RAID磁盘阵列的原理与搭建

约定不等于承诺〃 2022-04-24 03:06 238阅读 0赞

# 1、RAID的概念 #

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。 磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，以硬件（RAID 卡）或软件（MDADM）形式组合成一个容量巨大的磁盘组，利用多个磁盘组合在一起，提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。 磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中  
注：RAID 可以预防数据丢失，但是它并不能完全保证你的数据不会丢失，所以大家使用 RAID 的同时还是注意备份重要的数据  
RAID 的创建有两种方式：软 RAID（通过操作系统软件来实现）和硬 RAID（使用硬件阵列卡）；在企业中用的最多的是：raid1、raid5 和 raid10。不过随着云的高速发展，供应商一般可以把硬件问题解决掉。

# 2、RAID常见的的类型 #

![在这里插入图片描述][20190414162635913.png]

# 3、RAID 0 详解 #

RAID 0可以把多块硬盘连成一个容量更大的硬盘群，可以提高磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有冗余或错误修复能力，成本低，要求至少两个磁盘，一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被使用。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**RAID 0的工作方式：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
　　如图所示:系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘(RADI 0 磁盘组)发出的I/O数据请求被转化为3项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。我们从图中可以清楚的看到通过建立RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。  
　　从理论上讲，三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置疑。  
　　RAID 0的缺点是不提供数据冗余，因此一旦用户数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。  
RAID 0具有的特点，使其特别适用于对性能要求较高，而对数据安全不太在乎的领域，如图形工作站等。对于个人用户，RAID 0也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。

# 4、RAID 1详解 #

RAID 1称为磁盘镜像：把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，具有很高的数据冗余能力，但磁盘利用率为50%，故成本最高，多用在保存关键性的重要数据的场合。RAID 1的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。  
RAID 1有以下特点：  
（1）、RAID 1的每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘，任何时候数据都同步镜像，系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。  
（2）、磁盘所能使用的空间只有磁盘容量总和的一半，系统成本高。  
（3）、只要系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可以使用，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统都可以正常运行。  
（4）、出现硬盘故障的RAID系统不再可靠，应当及时的更换损坏的硬盘，否则剩余的镜像盘也出现问题，那么整个系统就会崩溃。  
（5）、更换新盘后原有数据会需要很长时间同步镜像，外界对数据的访问不会受到影响，只是这时整个系统的性能有所下降。  
（6）、RAID 1磁盘控制器的负载相当大，用多个磁盘控制器可以提高数据的安全性和可用性。  
RAID 1的工作方式：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
如图所示：当读取数据时，系统先从RAID1的源盘读取数据，如果读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据；如果读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。当然，我们应当及时地更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立Mirror，避免备份盘在发生损坏时，造成不可挽回的数据损失。  
raid 1的优缺点  
由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有RAID级别中，RAID 1提供最高的数据安全保障。同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而Mirror（镜像）的磁盘空间利用率低，存储成本高。Mirror虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。

# 5、RAID 5详解 #

可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案，但没有完全使用RAID 1镜像理念，而是使用了“奇偶校验信息”来作为数据恢复的方式，与下面的RAID10不同  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
RAID 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。 以四个硬盘组成的RAID 5为例，其数据存储方式如图所示：图中，Ap为A1，A2和A3的奇偶校验信息，其它以此类推。由图中可以看出，RAID 5不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。  
RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低。

# 6、RAID 10详解 #

RAID10也被称为镜象阵列条带。象RAID0一样，数据跨磁盘抽取；象RAID1一样，每个磁盘都有一个镜象磁盘, 所以RAID 10的另一种会说法是 RAID 0+1。RAID10提供100%的数据冗余，支持更大的卷尺寸，但价格也相对较高。对大多数只要求具有冗余度而不必考虑价格的应用来说，RAID10提供最好的性能。使用RAID10，可以获得更好的可靠性，因为即使两个物理驱动器发生故障（每个阵列中一个），数据仍然可以得到保护。RAID10需要4 + 2\*N 个磁盘驱动器（N >=0)， 而且只能使用其中一半(或更小, 如果磁盘大小不一)的磁盘用量, 例如 4 个 250G 的硬盘使用RAID10 阵列， 实际容量是 500G。

总结：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# 7、RAID-0-1-5-10搭建及使用 #

互动：我们做硬件 RAID，是在装系统前还是之后？  
答：先做阵列才装系统 ，一般服务器启动时，有显示进入配置 Riad 的提示，比如：按下 CTRL+L/H/M 进入配置 raid 界面  
硬 RAID：需要 RAID 卡，我们的磁盘是接在 RAID 卡的，由它统一管理和控制。数据也由它来进行分配和维护；它有自己的 cpu，处理速度快  
操作视频链接：链接：[https://pan.baidu.com/s/1KSmpz\_PjSo\_BwORMDcCJJA][https_pan.baidu.com_s_1KSmpz_PjSo_BwORMDcCJJA] 提取码：mcao  
软 RAID：通过操作系统实现  
Linux 内核中有一个md(multiple devices)模块在底层管理 RAID 设备，它会在应用层给我们提供一个应用  
程序的工具 mdadm ，mdadm 是 linux 下用亍创建和管理软件 RAID 的命令。  
mdadm 命令常见参数解释：

实验：  
环境准备：  
先格式化多个分区，便于后面做RAID使用

> \[root@xuegod140 ~\]\# lsblk  
> NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT  
> sda 8:0 0 20G 0 disk  
> ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot  
> ├─sda2 8:2 0 10G 0 part /  
> └─sda3 8:3 0 4G 0 part \[SWAP\]  
> sdb 8:16 0 20G 0 disk  
> ├─sdb1 8:17 0 500M 0 part  
> ├─sdb2 8:18 0 500M 0 part  
> ├─sdb3 8:19 0 500M 0 part  
> ├─sdb4 8:20 0 500M 0 part  
> ├─sdb5 8:21 0 500M 0 part  
> ├─sdb6 8:22 0 500M 0 part  
> ├─sdb7 8:23 0 500M 0 part  
> ├─sdb8 8:24 0 500M 0 part  
> ├─sdb9 8:25 0 500M 0 part  
> └─sdb10 8:26 0 500M 0 part

**RAID 0实验演示：**  
创建RAID 0：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -C -v /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb1 /dev/sdb2  
> mdadm: chunk size defaults to 512K  
> mdadm: /dev/sdb1 appears to contain an ext2fs file system  
> size=307200K mtime=Sun Apr 14 00:14:42 2019  
> mdadm: /dev/sdb2 appears to contain an ext2fs file system  
> size=307200K mtime=Thu Jan 1 08:00:00 1970  
> Continue creating array?  
> Continue creating array? (y/n) y  
> mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata  
> mdadm: array /dev/md0 started.

查看RAID的状态：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md0  
> /dev/md0:  
> Version : 1.2  
> Creation Time : Sun Apr 14 15:35:22 2019  
> Raid Level : raid0 \#RAID的级别  
> Array Size : 1019904 (996.00 MiB 1044.38 MB)  
> Raid Devices : 2  
> Total Devices : 2  
> Persistence : Superblock is persistent  
> Update Time : Sun Apr 14 15:35:22 2019  
> State : clean \#空的，可使用  
> Active Devices : 2 \#活动的磁盘数  
> Working Devices : 2 \#工作的磁盘数  
> Failed Devices : 0 \#失败的磁盘数  
> Spare Devices : 0 \#空闲的磁盘数（热备盘）  
> Chunk Size : 512K  
> Consistency Policy : none  
> Name : xuegod140.localdomain:0 (local to host xuegod140.localdomain)  
> UUID : a3fc5909:8351e6ce:8c1b1172:3c503874  
> Events : 0  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 17 0 active sync /dev/sdb1  
> 1 8 18 1 active sync /dev/sdb2

测试：数据写入测试

> \[root@xuegod140 ~\]\# mkdir /md0  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mkfs.xfs /dev/md0  
> meta-data=/dev/md0 isize=512 agcount=8, agsize=31872 blks  
> = sectsz=512 attr=2, projid32bit=1  
> = crc=1 finobt=0, sparse=0  
> data = bsize=4096 blocks=254976, imaxpct=25  
> = sunit=128 swidth=256 blks  
> naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=1  
> log =internal log bsize=4096 blocks=624, version=2  
> = sectsz=512 sunit=8 blks, lazy-count=1  
> realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mount /dev/md0 /md0/  
> \[root@xuegod140 ~\]\# cd /md0/  
> \[root@xuegod140 md0\]\# touch a.txt  
> \[root@xuegod140 md0\]\# ls  
> a.txt

**RAID 1的演示：**  
创建RAID1

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -C -v /dev/md1 -l 1 -n 2 /dev/sdb3 /dev/sdb4  
> mdadm: Note: this array has metadata at the start and  
> may not be suitable as a boot device. If you plan to  
> store ‘/boot’ on this device please ensure that  
> your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use  
> –metadata=0.90  
> mdadm: size set to 510976K  
> Continue creating array? y  
> mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata  
> mdadm: array /dev/md1 started.

查看RADI1的状态：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md1  
> Raid Level : raid1  
> Raid Devices : 2  
> Total Devices : 2  
> Update Time : Sun Apr 14 15:57:54 2019  
> State : clean  
> Active Devices : 2  
> Working Devices : 2  
> Failed Devices : 0  
> Spare Devices : 0  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 19 0 active sync /dev/sdb3  
> 1 8 20 1 active sync /dev/sdb4

卸载一块盘，再次查看状态：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mkfs.xfs /dev/md1  
> meta-data=/dev/md1 isize=512 agcount=4, agsize=31936 blks  
> = sectsz=512 attr=2, projid32bit=1  
> = crc=1 finobt=0, sparse=0  
> data = bsize=4096 blocks=127744, imaxpct=25  
> = sunit=0 swidth=0 blks  
> naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=1  
> log =internal log bsize=4096 blocks=855, version=2  
> = sectsz=512 sunit=0 blks, lazy-count=1  
> realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mkdir /md1  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mount /dev/md1 /md1  
> \[root@xuegod140 ~\]\# cd /md1  
> \[root@xuegod140 md1\]\# cp /etc/passwd mima  
> \[root@xuegod140 md1\]\# cd  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm /dev/md1 -f /dev/sdb4  
> mdadm: set /dev/sdb4 faulty in /dev/md1  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md1  
> Update Time : Sun Apr 14 16:06:21 2019  
> State : clean, degraded \#raid的状态已经降级  
> Active Devices : 1  
> Working Devices : 1  
> Failed Devices : 1 \#一块失败的盘  
> Spare Devices : 0  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 19 0 active sync /dev/sdb3  
> \- 0 0 1 removed  
> 1 8 20 - faulty /dev/sdb4 \#失败盘

查看数据是否存在：

> \[root@xuegod140 ~\]\# ls /md1/  
> mima

新增加一个块，再次查看RADI的状态：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -a /dev/md1 /dev/sdb5  
> mdadm: added /dev/sdb5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md1  
> Update Time : Sun Apr 14 16:09:42 2019  
> State : clean \#状态正常  
> Active Devices : 2  
> Working Devices : 2  
> Failed Devices : 1  
> Spare Devices : 0  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 19 0 active sync /dev/sdb3  
> 2 8 21 1 active sync /dev/sdb5  
> 1 8 20 - faulty /dev/sdb4

移除故障的盘：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -r /dev/md1 /dev/sdb4  
> mdadm: hot removed /dev/sdb4 from /dev/md1

**RAID5的演示：**  
创建RAID5：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -C -v /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 -c 32 /dev/sdb\[6-9\]  
> mdadm: layout defaults to left-symmetric  
> mdadm: layout defaults to left-symmetric  
> mdadm: size set to 510976K  
> mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata  
> mdadm: array /dev/md5 started.

查看RAID5的状态：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md5  
> Raid Level : raid5  
> Raid Devices : 3  
> Total Devices : 4  
> State : clean  
> Active Devices : 3  
> Working Devices : 4  
> Failed Devices : 0  
> Spare Devices : 1  
> Chunk Size : 32K  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 22 0 active sync /dev/sdb6  
> 1 8 23 1 active sync /dev/sdb7  
> 4 8 24 2 active sync /dev/sdb8  
> 3 8 25 - spare /dev/sdb9

格式化、挂载，写入数据：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mkfs.xfs /dev/md5  
> meta-data=/dev/md5 isize=512 agcount=8, agsize=31928 blks  
> = sectsz=512 attr=2, projid32bit=1  
> = crc=1 finobt=0, sparse=0  
> data = bsize=4096 blocks=255424, imaxpct=25  
> = sunit=8 swidth=16 blks  
> naming =version 2 bsize=4096 ascii-ci=0 ftype=1  
> log =internal log bsize=4096 blocks=624, version=2  
> = sectsz=512 sunit=8 blks, lazy-count=1  
> realtime =none extsz=4096 blocks=0, rtextents=0  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mkdir /md5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mount /dev/md5 /md5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# cp /etc/passwd /md5/mima

卸载一块盘，查看热备盘是否会顶替：  
状态正常，热备盘顶替使用

> \[root@xuegod140 ~\]\# mkdir /md5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mount /dev/md5 /md5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# cp /etc/passwd /md5/mima  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm /dev/md5 -f /dev/sdb8  
> mdadm: set /dev/sdb8 faulty in /dev/md5  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md5  
> Raid Level : raid5  
> Raid Devices : 3  
> Total Devices : 4  
> State : clean  
> Active Devices : 3  
> Working Devices : 3  
> Failed Devices : 1  
> Spare Devices : 0  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 22 0 active sync /dev/sdb6  
> 1 8 23 1 active sync /dev/sdb7  
> 3 8 25 2 active sync /dev/sdb9  
> 4 8 24 - faulty /dev/sdb8

增加一块盘，到RAID5阵列中：

> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -a /dev/md5 /dev/sdb10  
> mdadm: added /dev/sdb10  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -G /dev/md5 -n 4 -c 32  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -D /dev/md5  
> Raid Level : raid5  
> Array Size : 1532928 (1497.00 MiB 1569.72 MB) \#空间容量变大  
> Used Dev Size : 510976 (499.00 MiB 523.24 MB)  
> Raid Devices : 4  
> Total Devices : 4  
> Number Major Minor RaidDevice State  
> 0 8 22 0 active sync /dev/sdb6  
> 1 8 23 1 active sync /dev/sdb7  
> 3 8 25 2 active sync /dev/sdb9  
> 5 8 26 3 active sync /dev/sdb10

**创建RAID10：**

> \[root@xuegod140 ~\]\# fdisk /dev/sdk \#分 4 个主分区，每个分区 1G 大小  
> \[root@xuegod140 ~\]\# mdadm -C -v /dev/md10 -l 10 -n 4 /dev/sdk\[1-4\]  
> \[root@xuegod140 ~\]\# cat /proc/mdstat

删除RAID的信息即注意事项：

> \[root@xuegod63 ~\]\# umount /dev/md0 /raid0 \#如果你已经挂载 raid，就先卸载。  
> \[root@xuegod63 ~\]\# mdadm -Ss \#停止 raid 设备  
> \[root@xuegod63 ~\]\# rm -rf /etc/mdadm.conf \#删除 raid 配置文件  
> \[root@xuegod63 ~\]\# mdadm --zero-superblock /dev/sdb \#清除物理磁盘中的 raid 标识  
> \[root@xuegod63 ~\]\# mdadm --zero-superblock /dev/sdc \#清除物理磁盘中的 raid 标识

参数：–zero-superblock : erase the MD superblock from a device. \#擦除设备中的 MD 超级块

[20190414162635913.png]: /images/20220220/12d60139ee534ff9a268ac6fe67fb0fe.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220220/e695f857388f4cf3a5b13c0a47c1b4c1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220220/f1d06cc5d5c7422ab94dc3ea2c18fd44.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220220/322e02c1279e422f90b2c1b7e77ee0e9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220220/9c76b0e9746f43c4bf2010e0fec1fa3d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220220/8e7e7eb54a2c4426a0585be57b295ca6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220220/9910db2728eb4baa93e6ea6844a3b392.png
[https_pan.baidu.com_s_1KSmpz_PjSo_BwORMDcCJJA]: https://pan.baidu.com/s/1KSmpz_PjSo_BwORMDcCJJA