动器。

这些过程假定已检查 Linux VM 上的 Azure 磁盘加密方案和快速入门：使用 Azure CLI 创建 Linux VM 并对其进行加密中的先决条件。

Azure 磁盘加密双重传递版本位于弃用路径上，不应再用于新加密。

常规步骤

使用“on-crypt”配置时，请使用以下过程中概述的过程。

注意

我们将在本文中使用变量。请相应地替换值。

部署 VM

以下命令可选，但建议将其应用于新部署的虚拟机 (VM)。

PowerShell：

New-AzVm -ResourceGroupName ${RGNAME} `
-Name ${VMNAME} `
-Location ${LOCATION} `
-Size ${VMSIZE} `
-Image ${OSIMAGE} `
-Credential ${creds} `
-Verbose

Azure CLI：

az vm create \
-n ${VMNAME} \
-g ${RGNAME} \
--image ${OSIMAGE} \
--admin-username ${username} \
--admin-password ${password} \
-l ${LOCATION} \
--size ${VMSIZE} \
-o table

将磁盘附加到 VM

对要附加到 VM 的 $N 个新磁盘重复以下命令。

PowerShell：

$storageType = 'Standard_LRS'
$dataDiskName = ${VMNAME} + '_datadisk0'
$diskConfig = New-AzDiskConfig -SkuName $storageType -Location $LOCATION -CreateOption Empty -DiskSizeGB 5
$dataDisk1 = New-AzDisk -DiskName $dataDiskName -Disk $diskConfig -ResourceGroupName ${RGNAME}
$vm = Get-AzVM -Name ${VMNAME} -ResourceGroupName ${RGNAME}
$vm = Add-AzVMDataDisk -VM $vm -Name $dataDiskName -CreateOption Attach -ManagedDiskId $dataDisk1.Id -Lun 0
Update-AzVM -VM ${VM} -ResourceGroupName ${RGNAME}

Azure CLI：

az vm disk attach \
-g ${RGNAME} \
--vm-name ${VMNAME} \
--name ${VMNAME}datadisk1 \
--size-gb 5 \
--new \
-o table

验证磁盘是否已附加到 VM

PowerShell：

$VM = Get-AzVM -ResourceGroupName ${RGNAME} -Name ${VMNAME}
$VM.StorageProfile.DataDisks | Select-Object Lun,Name,DiskSizeGB

List of attached disks in PowerShell

Azure CLI：

az vm show -g ${RGNAME} -n ${VMNAME} --query storageProfile.dataDisks -o table

List of attached disks in the Azure CLI

门户：

List of attached disks in the portal

OS：

lsblk

List of attached disks in the OS

配置要加密的磁盘

此配置在操作系统级别完成。将相应的磁盘配置为通过 Azure 磁盘加密进行传统加密：

文件系统是在磁盘上创建的。
创建临时装入点以装载文件系统。
文件系统在 /etc/fstab 上配置为在启动时装载。

检查分配给新磁盘的设备号。在此示例中，使用四个数据磁盘。

lsblk

Data disks attached to the OS

在每个磁盘上创建文件系统

此命令在“for”循环的“in”部分中定义的每个磁盘上迭代创建 ext4 文件系统。

for disk in c d e f; do echo mkfs.ext4 -F /dev/sd${disk}; done |bash

Creation of an ext4 file system

查找最近创建的文件系统的通用唯一标识符 (UUID)，创建临时文件夹，在 /etc/fstab 上添加相应的条目，然后装载所有文件系统。

此命令还会在“for”循环的“in”部分中定义的每个磁盘上进行迭代：

for disk in c d e f; do diskuuid="$(blkid -s UUID -o value /dev/sd${disk})"; \
mkdir /tempdata${disk}; \
echo "UUID=${diskuuid} /tempdata${disk} ext4 defaults,nofail 0 0" >> /etc/fstab; \
mount -a; \
done

验证磁盘是否已正确装载

lsblk

List of mounted temporary file systems

还要验证磁盘是否已配置：

cat /etc/fstab

Configuration information via fstab

加密数据磁盘

使用密钥加密密钥 (KEK) 的 PowerShell：

$sequenceVersion = [Guid]::NewGuid()
Set-AzVMDiskEncryptionExtension -ResourceGroupName $RGNAME `
-VMName ${VMNAME} `
-DiskEncryptionKeyVaultUrl $diskEncryptionKeyVaultUrl `
-DiskEncryptionKeyVaultId $KeyVaultResourceId `
-KeyEncryptionKeyUrl $keyEncryptionKeyUrl `
-KeyEncryptionKeyVaultId $KeyVaultResourceId `
-VolumeType 'DATA' `
-EncryptFormatAll `
-SequenceVersion $sequenceVersion `
-skipVmBackup;

使用 KEK 的 Azure CLI：

az vm encryption enable \
--resource-group ${RGNAME} \
--name ${VMNAME} \
--disk-encryption-keyvault ${KEYVAULTNAME} \
--key-encryption-key ${KEYNAME} \
--key-encryption-keyvault ${KEYVAULTNAME} \
--volume-type "DATA" \
--encrypt-format-all \
-o table

验证加密状态

仅当所有磁盘都已加密后，才继续下一步。

PowerShell：

Get-AzVmDiskEncryptionStatus -ResourceGroupName ${RGNAME} -VMName ${VMNAME}

Encryption status in PowerShell

Azure CLI：

az vm encryption show -n ${VMNAME} -g ${RGNAME} -o table

Encryption status in the Azure CLI

门户：

Encryption status in the portal

OS 级别：

lsblk

Encryption status in the OS

扩展会将文件系统添加到 /var/lib/azure_disk_encryption_config/azure_crypt_mount（旧加密）或 /etc/crypttab（新加密）。

注意

请不要修改任何其他文件。

此文件将负责在启动过程中激活这些磁盘，以便 LVM 或 RAID 以后可以使用这些磁盘。

不用担心此文件上的装入点。当在这些加密设备上创建物理卷或 RAID 设备之后，Azure 磁盘加密将无法将磁盘作为普通文件系统安装。（这将删除在准备过程中使用的文件系统格式。）

删除临时文件夹和临时 fstab 条目

在将用作 LVM 一部分的磁盘上卸载文件系统。

for disk in c d e f; do umount /tempdata${disk}; done

同时删除 /etc/fstab 条目：

vi /etc/fstab

验证是否未装载磁盘以及是否已删除 /etc/fstab 上的条目

lsblk

Verification that temporary file systems are unmounted

同时验证是否已配置磁盘：

cat /etc/fstab

Verification that temporary fstab entries are removed

LVM-on-crypt 的步骤

加密基础磁盘之后，接下来即可创建 LVM 结构。

不要使用设备名称，而是使用每个磁盘的 /dev/mapper 路径来创建物理卷（在磁盘上的加密层上，而不是磁盘本身上）。

在加密层上配置 LVM

创建物理卷

你将收到一条警告，询问是否可以擦除文件系统签名。输入 y 继续操作，或使用回显“y”，如下所示：

echo "y" | pvcreate /dev/mapper/c49ff535-1df9-45ad-9dad-f0846509f052
echo "y" | pvcreate /dev/mapper/6712ad6f-65ce-487b-aa52-462f381611a1
echo "y" | pvcreate /dev/mapper/ea607dfd-c396-48d6-bc54-603cf741bc2a
echo "y" | pvcreate /dev/mapper/4159c60a-a546-455b-985f-92865d51158c

Verification that a physical volume was created

注意

需要根据 lsblk 的输出，将此处的 /dev/mapper/device 名称替换为实际值。

验证物理卷的信息

pvs

Information for physical volumes

创建卷组

使用已初始化的相同设备创建卷组：

vgcreate vgdata /dev/mapper/

检查卷组的信息

vgdisplay -v vgdata

pvs

Information for the volume group

创建逻辑卷

lvcreate -L 10G -n lvdata1 vgdata
lvcreate -L 7G -n lvdata2 vgdata

检查创建的逻辑卷

lvdisplay
lvdisplay vgdata/lvdata1
lvdisplay vgdata/lvdata2

Information for logical volumes

在逻辑卷的结构上创建文件系统

echo "yes" | mkfs.ext4 /dev/vgdata/lvdata1
echo "yes" | mkfs.ext4 /dev/vgdata/lvdata2

创建新文件系统的装入点

mkdir /data0
mkdir /data1

将新文件系统添加到 /etc/fstab 并对其进行装载

echo "/dev/mapper/vgdata-lvdata1 /data0 ext4 defaults,nofail 0 0" >>/etc/fstab
echo "/dev/mapper/vgdata-lvdata2 /data1 ext4 defaults,nofail 0 0" >>/etc/fstab
mount -a

验证是否已装载新文件系统

lsblk -fs
df -h

Screenshot shows a console window with file systems mounted as data0 and data1.

在 lsblk 的这种变体中，我们将按相反顺序列出显示依赖项的设备。此选项有助于标识按逻辑卷（而不是原始的 /dev/sd[磁盘] 设备名称）分组的设备。

务必确保将 nofail 选项添加到在通过 Azure 磁盘加密进行加密的设备上创建的 LVM 卷的装入点选项中。它可以防止 OS 在启动过程中（或处于维护模式）停滞。

如果不使用 nofail 选项：

OS 将永远不会进入启动 Azure 磁盘加密以及解锁和装载数据磁盘的阶段。
启动过程结束时，将解锁加密的磁盘。 LVM 卷和文件系统会自动装载，直到 Azure 磁盘加密将其解锁。

可以测试重启 VM 的过程，并验证启动后是否还自动装载了文件系统。此过程可能需要几分钟时间，具体取决于文件系统的数量和大小。

重启 VM 并在重启后对其进行验证

shutdown -r now

lsblk
df -h

RAID-on-crypt 的步骤

现在，基础磁盘已加密，可以继续创建 RAID 结构。此过程与 LVM 的过程相同，但使用的是每个磁盘的 /dev/mapper 路径，而不是设备名称。

在磁盘的加密层上配置 RAID

mdadm --create /dev/md10 \
--level 0 \
--raid-devices=4 \
/dev/mapper/c49ff535-1df9-45ad-9dad-f0846509f052 \
/dev/mapper/6712ad6f-65ce-487b-aa52-462f381611a1 \
/dev/mapper/ea607dfd-c396-48d6-bc54-603cf741bc2a \
/dev/mapper/4159c60a-a546-455b-985f-92865d51158c

Information for configured RAID via the mdadm command

注意

需要根据 lsblk 的输出，将此处的 /dev/mapper/device 名称替换为实际值。

检查/监视 RAID 的创建过程

watch -n1 cat /proc/mdstat
mdadm --examine /dev/mapper/[]
mdadm --detail /dev/md10

Status of RAID

在新的 RAID 设备上创建文件系统

mkfs.ext4 /dev/md10

为文件系统创建新的装入点，将新的文件系统添加到 /etc/fstab 并装载该文件：

注意

在本特定示例中，此循环仅在一台设备上循环访问，采用这种构建方式以便在需要时用于多个 md 设备。

for device in md10; do diskuuid="$(blkid -s UUID -o value /dev/${device})"; \
mkdir /raiddata; \
echo "UUID=${diskuuid} /raiddata ext4 defaults,nofail 0 0" >> /etc/fstab; \
mount -a; \
done

验证是否已装载新文件系统：

lsblk -fs
df -h

Screenshot shows a console window with a file system mounted as raiddata.

务必确保将 nofail 选项添加到在通过 Azure 磁盘加密进行加密的设备上创建的 RAID 卷的装入点选项中。它可以防止 OS 在启动过程中（或处于维护模式）停滞。

如果不使用 nofail 选项：

OS 将永远不会进入启动 Azure 磁盘加密以及解锁和装载数据磁盘的阶段。
启动过程结束时，将解锁加密的磁盘。 RAID 卷和文件系统会自动装载，直到 Azure 磁盘加密将其解锁。

可以测试重启 VM 的过程，并验证启动后是否还自动装载了文件系统。此过程可能需要几分钟时间，具体取决于文件系统的数量和大小。

shutdown -r now

可以登录时：

lsblk
df -h

通过

在加密设备上配置 LVM 和 RAID

方案

注意事项

常规步骤

部署 VM

将磁盘附加到 VM

验证磁盘是否已附加到 VM

配置要加密的磁盘

在每个磁盘上创建文件系统

验证磁盘是否已正确装载

加密数据磁盘

验证加密状态

删除临时文件夹和临时 fstab 条目

验证是否未装载磁盘以及是否已删除 /etc/fstab 上的条目

LVM-on-crypt 的步骤

在加密层上配置 LVM

创建物理卷

验证物理卷的信息

创建卷组

检查卷组的信息

创建逻辑卷

检查创建的逻辑卷

在逻辑卷的结构上创建文件系统

创建新文件系统的装入点

将新文件系统添加到 /etc/fstab 并对其进行装载

验证是否已装载新文件系统

重启 VM 并在重启后对其进行验证

RAID-on-crypt 的步骤

在磁盘的加密层上配置 RAID

检查/监视 RAID 的创建过程

在新的 RAID 设备上创建文件系统

后续步骤

其他资源