RAID磁盤陣列的原理與搭建

       RAID（Redundant Array of Independent Disks，獨(dú)立磁盤冗余陣列）可以提供較普通磁盤更高的速度、安全性，所以服務(wù)器在安裝時(shí)都會(huì)選擇創(chuàng)建RAID。

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       RAID的創(chuàng)建有兩種方式：軟RAID（通過操作系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)）和硬RAID（使用硬件陣列卡）；在企業(yè)中用的最多的是：raid1、raid10和raid5。不過隨著云的高速發(fā)展，供應(yīng)商一般可以把硬件問題解決掉。

1.1 RAID幾種常見的分類

       RAID技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有從RAID0到6七種基本的RAID 級(jí)別

RAID  0	數(shù)據(jù)條帶化，無校驗(yàn)
RAID  1	數(shù)據(jù)鏡像，無校驗(yàn)
RAID  2	海明碼錯(cuò)誤校驗(yàn)及校正
RAID  3	數(shù)據(jù)條帶化讀寫，校驗(yàn)信息存放于專用硬盤
RAID  4	單次寫數(shù)據(jù)采用單個(gè)硬盤，校驗(yàn)信息存放于專用硬盤
RAID  5	數(shù)據(jù)條帶化，校驗(yàn)信息分布式存放
RAID  6	數(shù)據(jù)條帶化，分布式校驗(yàn)并提供兩級(jí)冗余

另外，還有一些基本RAID級(jí)別的組合形式，如RAID 10（RAID 0與RAID1的組合），RAID 50（RAID0與RAID5的組合）等。

注意：不同RAID 級(jí)別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本

RAID01(  0+1)	先做RAID 0，后做RAID 1，同時(shí)提供數(shù)據(jù)條帶化和鏡像
RAID  10(1+0)	類似于RAID 0+1，區(qū)別在于先做RAID  1，后做RAID 0
RAID  50(5+0)	先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能

1.2 RAID出現(xiàn)的原因

2.1 RAID-0

條帶（strping）

需磁盤數(shù)量:2塊以上(大小最好相同)

是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤即可.

特點(diǎn):

成本低，可以提高整個(gè)磁盤的性能和吞吐量。
RAID 0沒有提供冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力，速度快.

任何一個(gè)磁盤的損壞將損壞全部數(shù)據(jù)；磁盤利用率為100%。

2.2 RAID-1

mirroring（鏡像卷）

需要磁盤兩塊以上   2塊   or  3塊

原理:是把一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤上，也就是說數(shù)據(jù)在寫入一塊磁盤的同時(shí)，會(huì)在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（鏡像卷），至少需要兩塊硬盤，raid大小等于兩個(gè)raid分區(qū)中最小的容量（最好將分區(qū)大小分為一樣），數(shù)據(jù)有冗余，在存儲(chǔ)時(shí)同時(shí)寫入兩塊硬盤，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)備份；

磁盤利用率為50%，即2塊100G的磁盤構(gòu)成RAID1只能提供100G的可用空間。如下圖

2.3 RAID-5

需要三塊或以上硬盤，可以提供熱備盤實(shí)現(xiàn)故障的恢復(fù)；只損壞一塊，沒有問題。但如果同時(shí)損壞兩塊磁盤，則數(shù)據(jù)將都會(huì)損壞。空間利用率： (n-1)/n  2/3  如下圖所示

奇偶校驗(yàn)信息的作用:

當(dāng)RAID5的一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。

擴(kuò)展異或運(yùn)算:

是用相對(duì)簡單的異或邏輯運(yùn)算（相同為0，相異為1）

A值	B值	Xor結(jié)果
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

2.4 RAID10

鏡像+條帶

       RAID10是將鏡像和條帶進(jìn)行兩級(jí)組合的RAID級(jí)別，第一級(jí)是RAID1鏡像對(duì)，第二級(jí)為RAID 0。RAID10也是一種應(yīng)用比較廣泛的RAID級(jí)別。

       RAID1+0的特點(diǎn)使其特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取，同時(shí)又對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，如銀行、金融、商業(yè)超市、倉儲(chǔ)庫房、各種檔案管理等。

先創(chuàng)建raid1，再使用創(chuàng)建的raid1設(shè)備創(chuàng)建raid0

2.5 RAID的比較

2.5 RAID的選擇

2.6 RAID硬盤失效處理

一般兩種處理方法：熱備和熱插拔

熱備：HotSpare

• 定義：當(dāng)冗余的RAID組中某個(gè)硬盤失效時(shí)，在不干擾當(dāng)前RAID系統(tǒng)的正常使用的情況下，用RAID系統(tǒng)中另外一個(gè)正常的備用硬盤自動(dòng)頂替失效硬盤，及時(shí)保證RAID系統(tǒng)的冗余性

• 全局式：備用硬盤為系統(tǒng)中所有的冗余RAID組共享

• 專用式：備用硬盤為系統(tǒng)中某一組冗余RAID組專用

熱插拔：HotSwap

• 定義：在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，用正常的硬盤物理替換RAID系統(tǒng)中失效硬盤

• 關(guān)鍵在于熱插拔時(shí)電子器件的保護(hù)機(jī)制

如下圖所示：是一個(gè)全局熱備的示例，該熱備盤由系統(tǒng)中兩個(gè)RAID組共享，可自動(dòng)頂替任何一個(gè)RAID中的一個(gè)失效硬盤

第3章 RAID卡

       RAID卡一般分為硬RAID卡和軟RAID卡兩種，通過用硬件來實(shí)現(xiàn)RAID功能的就是硬RAID，獨(dú)立的RAID卡，主板集成的RAID芯片都是硬RAID。通過軟件并使用CPU的RAID卡是指使用CPU來完成RAID的常用計(jì)算，軟件RAID占用CPU資源較高，絕大部分服務(wù)器設(shè)備是硬件RAID。

3.2 軟RAID

管理軟raid工具：mdadm

mdadm是linux下用于創(chuàng)建和管理軟件RAID的命令，是一個(gè)模式化命令。

常見參數(shù)解釋：

-C或--creat	建立一個(gè)新陣列	-r	移除設(shè)備
-A	激活磁盤陣列	-l或--level=0 1  4 5 6	設(shè)定磁盤陣列的級(jí)別
D或--detail	-打印陣列設(shè)備的詳細(xì)信息	-n或--raid-devices=	指定陣列成員（分區(qū)/磁盤）的數(shù)量
-s或--scan	掃描配置文件或/proc/mdstat得到陣列缺失信息	-x或--spare-devicds=	指定陣列中備用盤的數(shù)量
-f	將設(shè)備狀態(tài)定為故障	-c或--chunk=	設(shè)定陣列的塊chunk大小 ，單位為KB
-a或--add	添加設(shè)備到陣列	-G或--grow	改變陣型大小或形態(tài)
-v    --verbose	顯示詳細(xì)信息	-S	停止陣列

       Chunk（塊）: raid存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)段的大小。 4K，64K

 3.3 實(shí)戰(zhàn)：RAID0

環(huán)境：添加兩個(gè)硬盤

環(huán)境：添加兩個(gè)sdb硬盤

添加兩個(gè)分區(qū)：sdb6 sdb7

3.3.1創(chuàng)建raid0

[root@xuegod72 ~]# rpm -qf `whichmdadm`

mdadm-3.3.2-7.el7.x86_64

[root@xuegod72 ~]# mdadm -C -v/dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb6 /dev/sdb7

mdadm: chunk size defaults to 512K

mdadm: Defaulting to version 1.2metadata

mdadm: array /dev/md0 started.

3.3.2 查看陣列信息

[root@xuegod72 ~]# mdadm -D

mdadm: No devices given.

[root@xuegod72 ~]# mdadm -Ds

ARRAY /dev/md0 metadata=1.2name=xuegod72:0 UUID=551f2150:ccb1c188:7fcf3cc0:1c9144d3

[root@xuegod72 ~]# mdadm -D /dev/md0

/dev/md0:

       Version : 1.2

 Creation Time : Mon Oct 24 22:12:25 2016

    Raid Level : raid0

    Array Size : 2095104 (2046.34 MiB 2145.39 MB)

  Raid Devices : 2

 Total Devices : 2

   Persistence : Superblock is persistent

 

   Update Time : Mon Oct 24 22:12:25 2016

         State : clean

 Active Devices : 2

Working Devices : 2

 Failed Devices : 0

  Spare Devices : 0

 

    Chunk Size : 512K

 

           Name : xuegod72:0  (local to host xuegod72)

           UUID :551f2150:ccb1c188:7fcf3cc0:1c9144d3

        Events : 0

 

   Number   Major   Minor  RaidDevice State

       0      8       22        0     active sync   /dev/sdb6

       1      8       23        1     active sync   /dev/sdb7

chunk值:  條帶大小  它分有很多“塊”（Chunk），如果塊尺寸(Chunksize)設(shè)置過小就一定會(huì)增加占用的塊數(shù)

我們也可以把這個(gè)配置信息保存起來

[root@xuegod72 ~]# mdadm -Ds

ARRAY /dev/md0 metadata=1.2name=xuegod72:0 UUID=551f2150:ccb1c188:7fcf3cc0:1c9144d3

[root@xuegod72 ~]# mdadm -Ds >/etc/mdadm.conf

[root@xuegod72 ~]# cat !$

cat /etc/mdadm.conf

ARRAY /dev/md0 metadata=1.2name=xuegod72:0 UUID=551f2150:ccb1c188:7fcf3cc0:1c9144d3

3.3.3 對(duì)創(chuàng)建的RAID0創(chuàng)建分區(qū)

分區(qū)時(shí)，我們給它所有空間

[root@xuegod72 ~]# fdisk /dev/md0

Welcome to fdisk (util-linux 2.23.2).

 

Changes will remain in memory only,until you decide to write them.

Be careful before using the writecommand.

 

Device does not contain a recognizedpartition table

Building a new DOS disklabel with diskidentifier 0x6c8bd2c5.

 

Command (m for help): n

Partition type:

  p   primary (0 primary, 0extended, 4 free)

  e   extended

Select (default p):

Using default response p

Partition number (1-4, default 1):

First sector (2048-4190207, default2048):

Using default value 2048

Last sector, +sectors or +size{K,M,G}(2048-4190207, default 4190207):

Using default value 4190207

Partition 1 of type Linux and of size 2GiB is set

 

Command (m for help): w

The partition table has been altered!

 

Calling ioctl() to re-read partitiontable.

Syncing disks.

[root@xuegod72 ~]# ls /dev/md*

/dev/md0  /dev/md0p1

3.3.4 格式化分區(qū)并掛載

[root@xuegod72 ~]# mkfs.xfs /dev/md0p1

meta-data=/dev/md0p1             isize=256    agcount=8, agsize=65408 blks

        =                      sectsz=512   attr=2, projid32bit=1

        =                       crc=0        finobt=0

data    =                      bsize=4096   blocks=523264,imaxpct=25

        =                       sunit=128    swidth=256 blks

naming  =version 2             bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=0

log     =internal log          bsize=4096   blocks=2560,version=2

        =                      sectsz=512   sunit=8 blks,lazy-count=1

realtime =none                   extsz=4096  blocks=0, rtextents=0

[root@xuegod72 ~]# mkdir /raid0

[root@xuegod72 ~]# mount /dev/md0p1/raid0/

[root@xuegod72 ~]# df -h|tail -1

/dev/md0p1      2.0G  33M  2.0G   2% /raid0

3.3.5 開機(jī)自動(dòng)掛載

[root@xuegod72 ~]# umount /raid0/

[root@xuegod72 ~]# mount -a

mount: mount point /radi0 does notexist

[root@xuegod72 ~]# vi /etc/fstab

[root@xuegod72 ~]# mount -a

[root@xuegod72 ~]# df

Filesystem     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on

/dev/sda3      206234228 3024100 203210128   2% /

devtmpfs          477820       0   477820   0% /dev

tmpfs             492364      84   492280   1% /dev/shm

tmpfs             492364    7152   485212   2% /run

tmpfs             492364       0   492364   0% /sys/fs/cgroup

/dev/sr0         3947824 3947824         0 100% /media

/dev/sda1         303788 130864    172924  44% /boot

tmpfs              98476      16    98460   1% /run/user/42

tmpfs              98476       0    98476   0% /run/user/0

/dev/md0p1       2082816  33056   2049760   2% /raid0

[root@xuegod72 ~]# tail -1 /etc/fstab

UUID="2c398f3c-462f-4106-a51e-7cadd8ef925b"/raid0 xfs defaults 0 0

新聞標(biāo)題：RAID磁盤陣列的原理與搭建
網(wǎng)頁鏈接：http://bm7419.com/article20/iehico.html

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