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。

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%。

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

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

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

2.5 RAID的比较

2.5 RAID的选择

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

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