raid设备

raid

一、raid概念

独立硬盘冗余阵列（RAID, Redundant Array of Independent Disks），旧称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），简称磁盘阵列。其基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘。根据选择的版本不同，RAID比单颗硬盘有以下一个或多个方面的好处：增强数据集成度，增强容错功能，增加处理量或容量。另外，磁盘阵列对于计算机来说，看起来就像一个单独的硬盘或逻辑存储单元。分为RAID-0，RAID-1，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID-01，RAID-10，RAID-50，RAID-60。

其中，RAID0、RAID1、RAID5、RAID10和RAID01是五种最常见的方案。

二、raid的几种常用方案

2.1 raid0

RAID 0亦称为条带卷(striping)。它将两个以上的磁盘并联起来，成为一个大容量的磁盘。在存放数据时，分段后分散存储在这些磁盘中，因为读写时都可以并行处理，所以在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0既没有冗余功能，也不具备容错能力，如果一个磁盘（物理）损坏，所有数据都会丢失。

如图所示：

2.2 raid1

RAID0技术虽然提高了存储设备的IO读写速度，但RAID0中数据是被分开存放的，也就是说其中任何一块硬盘出现问题都会破坏数据完整性。因此追求数据安全性的时候就不应该使用RAID0，而是使用RAID1。

raid1 是将两组以上的N个磁盘相互作镜像，在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度，理论上读取速度等于硬盘数量的倍数，与RAID 0相同。另外写入速度有微小的降低。只要一个磁盘正常即可维持运作，可靠性最高。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。

但是raid1方案的磁盘利用率理论上只有50%，是所有raid方案中磁盘利用率最低的一个。

如图所示

2.3 raid5

RAID 5是一种储存性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。

RAID 5至少需要三个硬盘，RAID 5不是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，可以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。

2.4 raid 6

与RAID 5相比，RAID 6增加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，数据的可靠性非常高，任意两块磁盘同时失效时不会影响数据完整性。

2.5 raid 10

RAID10是对RAID1+RAID0的一个"组合体"。

RAID10的最大好处就是对数据价值进行了保障。

如图所示，raid10是先对磁盘进行raid1分组，形成镜像，保障数据安全，再对已经分好组的raid1 进行raid0方案的组合，提升磁盘读写性能

2.6 raid 01

raid01与raid10相反，是将磁盘先进行raid0的方案组合，再进行raid1组合。

如果RAID0组中的一块磁盘坏了，对于这一个RAID0组来说，它已经失效了，并不是还可以从该组中的另一块磁盘中读取一半数据。

也就是说，RAID01只要坏了一块盘后，该RAID0组就失效，IO的压力就只在另一个RAID0组上，这很容易导致这一个raid0组也损坏磁盘，只要这时再坏一块盘，所有数据就丢失了。

所以RAID01基本无人使用，太不安全。

2.7 raid 50

多块磁盘先实现RAID5,再组合成RAID0

由于RAID 50是以RAID 5为基础，而RAID 5至少需要3颗硬盘，因此要以多组RAID 5构成RAID 50，至少需要6颗硬盘。

补充链接raid数据安全

三、软件raid的实现

RAID设备可命名为/dev/md0、/dev/md1、/dev/md2、/dev/md3等

3.1 mdadm命令

mdadm - manage MD devices aka Linux Software RAID

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

【创建模式】
-C：创建(create a new array)
-l：指定raid级别(Set RAID level,0,1,5,10)
-c：指定chunk大小(Specify chunk size of kibibytes，default 512KB)
-a：检测设备名称(--auto=yes)，yes表示自动创建设备文件/dev/mdN
-n：指定设备数量(--raid-devices:Specify the number of active devices in the array)
-x：指定备用设备数量(--spare-devices:Specify the number of spare (eXtra) devices in the initial array)
-v：显示过程
-f：强制行为
-r：移除设备(remove listed devices)
-S：停止阵列(--stop:deactivate array, releasing all resources)
-A：装配阵列，将停止状态的阵列重新启动起来

【监控模式】
-Q：查看摘要信息(query)
-D：查看详细信息(Print details of one or more md devices)
    mdadm -D --scan >/etc/mdadm.conf，以后可以直接mdadm -A进行装配这些阵列

【管理模式】
mdadm --manage /dev/md[0-9] [--add 设备名] [--remove 设备名] [--fail 设备名]
--manage ：mdadm使用manage模式，此模式下可以做--add/--remove/--fail/--replace动作
-add     ：将后面列出的设备加入到这个md
--remove ：将后面列出的设备从md中移除，相当于硬件raid的拔出动作
--fail   ：将后面列出的设备设定为错误状态，即人为损坏，损坏后该设备放在raid中已经是无意义状态的

3.2 实现raid10

3.2.1 创建分区

首先需在虚拟机中创建4块磁盘设备，如果是以分区做实验，在用fdisk分区时注意要将分区表示符改为raid。

fdisk /dev/sdb    # 在sdb这块磁盘上划分2G分区实验raid
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 write command.


Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): 
Using default response p
Partition number (1-4, default 1): 
First sector (2048-41943039, default 2048): 
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-41943039, default 41943039): +2G
Partition 1 of type Linux and of size 2 GiB is set

Command (m for help): t
Selected partition 1
Hex code (type L to list all codes): fd
Changed type of partition 'Linux' to 'Linux raid autodetect'

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x1d3bcd2a

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1            2048     4196351     2097152   fd  Linux raid autodetect

Command (m for help): w
The partition table has been altered!

Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.


# 同理，sdc、sdd、sde也同样操作，因为我们前边学过文件系统和mbr分区，所以我们直接利用dd命令将sdb磁盘上的前512字节直接复制进入其他三块磁盘的头部即可。
dd if=/dev/sdb  of=/dev/sdc bs=1 count=512
dd if=/dev/sdb  of=/dev/sdd bs=1 count=512
dd if=/dev/sdb  of=/dev/sde bs=1 count=512
# 这样一共四块磁盘，每块磁盘都划出2G的分区。


lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0  200G  0 disk 
├─sda1   8:1    0    1G  0 part /boot
├─sda2   8:2    0   50G  0 part /
├─sda3   8:3    0   30G  0 part /data
├─sda4   8:4    0    1K  0 part 
└─sda5   8:5    0    4G  0 part [SWAP]
sdb      8:16   0   20G  0 disk 
└─sdb1   8:17   0    2G  0 part 
sdc      8:32   0   40G  0 disk 
└─sdc1   8:33   0    2G  0 part 
sdd      8:48   0   60G  0 disk 
└─sdd1   8:49   0    2G  0 part 
sde      8:64   0   80G  0 disk 
└─sde1   8:65   0    2G  0 part 
sr0     11:0    1  8.8G  0 rom  /run/media/root/CentOS 7 x86_64

3.2.2 使用mdadm创建raid10

mdadm  -C  /dev/md0  -n 4  -l 10  -a yes  /dev/sd{b,c,d,e}1    # -C 表示创建md0的raid阵列卡；-n 4 表示由四块磁盘组成；-l 10表示组成raid10方案；-a yes 表示自动创建设备文件；最后再加上4块设备。


mdadm -C /dev/md0 -n 4 -l 10 -a yes /dev/sd{b,c,d,e}1
mdadm: /dev/sdb1 appears to contain an ext2fs file system
       size=10485760K  mtime=Tue Dec 18 17:17:11 2018
mdadm: /dev/sdc1 appears to contain an ext2fs file system
       size=5242880K  mtime=Thu Jan  1 08:00:00 1970
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.   
# /dev/md0 raid10创建完成

查看/dev/md0 的信息：

mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Wed Dec 19 16:26:49 2018
        Raid Level : raid10
        Array Size : 4188160 (3.99 GiB 4.29 GB)   # 总空间
     Used Dev Size : 2094080 (2045.00 MiB 2144.34 MB)  # 可用空间
      Raid Devices : 4   
     Total Devices : 4   
       Persistence : Superblock is persistent 

       Update Time : Wed Dec 19 16:27:09 2018
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K   # chunk可理解为block，大小可以通过-c选项设置

Consistency Policy : resync

              Name : CentOS7.songtai:0  (local to host CentOS7.songtai)
              UUID : d73acb7a:969432a5:eb51cbdc:af034d4c
            Events : 17

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync set-A   /dev/sdb1
       1       8       33        1      active sync set-B   /dev/sdc1
       2       8       49        2      active sync set-A   /dev/sdd1
       3       8       65        3      active sync set-B   /dev/sde1


cat /proc/mdstat    # raid10 创建好后，存储于内存中的md信息
Personalities : [raid10] 
md0 : active raid10 sde1[3] sdd1[2] sdc1[1] sdb1[0]
      4188160 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/4] [UUUU]
      
unused devices: <none>

再通过lsblk -f 和 blkid查看设备号

3.2.3 给md0创建文件系统

mke2fs -t ext4 /dev/md0

3.2.4 挂载md0

mount /dev/md0  /data/md0mnt/`

df -hT
Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2      xfs        50G  4.0G   47G   8% /
/dev/sda1      xfs      1014M  219M  796M  22% /boot
/dev/sda3      xfs        30G   64M   30G   1% /data
/dev/md0       ext4      3.9G   16M  3.7G   1% /data/md0mnt   

# 如果要开机自动挂载md0，修改/etc/fstab 文件

四、练习

1：创建一个可用空间为1G的RAID1设备，文件系统为ext4，有一个空闲盘，开机可自动挂载至/backup目录
2：创建由三块硬盘组成的可用空间为2G的RAID5设备，要求其chunk大小为256k，文件系统为ext4，开机可自动挂载至/mydata目录