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前言
- RAID（Redundant Array of Independent Disks），全称是独立冗余磁盘阵列
- 简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术
- 在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等
- 组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels），RAID级别也就是RAID技术的几种不同等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比
- 根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求
一、RAID硬盘阵列详解
- 把多块独立的物理硬盘按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术
- RAID分为不同的等级，不同等级的RAID均在数据可靠性及读写性能上做了不同的权衡
- 常用的RAID级别有以下几种：
- RAID 0
- RAID 1
- RAID 5
- RAID 6
- RAID 1+0 等
1.RAID 0 磁盘阵列介绍
- RAID 0(条带化存储）
- RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据传输率，但它没有数据冗余
- RAID 0只是单纯地提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据N块硬盘并行组合
- RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合
2.RAID 1 磁盘阵列介绍
- RAID 1 (镜像存储)
- 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
- 当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中 读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能
- RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。当 一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据
3.RAID 5 磁盘阵列介绍
- N（N>=3）块盘组成阵列，一份数据产生N-1个条带，同时还有1份校验数据，共N份数据在N块盘上循环均衡存储
- N块盘同时读写，读性能很高，但由于有校验机制的问题，写性能相对不高
- （N-1）/N磁盘利用率
- 可靠性高，允许坏1块盘，不影响所有数据
4.RAID 6 磁盘阵列介绍
- N（N>=4）块盘组成阵列，（N-2）/N磁盘利用率
- 与RAID 5相比，RAID 6增加了 第二个独立的奇偶校验信息块
- 两个独立的奇偶系统使用不同的算法，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用
- 相对于RAID 5有更大的"写损 ，因此写性能较差
5.RAID对比表
| RAID级别 | 硬盘数量 | 磁盘利用率 | 是否有校验 | 保护能力 | 写性能 |
|---|---|---|---|---|---|
| RAID0 | N | N | 无 | 无 | 单个硬盘的N倍 |
| RAID1 | N（偶数） | N/2 | 无 | 允许一个设备故障 | 需写两对存储设备，互为准备 |
| RAID5 | N>3 | （N-1）/N | 有 | 允许一个设备故障 | 需写计算校验 |
| RAID6 | N>4 | (N-2)/N | 有 | 允许两个设备故障 | 需双重写计算校验 |
| RAID1+0 | N>=4(偶数) | N/2 | 无 | 允许两个基组中各坏一个 | N/2块盘同时写入 |
6.RAID 1+0 磁盘列阵介绍
- RAID 1+0（先做镜像，再做条带）
- N（偶数，N>=4）块盘两两镜像后，再组合成一个RAID 0
- N/2磁盘利用率
- N/2块盘同时写入，N块盘同时读取
- 性能高，可靠性高
二、阵列卡介绍
1.阵列卡介绍
- 阵列卡是用来实现RAID功能的板卡
- 通常是由I/O处理器、硬盘控制器、硬盘连接器和缓存等一系列组件构成的
- 不同的RAID卡支持的RAID功能不同 ：
例如支持RAID0、RAID1、RAID5、RAID10等 - RAID卡的接口类型：
IDE接口、SCSI接口、SATA接口和SAS接口
2.阵列卡的缓存
- 缓存（Cache）是RAID卡与外部总线交换数据的场所，RAID卡先将数据传送到缓存，再由缓存和外边数据总线交换数据
- 缓存的大小与速度是直接关系到RAID卡的实际传输速度 的重要因素
- 不同的RAID卡出厂时配备的内存容量不同，一般为几兆 到数百兆容量不等
三、创建软RAID5阵列步骤
1.虚拟机添加硬盘
添加之前不要忘了虚拟机要处于关闭状态
查看磁盘分区情况核实硬盘是否创建成功
[root@localhost ~]# fdisk -l
磁盘 /dev/sda：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x0009ac95
设备 Boot Start End Blocks Id System
/dev/sda1 * 2048 12584959 6291456 83 Linux
/dev/sda2 12584960 54527999 20971520 83 Linux
/dev/sda3 54528000 62916607 4194304 82 Linux swap / Solaris
/dev/sda4 62916608 83886079 10484736 5 Extended
/dev/sda5 62918656 83886079 10483712 83 Linux
磁盘 /dev/sdb：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘 /dev/sdc：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘 /dev/sdd：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘 /dev/sde：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
2.检查是否已安装mdadm软件包
[root@localhost ~]# rpm -q mdadm
mdadm-4.0-5.el7.x86_64
3.创建分区，以同样的方法创建另外三个
分区ID号改为“fd”
[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb
欢迎使用 fdisk (util-linux 2.23.2)。
更改将停留在内存中，直到您决定将更改写入磁盘。
使用写入命令前请三思。
Device does not contain a recognized partition table
使用磁盘标识符 0x7f2f5d10 创建新的 DOS 磁盘标签。
命令(输入 m 获取帮助)：n
Partition type:
p primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): p
分区号 (1-4，默认 1)：
起始 扇区 (2048-83886079，默认为 2048)：
将使用默认值 2048
Last 扇区, +扇区 or +size{K,M,G} (2048-83886079，默认为 83886079)：
将使用默认值 83886079
分区 1 已设置为 Linux 类型，大小设为 40 GiB
命令(输入 m 获取帮助)：t
已选择分区 1
Hex 代码(输入 L 列出所有代码)：fd
已将分区“Linux”的类型更改为“Linux raid autodetect”
命令(输入 m 获取帮助)：p
磁盘 /dev/sdb：42.9 GB, 42949672960 字节，83886080 个扇区
Units = 扇区 of 1 * 512 = 512 bytes
扇区大小(逻辑/物理)：512 字节 / 512 字节
I/O 大小(最小/最佳)：512 字节 / 512 字节
磁盘标签类型：dos
磁盘标识符：0x7f2f5d10
设备 Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 2048 83886079 41942016 fd Linux raid autodetect
命令(输入 m 获取帮助)：w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
正在同步磁盘。
4.创建RAID设备
[root@localhost ~]# mdadm -Cv /dev/md5 -l5 -n3 /dev/sd[b-d]1 -x1 /dev/sde1
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 41909248K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md5 started.
- -C：表示新建
- -v：显示创建过程的详细信息
- /dev/md5：创建RAID5的名称
- -a yes：–auto，表示如果有什么设备文件没有存在的话就自动创建，可省略
- -l：指定RAID的级别，l5表示创建RAID5
- -n：指定使用几块硬盘创建RAID，n3表示使用3块硬盘创建RAID
- /dev/sd[b-d]1:指定使用这四块磁盘分区去创建RAID
- -x:指定使用极快硬盘做RAID的热备用盘，x1表示保留一块空闲的硬盘作备用
- /dev/sde1：指定用作于备用的硬盘
5.查看创建RAID进度
-
这里可以看到当前完成百分比（37.5%）、完成需等待的时间和传输速度
-
[UUU]为完成，之后还可以多次输入此命令查看当前完成进度
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdd1[4] sde1[3](S) sdc1[1] sdb1[0]
83818496 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_]
[=======>.............] recovery = 37.5% (15727256/41909248) finish=2.1min speed=203812K/sec
unused devices: <none>
[root@localhost ~]#
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdd1[4] sde1[3](S) sdc1[1] sdb1[0]
83818496 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_]
[=============>.......] recovery = 68.2% (28595200/41909248) finish=1.0min speed=207154K/sec
unused devices: <none>
- 还可以以下这个命令查看创建RAID进度
- 这里可以看到，三个为active，另外一个是spare备用
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md5
/dev/md5:
Version : 1.2
Creation Time : Wed Nov 25 16:24:23 2020
Raid Level : raid5
Array Size : 83818496 (79.94 GiB 85.83 GB)
Used Dev Size : 41909248 (39.97 GiB 42.92 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Wed Nov 25 16:27:54 2020
State : clean
Active Devices : 3
Working Devices : 4
Failed Devices : 0
Spare Devices : 1
Layout : left-symmetric
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : resync
Name : localhost.localdomain:5 (local to host localhost.localdomain)
UUID : e46bf95b:84550d7a:6fd09dc9:66ba9f9f
Events : 18
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 17 0 active sync /dev/sdb1
1 8 33 1 active sync /dev/sdc1
4 8 49 2 active sync /dev/sdd1
3 8 65 - spare /dev/sde1
6.实现故障恢复
- 模拟/dev/sdc1 故障
[root@localhost ~]# mdadm /dev/md5 -f /dev/sdc1
mdadm: set /dev/sdc1 faulty in /dev/md5
- 再查看，会发现sdc处于故障状态
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdd1[4] sde1[3] sdc1[1](F) sdb1[0]
83818496 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [U_U]
[==>..................] recovery = 14.3% (6008320/41909248) finish=2.9min speed=200277K/sec
unused devices: <none>
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md5
/dev/md5:
Version : 1.2
Creation Time : Wed Nov 25 16:24:23 2020
Raid Level : raid5
Array Size : 83818496 (79.94 GiB 85.83 GB)
Used Dev Size : 41909248 (39.97 GiB 42.92 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Wed Nov 25 16:34:28 2020
State : clean, degraded, recovering
Active Devices : 2
Working Devices : 3
Failed Devices : 1
Spare Devices : 1
Layout : left-symmetric
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : resync
Rebuild Status : 32% complete
Name : localhost.localdomain:5 (local to host localhost.localdomain)
UUID : e46bf95b:84550d7a:6fd09dc9:66ba9f9f
Events : 25
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 17 0 active sync /dev/sdb1
3 8 65 1 spare rebuilding /dev/sde1
4 8 49 2 active sync /dev/sdd1
1 8 33 - faulty /dev/sdc1
- 查看发现sde1已顶替sdc1
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md5
/dev/md5:
Version : 1.2
Creation Time : Wed Nov 25 16:24:23 2020
Raid Level : raid5
Array Size : 83818496 (79.94 GiB 85.83 GB)
Used Dev Size : 41909248 (39.97 GiB 42.92 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Wed Nov 25 16:36:55 2020
State : clean
Active Devices : 3
Working Devices : 3
Failed Devices : 1
Spare Devices : 0
Layout : left-symmetric
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : resync
Name : localhost.localdomain:5 (local to host localhost.localdomain)
UUID : e46bf95b:84550d7a:6fd09dc9:66ba9f9f
Events : 37
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 17 0 active sync /dev/sdb1
3 8 65 1 active sync /dev/sde1
4 8 49 2 active sync /dev/sdd1
1 8 33 - faulty /dev/sdc1
7.创建并挂载文件
最后在根目录下创建一个md5 的目录，然后将RAID进行格式化
[root@localhost ~]# cd ..
[root@localhost ~]# mkdir /md5
[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/md5
[root@localhost ~]# cd /md5
[root@localhost ~]# touche md5.txt
[root@localhost md5]# ls
md5.txt
最后查询一下，这里可以看到是80G，而不是120G，前面我们学习过，RAID5的利用率只有3/4
[root@localhost md5]# df -hT
文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/sda2 xfs 20G 4.3G 16G 22% /
devtmpfs devtmpfs 898M 0 898M 0% /dev
tmpfs tmpfs 912M 0 912M 0% /dev/shm
tmpfs tmpfs 912M 9.1M 903M 1% /run
tmpfs tmpfs 912M 0 912M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda5 xfs 10G 37M 10G 1% /home
/dev/sda1 xfs 6.0G 174M 5.9G 3% /boot
tmpfs tmpfs 183M 4.0K 183M 1% /run/user/42
tmpfs tmpfs 183M 28K 183M 1% /run/user/0
/dev/sr0 iso9660 4.3G 4.3G 0 100% /run/media/root/CentOS 7 x86_64
/dev/md5 xfs 80G 33M 80G 1% /md5