RAID 磁盘阵列

 目录：

一：磁盘阵列详解

　　1.1 RAID 磁盘阵列介绍

　　1.2 RAID 0

　　1.3 RAID 1

　　1.4 RAID 5

　　1.5 RAID 6

　　1.6 RAID 1+0

　　1.7 阵列卡介绍

　　1.8  raid 缓存

二： 创建软RAID 阵列

　　2.1 下载mdadm 软件包

　　2.2  分区并修改id标记

　　2.3 创建RAID 设备

　　2.4 格式化并挂载使用

　　2.5 测试

　　2.6 创建配置文件

　　2.7 mdadm的命令

 

一: 磁盘阵列详解

1.1 RAID磁盘阵列介绍

  • 是  Redundant  Array  of  Independent Disks的缩写,中文简称为独立冗余磁盘阵列
  • 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
  • 组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别(RAID Levels)

常用的RAID级别 :

RAIDO, RAID1, RAID5, RAID6 , RAID1+0等

 

1.2   RAID  0 

RAID 0 （条带化存储）
  •  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
  •  只是单纯地提高性能，而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据
  •  不能应用于数据安全性要求高的场合
 

N块硬盘并行组合成一个新的逻辑盘

 

1.3 RAID 1 

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，可以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，但是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

 

 N（偶数） 块硬盘组合成一组镜像， N/2 容量

 

1.4 RAID 5

RAID 5

  • 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分校验数据，共N份数据在N块盘上循环存储
  • N块盘同时读写，读性能很高，但是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

1.5 RAID 6

  • 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 第二块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“写损失” ，因此写性能相对较差

 

 

 1.6 RAID 1+0 

  • 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

 

 小结：各级别raid 对比

RID 级别
硬盘数量
硬盘利用率
是否有校验
安全性
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
需要写两对存储设备
RAID5
N>=3
(N-1)/N
有
允许有一个设备故障
需要写计算校验数据
RAID6
N>=4
(N-2)/N
有
允许有两个设备故障
需要写双重计算校验数据
RAID10
N>=4
N/2
无
允许两个基组中各坏一个
N/2 块盘同时写入

 

 1.7 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建构成
  • 不同的RAID 卡支持的RAID 功能不同
  • RAID 卡接口类型：IDE接口，SCSI 接口， SATA 接口 ，SAS 接口

 

1.8 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 卡先是将数据传送到缓存，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
阵列的写缓存是将数据写到Cache，当Cache 的数据积累到一定程度，阵列才把数据刷到磁盘，这样可以实现批量的写入，大幅提高写的速度。 Cache的大小对整个I/O性能的影响是非常大。但是， 一旦服务器断电，缓存数据就是丢失。因此，出现了一种可循环充电式电池被应用到阵列卡缓存单元上。平时使用主板供电，一旦服务器断电，自动使用电池供电。
 

 二：创建软RAID 磁盘阵列

步骤： 安装mdadm 软件包 --> 磁盘分区，修改ID为RAID 类型 ---> 创建磁盘阵列 ---> 格式化磁盘 ---->挂载----> 测试---> 创建配置文件

 

2.1 下载mdadm 软件包

使用 rpm -qa | grep mdadm ， 检查软甲包是否已经下载安装

如果没有下载，用 yum -y install mdadm 下载mdadm 软件包

 

 

2.2  分区并修改ID标记

使用fdisk工具将新磁盘设备/dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd   /dev/sde划分出主分区sdb1、 sdc1, sdd1、 sdel,并且把分区类型的ID标记号改为"fd"
复制代码
[root@localhost ~]# lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda      8:0    0   60G  0 disk 
├─sda1   8:1    0  500M  0 part /boot
├─sda2   8:2    0    4G  0 part [SWAP]
└─sda3   8:3    0 55.5G  0 part /
sdb      8:16   0   20G  0 disk 
sdc      8:32   0   20G  0 disk 
sdd      8:48   0   20G  0 disk 
sde      8:64   0   20G  0 disk 
sr0     11:0    1  4.2G  0 rom

[root@localhost ~]# echo 'n            
> p
>
>
>
> t
> fd
> w' | fdisk /dev/sdb                #非交互式磁盘分区，并修改分区系统类型为raid

##磁盘/dev/sdbc /dev/sdd /dev/sde  同样操作

[root@localhost ~]# for i in {b,c,d,e}; do fdisk -l /dev/sd$i | grep /dev/sd$i ; done    #查看分区结果
磁盘 /dev/sdb：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
/dev/sdb1 2048 41943039 20970496 fd Linux raid autodetect
磁盘 /dev/sdc：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
/dev/sdc1 2048 41943039 20970496 fd Linux raid autodetect
磁盘 /dev/sdd：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
/dev/sdd1 2048 41943039 20970496 fd Linux raid autodetect
磁盘 /dev/sde：21.5 GB, 21474836480 字节，41943040 个扇区
/dev/sde1 2048 41943039 20970496 fd Linux raid autodetect

复制代码

 

 2.3 创建RAID 设备

mdadm  -C  -v   /dev/md0  [-a yes]  -l5   -n3  /dev/sd[bcd]1  -x1 /dev/sde1     #创建磁盘阵列raid 5
###raid 10 则先做raid 1 ，在将raid 1 做成raid 0
 
-C :表示新建;
-v  :显示创建过程中的详细信息。
/dev/mdo   :创建RAID5的名称(名字一般以md 开头)
-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[bcd]1   :指定使用这3块磁盘分区去创建RAID.
-x     :指定使用几块硬盘做RAID的热备用盘, x1表示保留1块空闲的硬盘作备用
/dev/sdel   :指定用作于备用的磁盘

 

查看磁盘阵列的创建过程及状态
watch -n 5 'cat /proc/mdstat'
或者：
mdadm -D /dev/md0

复制代码
[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md0 -l5 -n3 /dev/sd[bcd]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 20954112K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 start

[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat        #查看磁盘阵列的创建过程
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4] 
md0 : active raid5 sdd1[4] sde1[3](S) sdc1[1] sdb1[0]   #参与创建的磁盘
      41908224 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_]   #uu表示 两块磁盘状态完好  _  表示磁盘不在线  （当前只创建好两个）
      [==========>..........]  recovery = 53.7% (11271168/20954112) finish=0.7min speed=206000K/sec   #创建进度
      
unused devices: <none>

[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Tue Jun 22 09:09:38 2021
        Raid Level : raid5      #磁盘阵列是raid 5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)     #阵列容量大小
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Tue Jun 22 09:11:23 2021
             State : clean 
    Active Devices : 3       #正活跃的磁盘
   Working Devices : 4       #此阵列工作的磁盘数
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 71f5d2f1:6c7c50ac:785f4ba3:58b2aa00
            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      #正在使用的三块磁盘

       3       8       65        -      spare   /dev/sde1            #热备份的磁盘
复制代码

 

 2.4 格式化磁盘并挂载使用

复制代码
[root@localhost ~]# mkfs.xfs /dev/md0      #格式化为xfs 文件系统
meta-data=/dev/md0               isize=512    agcount=16, agsize=654720 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=10475520, imaxpct=25
         =                       sunit=128    swidth=256 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=5120, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0
[root@localhost ~]# mkdir /data
[root@localhost ~]# mount /dev/md0 /data    #挂载使用
[root@localhost ~]# df -hT
文件系统       类型      容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda3      xfs        56G  5.0G   51G    9% /
devtmpfs       devtmpfs  978M     0  978M    0% /dev
tmpfs          tmpfs     993M     0  993M    0% /dev/shm
tmpfs          tmpfs     993M  9.1M  984M    1% /run
tmpfs          tmpfs     993M     0  993M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1      xfs       497M  151M  346M   31% /boot
tmpfs          tmpfs     199M   12K  199M    1% /run/user/42
tmpfs          tmpfs     199M     0  199M    0% /run/user/0
/dev/md0       xfs        40G   33M   40G    1% /data


复制代码

 

 

 2.5  测试

手动故障磁盘阵列md0 中的磁盘 /dev/sdb1  

复制代码
[root@localhost ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1             #将/dev/sdb1 磁盘 手动故障
mdadm: set /dev/sdb1 faulty in /dev/md0
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat                       #查看阵列创建 
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4] 
md0 : active raid5 sdd1[4] sde1[3] sdc1[1] sdb1[0](F)
      41908224 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [_UU]
      [====>................]  recovery = 20.1% (4212992/20954112) finish=1.3min speed=210649K/sec
      
unused devices: <none>

[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Tue Jun 22 09:09:38 2021
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Tue Jun 22 09:38:56 2021
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 2     #活跃的只剩下两块（因为一块正在创建中
   Working Devices : 3     #一共只剩下三块盘
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 44% complete

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 71f5d2f1:6c7c50ac:785f4ba3:58b2aa00
            Events : 27

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       3       8       65        0      spare rebuilding   /dev/sde1
       1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1
       4       8       49        2      active sync   /dev/sdd1

       0       8       17        -      faulty   /dev/sdb1     #磁盘失效
复制代码

 

2.6 创建配置文件

创建 /etc/mdadm.conf 配置文件，方便管理软RAID的配置，比如启动、停止
 
echo 'DEVICE /dev/sdc1 /dev/sdb1 /dev/sdd1 /dev/sde1' > /etc/mdadm.conf
 
mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm. conf

 

[root@localhost ~]# echo   'DEVICE /dev/sdcl /dev/sdb1 /dev/sddl /dev/sdel'  >  /etc/mdadm.conf 
[root@localhost ~]# mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm.conf
[root@localhost ~]# cat /etc/mdadm.conf 
DEVICE /dev/sdcl /dev/sdb1 /dev/sddl /dev/sdel
ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=localhost.localdomain:0 UUID=71f5d2f1:6c7c50ac:785f4ba3:58b2aa00

 

2.7 mdadm命令其它常用选项

-D ：查看阵列信息
-E ：检查磁盘是否已做raid
-f  ：故障设备
-r ∶ 移除设备
-a∶ 添加设备
-S∶ 停止RAID
-A∶ 启动RAID
-s : 查找/etc/mdadm.conf 的配置信息

  eg：

mdadm -D  /dev/md0                     #查看阵列md0 的信息

mdadm -E  /dev/sd[bcde]                #查看磁盘/dev/sdd-sde 是否已做raid

mdadm /dev/md0 -f   /sdb1              #可以手动下线设备，模拟故障

mdadm /dev/mdo -r   /dev/sdb1       #移除设备

mdadm /dev/mdo -a   /dev/sde1      #添加设备

mdadm  -s /dev/md0                        #扫描配置文件

mdadm -S  /dev/md0                        #停止RAID

mdadm  -A  /dev/md0                       #启动RAID
 

 

复制代码
[root@localhost ~]# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1     #将sdb1 从阵列 md0 中移除
mdadm: hot removed /dev/sdb1 from /dev/md0
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Tue Jun 22 09:09:38 2021
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 3
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Tue Jun 22 10:38:07 2021
             State : clean 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 71f5d2f1:6c7c50ac:785f4ba3:58b2aa00
            Events : 41

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       3       8       65        0      active sync   /dev/sde1
       1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1
       4       8       49        2      active sync   /dev/sdd1

[root@localhost ~]# mdadm  /dev/md0 -a /dev/sdb1      #将sdb1 添加到 md0中
mdadm: added /dev/sdb1

[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0 | grep sdb1
       5       8       17        -      spare   /dev/sdb1

[root@localhost ~]# umount /dev/md0       #先卸载md0
[root@localhost ~]# mdadm -S /dev/md0     #停止阵列 md0
mdadm: stopped /dev/md0
[root@localhost ~]# mdadm -As /dev/md0     #启动md0 并扫描 配置文件
mdadm: /dev/md0 has been started with 3 drives and 1 spare.

[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Tue Jun 22 09:09:38 2021
Raid Level : raid5
Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent

Update Time : Tue Jun 22 10:51:34 2021
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:0 (local to host localhost.localdomain)
UUID : 71f5d2f1:6c7c50ac:785f4ba3:58b2aa00
Events : 42

Number Major Minor RaidDevice State
3 8 65 0 active sync /dev/sde1
1 8 33 1 active sync /dev/sdc1
4 8 49 2 active sync /dev/sdd1

5 8 17 - spare /dev/sdb1

复制代码

 

 

 

 

 

 

 

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