LINUX學習：Linux基礎教程：獨立硬盤冗余陣列-RAID
《LINUX學習：Linux基礎教程：獨立硬盤冗余陣列-RAID》要點：
本文介紹了LINUX學習：Linux基礎教程：獨立硬盤冗余陣列-RAID，希望對您有用。如果有疑問，可以聯(lián)系我們。
獨立硬盤冗余陣列(RAID,Redundant Array of Independant Disks),舊稱為便宜磁盤冗余陣列(Redundant Array of Inexpensive Disks).1987年美國加州伯克利分校的一篇名為《A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk(RAID)》論文誕生,這標志著RAID技術的開始.
RAID的實現(xiàn)模式
Software RAID：
軟件磁盤陣列,由CPU處置和協(xié)調一個RAID里面各個硬盤的作業(yè),這樣就會給CPU帶來較多的運算壓力,分為3種：
1)基于主板的的磁盤陣列：通常上是由主板上的芯片組提供RAID功效.
2)硬件輔助磁盤陣列：必要RAID卡和相關廠商提供的驅動程序,RAID功能是由驅動程序和CPU運算來提供
3)操作系統(tǒng)的RAID功效：Linux、windows Server等操作系統(tǒng)內置的RAID功效
雖然軟RAID實現(xiàn)的有多種,然則在生產環(huán)境還是不建議使用的.
Hardware RAID：
硬件磁盤陣列,在RAID卡上內置了CPU處理器,這樣就不占用服務器的CPU了.一般硬件磁盤陣列都會有備份的電源模塊和NVRAM(非易失性內存),當系統(tǒng)斷掉后,備份電源開始供電,將硬盤讀寫的日志保留在內存中,當系統(tǒng)恢復,備份電源關閉供電,再在NVRAM讀取日志數據,繼續(xù)完成上次斷電前沒有完成的作業(yè).
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常用RAID先容
常用的RAID有：RAID0,RAID-1,RAID-5,RAID6,RAID-10,RAID50.
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RAID0,也稱條帶卷(striping).在RAID0中,數據會被切成片,按必定順序會被寫到所有的磁盤里面,如下圖：
若一片數據被切割成了A1-A8,將存儲在一個由2塊Disk構成的RAID0,那么第一段數據塊A1會被存儲在Disk0中,第二段數據塊A2會被存儲在Disk1中,第三段數據塊會被存儲在Disk0中,以此類推,這一片數據會被均分到2塊磁盤上.
RAID0的優(yōu)毛病：
1)速度快,寫和讀的才能得到了提高；
2)RAID0沒有冗余的才能,一旦一塊磁盤出現(xiàn)了故障,則所有的數據都將不會恢復；
3)RAID0必要N塊磁盤才能實現(xiàn)(N>=2);
4)能夠存儲數據的年夜小為N*min(S1,S2,S3,S4....)
在RAID0中有兩個緊張的參數：
條帶寬度：stripe width,它指的是可以被并行寫入的數據塊的個數,也便是實現(xiàn)RAID0中磁盤的個數；
條帶大小：stripe size,它指的是每次寫入磁盤的數據塊的大小,大小一般為2KB或者512KB甚至更大,size越小,數據被分割的次數就越多.stripe size對性能是有必定的影響的,在生產環(huán)境中,需要調整好.
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RAID1,鏡像化,在RAID1中,數據會被復制成多份,存儲在多個磁盤上,如下圖：
若一片數據將要被存儲,數據會被復制成多份(取決RAID1的磁盤個數),然后存儲到每一個磁盤上.
?RAID1的優(yōu)毛病：
1)冗余性和數據的可靠性最高,只要不是磁盤同時損壞了,一般都不會帶來數據喪失的問題；
2)RAID1的容量取決容量最小的那個磁盤,寫入速度也是取決于最小的那個磁盤,較年夜的磁盤的剩余空間可 ? ? ? 以分區(qū)使用,不會造成浪費；
3)RAID1的讀取速率理論上來說是磁盤個數的倍數；
4)RAID1必要N塊磁盤才能實現(xiàn)(N>=2)
5)能夠存儲數據的年夜小為min(S1,S2,S3...)
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RAID3,數據類似于RAID0,被條帶化的存儲在多個磁盤中,數據以字節(jié)為單位,與RAID0分歧的是,RAID3單獨使用了一塊獨立的磁盤用來存儲數據的奇偶校驗值,如下圖所示：
數據被切片存儲在Disk0-2上,同時計算處奇偶校驗值存儲在Disk3上,這樣即使Disk0-2中損壞一塊磁盤,也能根據奇偶校驗值獲得損壞磁盤的數據.
RAID3的優(yōu)缺點：
1.較高的容錯才能；
2.不適合寫入操作較多的情景,會給校驗盤帶來必定的負載,適合讀取操作較多的應用環(huán)境；
3.RAID3必要N塊磁盤(N>=3)；
4.能夠存儲數據的年夜小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....).
和RAID3類似,RAID4不是以字節(jié)為存取單元,RAID4的數據以塊(一般為512字節(jié))為單元,如下圖：
以塊為單位帶來的好處就是,減少了奇偶檢驗的次數,好比,如果一段數據的大小為10個字節(jié),在RAID3上可能需要計算2次奇偶檢驗值了,但是在RAID4上,10個字節(jié)都會被放在第一個磁盤上,并不需要計算.
?RAID4的優(yōu)毛病：
1.較高的容錯才能；
2.提高了小量數據的I/O才能；
3.RAID4必要N塊磁盤(N>=3)；
4.能夠存儲數據的年夜小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....).
RAID5可以理解成是RAID0和RAID1的折中方案,把數據條帶化后存儲,而且將數據奇偶檢驗值存儲在所有的硬盤上,如下圖：
數據被條帶化存儲到了磁盤上,并且每個磁盤上都能夠存儲奇偶檢驗值,其讀寫速度和RAID0差不多,可能寫的時候要慢一點,比擬要計算奇偶檢驗,這樣,即使壞掉一塊磁盤,只需要更換上好的磁盤,RAID會利用剩下奇偶檢驗去重建磁盤上的數據.
?RAID5的優(yōu)毛病：
1)較高的容錯才能；
2)讀寫速率快；
3)RAID4必要N塊磁盤(N>=3)；
4)能夠存儲數據的年夜小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....).
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與RAID5類似,只是增加了第二個獨立的奇偶檢驗信息塊,使用了兩種分歧的奇偶檢驗算法,如下圖所示：
數據仍然是被條帶化得存儲在磁盤上,但是會計算出兩個獨立的奇偶查驗值,相對于RAID5來說有更多的I/O操作和計算量,所以RAID6通常不會以軟件來實現(xiàn),一般會使用硬件實現(xiàn),RAID6也是最常見的磁盤陣列.
?RAID6的優(yōu)毛病：
1)較高的容錯才能
2)同一RAID6中最多運行同時損壞2塊磁盤,調換磁盤后,數據將被重新計算寫入；
3)RAID6必要N個磁盤(N>=4)；
4)RAID容量為(N-2)*min(s1,s2,s3,...)
RAID 01是一種混合的磁盤陣列,等于RAID0和RAID1的混合,先做條帶,再做鏡像：
RAID01中,同組RAID0只要出現(xiàn)一個磁盤損壞,那么這個RAID 0就不克不及你使用了,值剩下其他組的磁盤運作,可靠性較低.
?RAID01的優(yōu)毛病：
1)數據靠得住性低
2)RAID01必要N個磁盤(N>=4)
更多詳情見請繼續(xù)閱讀下一頁的出色內容：
和RAID 01相反,RAID10是先做RAID1,再做RAID0,如下圖所示：
RAID10和RAID01在讀寫速度上沒有什么太大的差別,但是RAID10的數據平安性比較高,若下圖左邊那組RAID1中磁盤損壞了一個,另外一個也能用,右邊那組RAID1再損壞一個數據也是恢復的,除非一組RAID1中的磁盤都壞掉了.
?RAID 10的優(yōu)毛病：
1)較高的容錯才能
2)RAID10必要N個磁盤(N>=4)
RAID 50是RAID5和RAID0的組合,先做RAID5,再做RAID0,RAID 5至少必要3顆硬盤,因此要以多組RAID 5構成RAID 50,至少必要6顆硬盤,如下圖.
在底層的任意一組或者多組的RAID5中呈現(xiàn)了一個磁盤的損壞是可以接受的,但是若呈現(xiàn)了2個或者以上的磁盤損壞,整個RAID50就會損壞.
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RAID50的優(yōu)毛病：
1)較高的容錯才能
2)RAID10必要N個磁盤(N>=6)
Just a Bunch of Disks,能夠將多塊磁盤的空間合并起來的一個持續(xù)的空間,可靠性較低.
在Linux系統(tǒng)上實現(xiàn)Software RAID
?在CentOS中,使用模塊化得對象mdadm,如果沒有可以使用：
yum -y install mdadm
命令的語法格式：mdadm [mode] <raiddevice> [options] <component-devices> -C：創(chuàng)建模式 -n #: 使用#個塊設備來創(chuàng)建此RAID； -l #：指明要創(chuàng)建的RAID的級別； -a {yes|no}：自動創(chuàng)建目標RAID設備的設備文件； -c CHUNK_SIZE: 指明塊大小； -x #: 指明空閑盤的個數； -D：顯示raid的詳細信息 mdadm -D /dev/md# 管理模式： -f：標志指定磁盤為損壞 -a：添加磁盤 -r：移除磁盤 停止md設備： mdadm -S /dev/md#
舉例：創(chuàng)建一個可用空間為10G的RAID1設備,文件系統(tǒng)為ext4,有一個空閑盤,開機可自動掛載至/backup目錄.
先來分析一下：RAID1為鏡像磁盤陣列,最少必要2個磁盤,可用空間為10G,即磁盤最小大小為10G即可,我們這里就使用1塊硬盤的不同分區(qū)來模擬各個磁盤,每個10G：
[root@localhost ~]# fdisk -l /dev/sdb Disk /dev/sdb: 128.8 GB, 128849018880 bytes 255 heads, 63 sectors/track, 15665 cylinders Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk identifier: 0xf9b59c0f Device Boot Start End Blocks Id System /dev/sdb1 1 1306 10490413+ 83 Linux /dev/sdb2 1307 2612 10490445 83 Linux /dev/sdb3 2613 3918 10490445 83 Linux
?使用以下命令創(chuàng)立RAID1系統(tǒng),-C為創(chuàng)立模式,/dev/md0設備文件名,-n 2：使用2個塊設備創(chuàng)立此RAID,-x 1：指定1個空閑盤的,-l：指定硬盤RAID等級,-a yes：自動創(chuàng)立RAID的設備文件,/dev/adb{1,2,3}：指定磁盤位置
[root@localhost ~]# mdadm -C /dev/md0 -n 2 -x 1 -l 1 -c 128 -a yes /dev/sdb{1,2,3} mdadm: Note: this array has metadata at the start and may not be suitable as a boot device. If you plan to store '/boot' on this device please ensure that your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use --metadata=0.90 Continue creating array? y mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata mdadm: array /dev/md0 started.
?使用?cat /proc/mdstat 查看RAID構建的進度和預期完成的光陰：
unused devices: <none> [root@localhost ~]# cat /proc/mdstat Personalities : [raid1] md0 : active raid1 sdb3[2](S) sdb2[1] sdb1[0] 10482176 blocks super 1.2 [2/2] [UU] [=============>.......] resync = 68.6% (7200128/10482176) finish=0.2min speed=200001K/sec unused devices: <none> [root@localhost ~]# cat /proc/mdstat Personalities : [raid1] md0 : active raid1 sdb3[2](S) sdb2[1] sdb1[0] 10482176 blocks super 1.2 [2/2] [UU] unused devices: <none>
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md0 /dev/md0: Version : 1.2 Creation Time : Sun Jul 30 05:16:32 2017 Raid Level : raid1 Array Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Used Dev Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Raid Devices : 2 Total Devices : 3 Persistence : Superblock is persistent Update Time : Sun Jul 30 05:17:25 2017 State : clean Active Devices : 2 Working Devices : 3 Failed Devices : 0 Spare Devices : 1 Name : localhost.localdomain:0 (local to host localhost.localdomain) UUID : a46c7642:a46e274a:05923aeb:4c1ae0e9 Events : 17 Number Major Minor RaidDevice State 0 8 17 0 active sync /dev/sdb1 1 8 18 1 active sync /dev/sdb2 2 8 19 - spare /dev/sdb3
?格局化RAID1為ext4文件系統(tǒng)：
[root@localhost ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 mke2fs 1.41.12 (17-May-2010) 文件系統(tǒng)標簽= 操作系統(tǒng):Linux 塊大小=4096 (log=2) 分塊大小=4096 (log=2) Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks 655360 inodes, 2620544 blocks 131027 blocks (5.00%) reserved for the super user 第一個數據塊=0 Maximum filesystem blocks=2684354560 80 block groups 32768 blocks per group, 32768 fragments per group 8192 inodes per group Superblock backups stored on blocks: 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632 正在寫入inode表: 完成 Creating journal (32768 blocks): 完成 Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成 This filesystem will be automatically checked every 35 mounts or 180 days, whichever comes first. Use tune2fs -c or -i to override.
[root@localhost ~]# mount /dev/md0 /backup/ [root@localhost ~]# [root@localhost ~]# df Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/mapper/VolGroup-lv_root 51606140 1122252 47862448 3% / tmpfs 953276 0 953276 0% /dev/shm /dev/sda1 495844 33466 436778 8% /boot /dev/mapper/VolGroup-lv_home 67708512 184084 64085020 1% /home /dev/md0 10317624 154100 9639416 2% /backup
?可以使用 -f 將此中的某個磁盤模擬為壞的故障硬盤
[root@localhost backup]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1 mdadm: set /dev/sdb1 faulty in /dev/md0
[root@localhost backup]# mdadm -D /dev/md0 /dev/md0: Version : 1.2 Creation Time : Sun Jul 30 05:16:32 2017 Raid Level : raid1 Array Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Used Dev Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Raid Devices : 2 Total Devices : 3 Persistence : Superblock is persistent Update Time : Sun Jul 30 05:37:02 2017 State : clean Active Devices : 2 Working Devices : 2 Failed Devices : 1 Spare Devices : 0 Name : localhost.localdomain:0 (local to host localhost.localdomain) UUID : a46c7642:a46e274a:05923aeb:4c1ae0e9 Events : 38 Number Major Minor RaidDevice State 2 8 19 0 active sync /dev/sdb3 1 8 18 1 active sync /dev/sdb2 0 8 17 - faulty /dev/sdb1
?使用 -r 選項可以或許移除壞的硬盤
[root@localhost backup]# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1
mdadm: hot removed /dev/sdb1 from /dev/md0
[root@localhost backup]# fdisk /dev/sdb WARNING: DOS-compatible mode is deprecated. It's strongly recommended to switch off the mode (command 'c') and change display units to sectors (command 'u'). Command (m for help): n Command action e extended p primary partition (1-4) p Selected partition 4 First cylinder (3919-15665, default 3919): Using default value 3919 Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (3919-15665, default 15665): +10G Command (m for help): w The partition table has been altered! Calling ioctl() to re-read partition table. WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: 設備或資源忙. The kernel still uses the old table. The new table will be used at the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)
?咦,有告警!因為當前的磁盤已經有分區(qū)被掛載當根文件系統(tǒng)的目錄上了,內核沒有辨認,我們來查看/proc/parttions,果真沒有辨認
[root@localhost backup]# cat /proc/partitions major minor #blocks name 8 16 125829120 sdb 8 17 10490413 sdb1 8 18 10490445 sdb2 8 19 10490445 sdb3 8 0 125829120 sda 8 1 512000 sda1 8 2 125316096 sda2 253 0 52428800 dm-0 253 1 4096000 dm-1 253 2 68788224 dm-2 9 0 10482176 md0
[root@localhost backup]# partx -a /dev/sdb
?添加/dev/sdb4到RAID1
[root@localhost backup]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb4
mdadm: added /dev/sdb4
[root@localhost backup]# mdadm -D /dev/md0 /dev/md0: Version : 1.2 Creation Time : Sun Jul 30 05:16:32 2017 Raid Level : raid1 Array Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Used Dev Size : 10482176 (10.00 GiB 10.73 GB) Raid Devices : 2 Total Devices : 3 Persistence : Superblock is persistent Update Time : Sun Jul 30 05:51:52 2017 State : clean Active Devices : 2 Working Devices : 3 Failed Devices : 0 Spare Devices : 1 Name : localhost.localdomain:0 (local to host localhost.localdomain) UUID : a46c7642:a46e274a:05923aeb:4c1ae0e9 Events : 40 Number Major Minor RaidDevice State 2 8 19 0 active sync /dev/sdb3 1 8 18 1 active sync /dev/sdb2 3 8 20 - spare /dev/sdb4
?設置開機可以自動掛載只/backup目錄下,修改配置文件/etc/fstab即可
# # /etc/fstab # Created by anaconda on Fri Jul 28 06:34:35 2017 # # Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk' # See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info # /dev/mapper/VolGroup-lv_root / ext4 defaults 1 1 UUID=bc67ad74-46b3-4abc-b8a7-c4fb7cd6552a /boot ext4 defaults 1 2 /dev/mapper/VolGroup-lv_home /home ext4 defaults 1 2 /dev/mapper/VolGroup-lv_swap swap swap defaults 0 0 tmpfs /dev/shm tmpfs defaults 0 0 devpts /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0 sysfs /sys sysfs defaults 0 0 proc /proc proc defaults 0 0 /dev/md0 /backup ext4 defaults 0 0?
watch -n1 'cat /proc/mdstat'
?
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