其他分享
首页 > 其他分享> > Raid——软件磁盘阵列

Raid——软件磁盘阵列

作者：互联网

目录

Raid——软件磁盘阵列

1. 软件磁盘阵列（Software RAID）

Q:

​ 什么是RAID？

​ RAID机制的功能是什么？

​ 有哪些等级？

​ 什么是硬件、软件磁盘阵列？

​ Linux支持什么样的软件磁盘阵列？

1.1 什么是RAID

磁盘阵列全名是[ Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID]，英翻的意思是：容错式廉价磁盘阵列。RAID可以透过一个技术（软件或硬件），将多个较小的磁盘整合成为一个较大的磁盘装置；而这个较大的磁盘功能不止是存储，他还具有数据保护的功能。整个RAID由于选择的等级（level）不同，而使得整合后的磁盘具有不同的功能，基本常见的level有以下几种：

image

上图的意思是，在组成RAID-0时，每个磁盘（Disk A 与 Disk B）都会先被区隔成为小区块（chunk）.

当有数据要写入RAID时，资料会先被切割成符合小区块的大小，然后再依序一个一个的放置到不同的磁盘去。由于数据已经先被切割并且依次放置到不同的磁盘上面，因此每个磁盘所复制的数据量都降低了，这种情况来看，越多磁盘组成的RAID-0效能会越好，因为每颗负责的资料量都降低了，资料可以分散让多颗磁盘来储存，效能会更好，磁盘的总容量也会变大，每个磁盘的容量加起来是RAID-0的总容量。

缺点：使用RAID-0，要自行负担数据毁坏的风险，文件是被切割成为适合每颗磁盘分区区块的大小，再依序放置到各个磁盘中，如果某一个磁盘损坏了，文件数据就少了一部分，这个文件就损毁了。由于每个文件都是这样存放的，因此RAID-0 只要有任何一颗磁盘损坏，在RAID上面的所有数据都会遗失而无法读取。

另外，如果使用不同容量的磁盘来组成 RAID-0 时，由于数据是一直等量的依序放置到不同磁盘中，当小容量磁盘的区块被用完了，那么所有的数据都将被写入到最大的那颗磁盘去。举例说明：使用200G与500G组成 RAID-0 ,那么最初的400GB数据可同时写入两颗磁盘（各消耗 200G 的容量），后来再加入的数据就只能写入500G的磁盘中。此时的效能就变差了。

image

如上图所示，一份数据传送到 RAID-1 之后会分别写入到各个磁盘里去。由于同一份数据会被分别写入到其他不同磁盘，因此如果要写入100MB时，数据传送到I/O总线后会被复制多份到各个磁盘，结果就是数据量感觉变大了，因此在大量写入 RAID-1 的情况下，写入的效能可能会变得非常差。如果使用的是硬件RAID（磁盘阵列卡）时，磁盘阵列卡会主动的复制一份而不使用系统的 I/O 总线，效能方面则还可以。如果使用软件磁盘阵列，可能效能就不好了。

由于两个磁盘内的数据一模一样，所以任何一颗磁盘损坏时，资料还是可以完整保留下来的。RAID-1 最大的优点大概在于数据的备份，不过由于磁盘容量有一半用在备份，因此总容量会是全部磁盘容量的一半而已。RAID-1的写入效能不佳，读取的效能还可以，因为数据有两份在不同的磁盘商量，多个processes 在读取同一笔数据时，RAID会自行取得最佳的读取平衡。

image

如上图所示，Disk A + Disk B组成第一组 RAID 1，Disk C + Disk D组成第二组RAID 1，然后这两组再整合成为一组 RAID 0。如果我有 100MB 的数据要写入，由于RAID 0的关系，两组RAID 1都会写入50MB，又由于 RAID 1的关系，每个磁盘都会写入50MB，如此一来，不论哪一组 RAID 1的磁盘损毁，由于是RAID1的影响数据，因此不会有任何问题发送，这也是目前储存设备厂商最推荐的方法。

image

1.2 software,hardware RAID

硬件磁盘阵列是透过磁盘阵列卡来达成数组的目的。磁盘阵列卡上有一块专门的芯片在处理RAID的任务，因此在效能方面会比较好，在很多任务磁盘阵列不会消耗本系统的 I/O 总线，理论上效能会较佳。此外目前一般的高阶磁盘阵列卡都支持热拔插，不关机的情况下抽换损坏的磁盘，对于系统的复原与数据的可靠性方面非常的好用。

软件磁盘阵列主要是透过软件来仿真数组的任务，因此会损耗较多的系统资源，比如说CPU的运算与 I/O总线的资源等

CentOS 提供的软件磁盘阵列为 mdadm 这套软件，这套软件会以 partition 或 disk 为磁盘的单位，也就是说，不需要两个以上的磁盘，只要有两个以上的分区槽（partition）就能够设计磁盘阵列。mdadm 支持前面提到的 RAID0/1/5/spare disk等。而且提供的管理机制可以达到类似热拔插的功能，可以在线进行分区槽的抽换。

硬件磁盘阵列在Linux底下看起来是一个实际的大磁盘，硬件磁盘阵列的装置文件名为 /dev/sd[a-p] ,因为使用到SCSI的模块。

软件磁盘阵列是系统仿真的，使用的装置文件名是系统的装置文件，文件名为/dev/md0,/dev/md1 两者的装置文件名不相同

1.3 软件磁盘阵列的设定

演示环境：kylin:release V10 (SP1) /(Tercel)-x86_64-Build19/20210319

软件磁盘阵列的设定需要使用指令mdadm,raid的语法大概如下

[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0
[root@localhost ~]# mdadm --create /dev/md[0-9] --auto=yes --level=[015] --chunk=NK --raid-devices=N --spare-devices=N /dev/sdx /dev/sdx
选项与参数：
--create      : 建立RAID选项
--auto=yes    : 决定建立后面接的软件磁盘阵列装置
--chunk=NK    : 决定这个装置的chunk大小，一般是64K 或512K
--raid-devices=N: 使用几个磁盘（partition） 作为磁盘阵列的装置
--spare-devices=N: 使用几个磁盘作为备用（spare）装置
--level=[015] : 设定这组磁盘阵列的等级。支持很多，建议使用 0 1 5 即可
--detail      : 后面所接的磁盘装置的详细信息

以上语法中，最后面会接许多的装置文件名，这些装置文件名可以是整个磁盘，例如/dev/sdb，也可以使分区槽，例如 /dev/sdb1之类的。不过，这些装置文件名的总数必须要等于 --raid-devices 与 --spare-devices 的个数总和才行。

1.3.1 建立 RAID5 ：

RAID5环境：

首先先建好分区:

image-20210908181617065

sdb13567 为五个partition

以mdadm 建立 RAID

[root@localhost ~]# mdadm --create /dev/md0 --auto=yes --level=5 --chunk=256K   --raid-devices=4 --spare-devices=1 /dev/sdb1 /dev/sdb3 /dev/sdb5 /dev/sdb6 /dev/sdb7
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Wed Sep  8 18:25:42 2021
        Raid Level : raid5
        Array Size : 3139584 (2.99 GiB 3.21 GB)
     Used Dev Size : 1046528 (1022.00 MiB 1071.64 MB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 5
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Wed Sep  8 18:25:50 2021
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 5
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 256K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 4e7b3d01:2e6ff0f6:9743a623:0f7fa446
            Events : 18

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
       1       8       19        1      active sync   /dev/sdb3
       2       8       21        2      active sync   /dev/sdb5
       5       8       22        3      active sync   /dev/sdb6

       4       8       23        -      spare   /dev/sdb7

也可以用以下命令查看系统软件磁盘阵列的情况：

[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat 
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4] 
md0 : active raid5 sdb6[5] sdb7[4](S) sdb5[2] sdb3[1] sdb1[0]
      3139584 blocks super 1.2 level 5, 256k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
      
unused devices: <none>

1.3.2 格式化与挂载使用RAID

参数情况

1.4 仿真RAID错误的救援模式

相关语法：

[root@localhost ~]# mdadm --manage /dev/md0[0-9] [--add 装置] [--remove 装置] [--fail 装置]

--add: 会将后面的装置加入到这个md中
--remove: 会将后面的装置从这个md中移除
--fail: 会将后面的装置设定成为出错的状态

1.4.1 设定磁盘为错误 （fault）

首先，先处理一下，该如何让一个磁盘变成错误，然后让 spare disk 自动开始重建系统

# 0.复制一些文件到/srv/raid 中，模拟RAID已经在使用
[root@localhost ~]# cp -a /etc /var/log /srv/raid
[root@localhost ~]# df -Th /srv/raid/; du -sm /srv/raid/*
文件系统       类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/md0       xfs   3.0G   96M  2.9G    4% /srv/raid
28	/srv/raid/etc
7	/srv/raid/log

# 1.设定/sdb/sdb3装置出错
[root@localhost ~]# mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/sdb3
mdadm: set /dev/sdb3 faulty in /dev/md0

[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Wed Sep  8 18:25:42 2021
        Raid Level : raid5
        Array Size : 3139584 (2.99 GiB 3.21 GB)
     Used Dev Size : 1046528 (1022.00 MiB 1071.64 MB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 5
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Wed Sep  8 18:49:43 2021
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 0

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 256K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 4e7b3d01:2e6ff0f6:9743a623:0f7fa446
            Events : 37

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
       4       8       23        1      active sync   /dev/sdb7
       2       8       21        2      active sync   /dev/sdb5
       5       8       22        3      active sync   /dev/sdb6

       1       8       19        -      faulty   /dev/sdb3

可以看到 /dev/sdb3 出错了，spare disk 已经在使用中了

1.4.2 将出错的磁盘移除并加入新磁盘

  1. 先从/dev/md0 数组中移除 /dev/sdb3 这个(磁盘)
  2. 整个Linux 系统关机，拔除 /dev/sdb3 这个（磁盘），并安装上新的 /dev/sdb3(磁盘)，之后开机
  3. 将新的 /dev/sdb3 放入到 /dev/md0 数组中
# 3. 拔除旧的 /dev/sdb3 磁盘
[root@localhost ~]# mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/sdb3
mdadm: hot removed /dev/sdb3 from /dev/md0

# 4. 安装新的 /dev/sdb3 磁盘
[root@localhost ~]# mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sdb3
mdadm: added /dev/sdb3
[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Wed Sep  8 18:25:42 2021
        Raid Level : raid5
        Array Size : 3139584 (2.99 GiB 3.21 GB)
     Used Dev Size : 1046528 (1022.00 MiB 1071.64 MB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 5
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Wed Sep  8 18:58:08 2021
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 5
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 256K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 4e7b3d01:2e6ff0f6:9743a623:0f7fa446
            Events : 39

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
       4       8       23        1      active sync   /dev/sdb7
       2       8       21        2      active sync   /dev/sdb5
       5       8       22        3      active sync   /dev/sdb6

       6       8       19        -      spare   /dev/sdb3

可以看到/dev/sdb3 的状态编程了 spare

1.5 开机自启动 RAID 并自动挂载

新的distribution 大多会自己搜寻 /dev/md[0-9] 然后在开机的时候给予设定好所需要的功能，不过建议还是修改一下配置文件。software RAID的配置文件在/etc/mdadm.conf，只需要知道 /dev/md0的UUID就能够设定这个文件。

# 查看UUID
[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 | grep -i uuid
              UUID : 4e7b3d01:2e6ff0f6:9743a623:0f7fa446
          
# 设定mdadm.conf
[root@localhost ~]# vim /etc/mdadm.conf
ARRAY /dev/md0 UUID=4e7b3d01:2e6ff0f6:9743a623:0f7fa446

# 开始设定开机自动挂载并测试
[root@localhost ~]# blkid /dev/md0 
/dev/md0: UUID="7c3c9a5e-2e3f-4b3a-91e9-b3031600b2d5" BLOCK_SIZE="512" TYPE="xfs"
[root@localhost ~]# echo "UUID=7c3c9a5e-2e3f-4b3a-91e9-b3031600b2d5 /srv/raid xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab 


[root@localhost ~]# umount /dev/md0 ; mount -a
[root@localhost ~]# df -Th /srv/raid/
文件系统       类型  容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/md0       xfs   3.0G   90M  2.9G    3% /srv/raid

# 要确定可以顺利挂载，并且没有发生任何错误

重启系统测试；

1.6 关闭软件 RAID（重要）

如果不使用这个/dev/md0，需要关掉RAID，如果只是将/dev/md0卸除，然后忘记将RAID关闭，在未来重新分区/dev/sdbX时，可能出现一些莫名的错误状况，所以需要关闭RAID。以下是关闭步骤。

# 1.卸载且删除配置文件内与 /dev/md0有关的设定
[root@localhost ~]# umount /srv/raid 
[root@localhost ~]# vim /etc/fstab 
****

# 2. 覆盖掉 RAID 的 metadata 以及 XFS 的superblock
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=1M count=50
记录了50+0 的读入
记录了50+0 的写出
52428800字节（52 MB，50 MiB）已复制，0.174493 s，300 MB/s
[root@localhost ~]# mdadm --stop /dev/md0 
mdadm: stopped /dev/md0
# 以上就关闭了
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb1 bs=1M 
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb3 bs=1M 
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb5 bs=1M 
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb6 bs=1M 
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sdb7 bs=1M 

# 查看状态 确实关闭了
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat 
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4] 
unused devices: <none>

[root@localhost ~]# vim /etc/mdadm.conf
# 注释掉内容或删掉

RAID的相关数据会存一份在磁盘中，只是将配置文件移除，同时关闭RAID，但是分区槽并没有重新规划过，那么重新启动过后，系统还是会将这个RAID建立起来，只是名称会变成 /dev/md127，因此移除掉 software RAID时，上述的dd指令要执行，也不要dd到错误的磁盘。

本次模拟raid-5，采用的一个磁盘中的不同part,实际使用中最好还是使用不同的磁盘，才能使用到不同磁盘的读写，效能才更好，磁盘损坏时也能从其他磁盘挽救回来。

参考：

[1] 鸟哥.鸟哥的Linux私房菜[M]

标签：RAID,--,dev,Raid,磁盘,软件,localhost,磁盘阵列
来源： https://www.cnblogs.com/yinmy/p/15244321.html