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RAID磁盘阵列的原理与搭建

       RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）可以提供较普通磁盘更高的速度、安全性，所以服务器在安装时都会选择创建RAID。

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       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、raid10和raid5。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。

1.1 RAID几种常见的分类

       RAID技术经过不断的发展，现在已拥有从RAID0到6七种基本的RAID 级别

RAID  0

数据条带化，无校验

RAID  1

数据镜像，无校验

RAID  2

海明码错误校验及校正

RAID  3

数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘

RAID  4

单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘

RAID  5

数据条带化，校验信息分布式存放

RAID  6

数据条带化，分布式校验并提供两级冗余

另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID 10（RAID 0与RAID1的组合），RAID 50（RAID0与RAID5的组合）等。

注意：不同RAID 级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本

RAID01(  0+1)

先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像

RAID  10(1+0)

类似于RAID 0+1，区别在于先做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出现的原因

2.1 RAID-0

条带（strping）

需磁盘数量:2块以上(大小最好相同)

是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要2块以上的硬盘即可.

特点:

成本低，可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。
RAID 0没有提供冗余或错误修复能力，速度快.

任何一个磁盘的损坏将损坏全部数据；磁盘利用率为100%。

RAID磁盘阵列的原理与搭建

RAID磁盘阵列的原理与搭建

2.2 RAID-1

mirroring（镜像卷）

需要磁盘两块以上   2块   or  3块

原理:是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（镜像卷），至少需要两块硬盘，raid大小等于两个raid分区中最小的容量（最好将分区大小分为一样），数据有冗余，在存储时同时写入两块硬盘，实现了数据备份；

磁盘利用率为50%，即2块100G的磁盘构成RAID1只能提供100G的可用空间。如下图

RAID磁盘阵列的原理与搭建

RAID磁盘阵列的原理与搭建

RAID磁盘阵列的原理与搭建

2.3 RAID-5

需要三块或以上硬盘，可以提供热备盘实现故障的恢复；只损坏一块，没有问题。但如果同时损坏两块磁盘，则数据将都会损坏。空间利用率： (n-1)/n  2/3  如下图所示

RAID磁盘阵列的原理与搭建

奇偶校验信息的作用:

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。

扩展异或运算:

是用相对简单的异或逻辑运算（相同为0，相异为1）

A值

B值

Xor结果

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

2.4 RAID10

镜像+条带

       RAID10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0。RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别。

       RAID1+0的特点使其特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

先创建raid1，再使用创建的raid1设备创建raid0

RAID磁盘阵列的原理与搭建

2.5 RAID的比较

RAID磁盘阵列的原理与搭建

2.5 RAID的选择

RAID磁盘阵列的原理与搭建

2.6 RAID硬盘失效处理

一般两种处理方法：热备和热插拔

热备：HotSpare

  • 定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性

  • 全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享

  • 专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

热插拔：HotSwap

  • 定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的硬盘物理替换RAID系统中失效硬盘

  • 关键在于热插拔时电子器件的保护机制

如下图所示：是一个全局热备的示例，该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个失效硬盘

RAID磁盘阵列的原理与搭建

第3章 RAID卡

       RAID卡一般分为硬RAID卡和软RAID卡两种，通过用硬件来实现RAID功能的就是硬RAID，独立的RAID卡，主板集成的RAID芯片都是硬RAID。通过软件并使用CPU的RAID卡是指使用CPU来完成RAID的常用计算，软件RAID占用CPU资源较高，绝大部分服务器设备是硬件RAID。


3.2 软RAID

管理软raid工具：mdadm

mdadm是linux下用于创建和管理软件RAID的命令，是一个模式化命令。

常见参数解释：

-C或--creat

建立一个新阵列

-r

移除设备

-A

激活磁盘阵列

-l或--level=0 1  4 5 6

设定磁盘阵列的级别

D或--detail

-打印阵列设备的详细信息

-n或--raid-devices=

指定阵列成员（分区/磁盘）的数量

-s或--scan

扫描配置文件或/proc/mdstat得到阵列缺失信息

-x或--spare-devicds=

指定阵列中备用盘的数量

-f

将设备状态定为故障

-c或--chunk=

设定阵列的块chunk大小 ，单位为KB

-a或--add

添加设备到阵列

-G或--grow

改变阵型大小或形态

-v    --verbose

显示详细信息

-S

停止阵列

       Chunk（块）: raid存储数据时每个数据段的大小。 4K，64K

 3.3 实战：RAID0

环境：添加两个硬盘

环境：添加两个sdb硬盘

添加两个分区：sdb6 sdb7

RAID磁盘阵列的原理与搭建

3.3.1创建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 查看阵列信息

[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:  条带大小  它分有很多“块”（Chunk），如果块尺寸(Chunksize)设置过小就一定会增加占用的块数

我们也可以把这个配置信息保存起来

[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 对创建的RAID0创建分区

分区时，我们给它所有空间

[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 格式化分区并挂载

[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 开机自动挂载

[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

RAID磁盘阵列的原理与搭建


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