RAID 小结

• RAID是什么 

      RAID 即是磁盘阵列，全名为Redundant Array of Independent Disks  容错独立磁盘阵列 ,是通过一些技术（软件或硬件）将多个较小的磁盘整合成为一个较大的磁盘设备；不仅可以存储数据，还可以保护数据。

• RAID 的由来

  时势造英雄，很多东西的由来都是因为需要，当时硬盘的容量也就是几十GB，而且性能还很差，为了提高计算机的运算性能，迫切需要一个高性能大容量的硬盘，此时1987由加利福尼亚大学伯克利分校（University of California-Berkeley），发表了：“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中，谈到了RAID这个词汇，而且定义了RAID的5层级。 另外，研究小组也设计出容错（fault-tolerance），逻辑数据备份（logical data redundancy），而产生了RAID理论。研究初期，便宜（Inexpensive）的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来Inexpensive被改为independent，许多独立的磁盘组。

• 磁盘阵列的优点

     数据的安全与可靠性：指的并非信息安全，而是当硬件损毁时，数据还可以                        安全救援或只用。 

        读写性能：例如RAID 0可以提高读写性能，让系统I/O可以得到改善

        容量：可以把多块磁盘组合起来，让单一文件系统可以有相当大的容量。

•   RAID的level

  由于组合方式不同，raid 又分为不同的等级，例如level 0,1,2,3,4,5,6,7,10,50， （数字仅表示不同的组合方式，不代表优先级）但常用的 也就是 0， 1 ，5 还有 1与0的组合 10或者01                      下表提供了6个raid级别的简单定义，大家先有个大概印象，后面我们会详细说明 

①RAID 0 （硬盘分段）

           数据按系统规定的chunk 为单位依次写入多块磁盘，因此它的读写性能很高，但没有容错能力 ，即任何一块磁盘坏了，数据 就丢失了，而且多块磁盘组合，损坏的几率大大增大。但磁盘利用率为100%

②RAID 1（磁盘镜像）

     它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据，这样它的写入性能没有提高，因为同样的数据要存储多次，但提供了百分之百的数据冗余，两个磁盘互为镜像，所以无论哪个磁盘坏了，都不会影响数据的读取，因此容错性能非常好，并可以提高读数据的速度；但缺点就是需要双份硬盘，因此价格较高。磁盘利用率只有50% 

③ RAID 4

    将数据条块化并分布于不同的磁盘上,但使用一块磁盘作为校验盘，每次写操作都需要访问校验盘，这时校验盘会成为写操作的瓶颈，因此RAID 4在商业环境中也很少使用。如图所示。disk 3 压力会很大，每次读写数据都要访问，容易损坏。

④RAID 5

          数据存储和raid 4 基本一样，只是校验值不在放在一个固定的磁盘上了，而是轮流放在每个磁盘上，这样每块磁盘的压力 就一样了。

         raid 4 和raid 5 一样只允许一块磁盘损坏，有一块磁盘损坏是，数据还可以读取，但读取速度较慢，而且这是还会增大其他磁盘损坏的几率，当有一块磁盘损坏时，应立即换取下这块坏磁盘，换一块好的。

⑤RAID 10 或01

           raid 0 性能好但是数据不安全，raid 1 的数据安全但是性能不佳，于是就产生了 10 组合 或是 01组合 。

           raid 01： 就是先让两块磁盘组成raid 0而且这样的组合有两组，再把这两组raid 0 组合成raid 1  。

           raid 10 就是先组合RAID 1 在组合RAID 0

  由于RAID 0 的优点，性能得以提升，由于RAID 1 的优点，数据的已备份，但也有与RAID 1 的缺点，容量会少一半用来备份。

   

•   RAID的实现方式  

     硬件磁盘阵列：

                      通过磁盘阵列卡来完成数组的目的，磁盘阵列卡上有一个专门的芯片来处理RAID的任务，内核不会识别各个磁盘，内核中识别阵列卡。不会重复消耗原本系统的I/O总线，性能比较好，但是磁盘阵列卡价格有点贵 。因此就产生了软件磁盘阵列。在blos界面配置。操作系统装在RAID上。但内核要可以识别RAID.设别文件名为/dev/sd[a-p].

     软件磁盘阵列：

                         利用软件来仿真磁盘阵列的功能，但会消耗过多的系统资源，例如cpu的运算与I/O总线的资源。硬盘直接连在主板上，且内核能识别每一块磁盘。MD会把内核识别的磁盘再次封装成RAID，输入到用户空间。因此设别名为/dev/md0,/dev/md1 .不过现在我们的计算机速度都很快，这些速度限制已不再是问题，所以 我们下面就玩玩软件磁盘阵列。

•  

  软件磁盘阵列的设置

  mdadm软件在用户空间提供一个程序，可以配置raid，把我们的命令送给MD模块，并组织对应的磁盘设备，成为软RAID.

    mdadm的配置文件在/etc/mdadm.conf   

    设备被识别为/dev/md0  /dev/md1  

mdadm 可以把底层的块设备组成软RAID  

   底层块设别 可以是整块磁盘也可以是分区 但如果使用的是分区 创建RAID 1意义就不打了，就一块磁盘 ，磁盘坏了，数据备份多少次都没意义了。但我们做实验可以用分区，来练习一下。

mdadm可以创建的级别有RAID 0 ,RAID 1 ,RAID 4 ,RAID 5 ,RAID 6，RAID 10

还有 linear 模式 即是线性模式，存满一块磁盘再存另外一块磁盘。

格式：

    mdadm  [mode] <raiddevice> [options] <component-devices>

     modes :

assemble 装配模式 -A

create 创建模式   -C

follow or monitor 监控模式 -F

grow 增长模式 -G 

manage 管理模式 --add -fail --remove  

   <raiddevice>:

               要创建的设别名，例如 /dev/md0,/dev/md1 系统默认只            有 /dev/md0  ，如果想创建 /dev/md1 要自己创建。

 

 [options]:

      不同模式下的选项意义不同 

 -C ,--create create a new array 

              -n 几块磁盘

              -x  几块空闲盘  --spare-devices  

-c --chunk 块大小 默认64KB   数据存储时要分为块

             -l  级别 0,1,5, 

-p layout 左对称 右对称 做非对称 右非对称

              -a yes 自动创建 设备名。

 

       --manage 模式下的参数有：

             --fail：把后面的设备设置成出错状态

             --add：将后面的设备加入到这个MD中

             --remove：将后面的设备从这个MD中删除。

我们来创建一个RAID 5 来演示一下 

   RAID 5 的环境 ：

• 利用4个分区组成RAID5;
• 每个分区约为1G，
• 把一个分区作为sparedisk
• 将RAID 5挂载到/mnt/raid目录下  

    1、构建所需的磁盘设备

    用fdisk创建5个1G的分区 类型改为fd 

#fdisk /dev/sdb
/dev/sdb5        1         123      987934+  fd  Linux raid autodetect
/dev/sdb6        124         246      987966   fd  Linux raid autodetect
/dev/sdb7       247         369      987966   fd  Linux raid autodetect
/dev/sdb8       370         492      987966   fd  Linux raid autodetect
/dev/sdb9       493         615      987966   fd  Linux raid autodetect
#partprobe

    2、以mdadm创建RAID 

[root@localhost ~]# mdadm -C /dev/md0 -a yes -l 5 -n 4 -x 1 /dev/sdb5 /dev/sdb6 /dev/sdb7 /dev/sdb8 /dev/sdb9
mdadm: array /dev/md0 started.

 

[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 #查看/dev/md0 的详细信息
/dev/md0:  #设备文件名
        Version : 0.90
  Creation Time : Wed Jun 20 19:23:34 2012 #创建时间
     Raid Level : raid5  #等级
     Array Size : 2963520 (2.83 GiB 3.03 GB)  #可用容量
  Used Dev Size : 987840 (964.85 MiB 1011.55 MB)#每个设备的容量
   Raid Devices : 4  #用作RAID的设备个数
  Total Devices : 5  #总设备个数
Preferred Minor : 0
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Wed Jun 20 19:24:20 2012
          State : clean
 Active Devices : 4  #启用的设备个数
Working Devices : 5  #可用的设备个数
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 1  #预备的设备个数

         Layout : left-symmetric
     Chunk Size : 64K

           UUID : c4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0
         Events : 0.4

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       21        0      active sync   /dev/sdb5
       1       8       22        1      active sync   /dev/sdb6
       2       8       23        2      active sync   /dev/sdb7
       3       8       24        3      active sync   /dev/sdb8

       4       8       25        -      spare   /dev/sdb9

3、格式化与挂载使用RAID 5   

#mke2fs -j /dev/md0

#mkdir /mnt/raid

#mount /dev/md0  /mnt/raid
[root@localhost ~]# df
Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
/dev/mapper/vol0-root
                      29741864   5016520  23190164  18% /
/dev/mapper/vol0-home
                       4951688    141376   4554724   4% /home
/dev/sda1               101086     31952     63915  34% /boot
tmpfs                   517336         0    517336   0% /dev/shm
/dev/md0               2916920     69952   2698792   3% /mnt/raid

这样RAID 5 就创建好了 可以使用了 

#mke2fs -j  -b 2048 -E stride=32 /dev/md0

(-b 1024 2048 4096 )

（ -c默认 64k）   写明 数据分割的chunk 与磁盘的block 的关系 可以提高写入性能     -L data 卷标 

扩展磁盘容量

       我们现在的raid 5 的容量是4G 如果我们现在需要5G 的空间 可以再加入一块磁盘  假设/dev/sdb10是1G的可以使用

   1、加入磁盘 

     #mdadm -a /dev/md0 /dev/sdb10

     #mdadm -G /dev/md0 -n 5 -G增长模式  -n5 增加为5个设备 

  2、重塑文件系统边界

    # resize2fs  /dev/md0  默认是重塑到和物理边界一样大 也可以跟具体的容                             量（3G扩展或减缩） 

    #df -lh 查看一下 

    [解释一下为什么需要重塑文件系统边界，每一个设备都有两个边界，一个是物理边界，既是物理实际的大小，另外一个是文件系统边界，既是格式化以后可以使用的边界，增长的只是物理边界，所以要重塑一下文件系统边界 ]

仿真RAID错误的救援模式

   让一块磁盘坏掉，然后让sparedisk自动启用 

      1、先复制一些数据

       #cp /etc/fstab /mnt/raid

      2、假设/dev/sdb5 坏了

     #mdadm --manage /dev/md0  --fail （-f） /dev/sdb5 

[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
        Version : 0.90
  Creation Time : Wed Jun 20 19:23:34 2012
     Raid Level : raid5
     Array Size : 2963520 (2.83 GiB 3.03 GB)
  Used Dev Size : 987840 (964.85 MiB 1011.55 MB)
   Raid Devices : 4
  Total Devices : 5
Preferred Minor : 0
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Wed Jun 20 20:22:01 2012
          State : clean, degraded, recovering
 Active Devices : 3
Working Devices : 4
 Failed Devices : 1
  Spare Devices : 1

         Layout : left-symmetric
     Chunk Size : 64K

 Rebuild Status : 1% complete

           UUID : c4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0
         Events : 0.6

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       8       25        0      spare rebuilding   /dev/sdb9
       1       8       22        1      active sync   /dev/sdb6
       2       8       23        2      active sync   /dev/sdb7
       3       8       24        3      active sync   /dev/sdb8

       5       8       21        -      faulty spare   /dev/sdb5

    可以看到/dev/sdb9 已经启用 在重建数据 

或者使用 watch -n1 'cat /proc/mdstat'

一段时间后 数据重建好了 

0       8       25        0      active sync   /dev/sdb9
      1       8       22        1      active sync   /dev/sdb6
      2       8       23        2      active sync   /dev/sdb7
      3       8       24        3      active sync   /dev/sdb8

      4       8       21        -      faulty spare   /dev/sdb5

将出错的磁盘删除并加入新的磁盘

    #mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sdb10 --remove (-r) /dev/sdb5 

这一切都可以在开机的状态下进行 不影响正常操作 

 

开机自动启动RAID并自动挂载

   设置mdadm的配置文件 

 

[root@localhost ~]# mdadm --detail (-D)/dev/md0 |grep -i uuid

           UUID : c4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0

 

[root@localhost ~]# vim /etc/mdadm.conf
    ARRAY /dev/md0 UUID=4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0e

设置开机自动挂载

   #vim /etc/fstab

/dev/md0 /mnt/raid ext3 defaults 1 2

   #umount /dev/md0 

   #mount -a  测试一下是否可以挂载    

   #df     查看 

关闭软件RAID

    1、先卸载并删除配置文件 并删除/etc/fstab 中刚写入的那行 

    2、直接关闭

   #mdadm --stop(-S) /dev/md0  

3、重新启用 

[root@localhost ~]# mdadm -A /dev/md0 /dev/sdb{6,7,8,9}

4、将md0的信息保存到配置文件里 

 

[root@localhost ~]# mdadm --examine --scan >>/etc/mdadm.conf

[root@localhost ~]# cat /etc/mdadm.conf 

ARRAY /dev/md0 UUID=4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0e

ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=4 UUID=c4d40765:514c4618:bbdd9c4c:56d359b0

 

 

拙笔小结，望路过的多多指教。