常见RAID介绍

RAID简介

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。主要目的是把多块硬盘组合起来提高数据处理能力、容错功能等

根据实现方式分为硬件和软件两种
　硬件RAID：通过RAID卡或主板集成的RAID控制器来支持实现RAID功能
　软件RAID：通过软件模拟实现RAID功能
注：软件RAID不建议在生产环境使用，作为学习了解RAID的一种方式。

常见RAID级别

RAID 0

RAID 0亦称为条带卷。它将两块以上的硬盘并联起来，成为一个大容量的硬盘。数据会分割成多个数据块(chunk)平均分散存储到硬盘上，因此读写能力提升，但不具备冗余和容错功能，一块硬盘损坏，所有数据丢失。

RAID 1

RAID 1亦称为镜像卷。它由两块或多块硬盘相互组成镜像。比如两块硬盘组RAID 1 数据会在两块硬盘都保存一份，使得硬盘读性能提升但写性能略有下降，具备冗余和容错功能。

RAID 4

RAID 4是由3块或3块以上硬盘组成，其中一块硬盘作为校验盘存储校验码，使其具备容错能力允许损坏一块硬盘，其可通过异或运算还原数据。在读写操作时校验盘相比其它盘的负载压力大，更易损坏。

RAID 5

RAID 5可以理解为RAID 4的升级版，相比于RAID 4其将校验码分散存储在各个盘上，使得负载均衡，整体性能提升，并且提供了一块硬盘的冗余。

RAID 6

相比于RAID 5增加一个校验系统，提供了两块硬盘的冗余。根据其设计硬盘数至少4块.

混合类型

RAID 10

RAID 10是将所有硬盘先组成N组RAID 1，然后再组成RAID 0。最高可支持半数硬盘损坏而不丢失数据。

RAID 01

RAID 10是将所有硬盘先组成N组RAID 0，然后再组成RAID 1。当有一块硬盘损坏，其同组RAID 0的其它硬盘都会停止工作。运气不好可能损坏两块硬盘就导致所有数据丢失。

RAID 50

RAID 5与RAID 0的组合，先作RAID 5，再作RAID 0。至少需要6块硬盘，最多只能坏一块硬盘。

JBOD(Just a Bunch Of Disks)

主要功能是将多块硬盘的空间合并成一个大的连续空间使用。

注：以上图片转自维基百科

总结和对比

RAID级别	读取性能	写入性能	可用空间	最大容错	极端情况	最少硬盘
单一硬盘(参考)	1	1	1	0	1	1
RAID 0	N	N	N*min(S1…Sn)	0	1	2
RAID 1	N	略有下降	1*min(S1…Sn)	N-1	N	2
RAID 4	提高	提高	(N-1)*min(S1…Sn)	1	2	3
RAID 5	N-1	N-1	(N-1)*min(S1…Sn)	1	2	3
RAID 6	N-2	N-2	(N-2)*min(S1…Sn)	2	3	4
RAID 10	N	M	M*min(S1…SN)	N-M	N/M	4
RAID 01	N	N/M	N*min(S1…SN)/M	N*(M-1)	M	4
JBOD	1	1	容量之和	0	1	2

注：
N表示硬盘数
min(S1…Sn)表示最小硬盘容量
RAID 10中M表示RAID 1的组数，RAID 01中M表示RAID 0的组数
极端情况表示最少几块硬盘损坏就会导致数据丢失

CentOS 6上的软件RAID的实现

在CentOS 6中使用mdadm工具与内核中的md(multi devices)模块通信完成创建管理软RAID

mdadm简介

命令的语法格式：mdadm [mode] <raiddevice> [options] <component-devices>
支持的RAID级别：LINEAR, RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6, RAID10

模式：
创建模式：-C
装配模式：-A
监控模式：-F
管理模式：-f,-r,-a
: /dev/md#
: 任意块设备

-C：创建模式
-n #：使用#个块设备来创建此RAID
-l #：指明要创建的RAID的级别
-a {yes|no}：自动创建目标RAID设备的设备文件
-c CHUNK_SIZE：指明块大小
-x #：指明空闲盘的个数

-D：显示raid的详细信息
mdadm -D /dev/md#

管理模式：
-f：标记指定磁盘为损坏
-a：添加磁盘
-r：移除磁盘

观察md的状态：cat /proc/mdstat
停止md设备：mdadm -S /dev/md#

软件RAID实现过程

实验目标：创建一个可用空间为10G的RAID 1设备，要求其chunk大小为128k，文件系统为ext4，有一个空闲盘，开机可自动挂载至/backup目录

系统环境

操作系统：CentOS 6.7
磁盘信息：
Disk /dev/sda: 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: 0x00013624

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *           1          64      512000   83  Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2              64       15666   125316096   8e  Linux LVM

Disk /dev/sdb: 35.4 GB, 35433480192 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 4307 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: 0x00000000

注：为了简便实验操作将对sdb进行分区，在此基础上创建RAID。

磁盘分区

[root@centos6 ~]# fdisk /dev/sdb
Device contains neither a valid DOS partition table, nor Sun, SGI or OSF disklabel
Building a new DOS disklabel with disk identifier 0x3610f0c2.
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
After that, of course, the previous content won't be recoverable.

Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)

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
Partition number (1-4): 1
First cylinder (1-4307, default 1): 
Using default value 1
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1-4307, default 4307): +10G

Command (m for help): n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 2
First cylinder (1307-4307, default 1307): 
Using default value 1307
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1307-4307, default 4307): +10G

Command (m for help): n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Partition number (1-4): 3
First cylinder (2613-4307, default 2613): 
Using default value 2613
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (2613-4307, default 4307): +10G

Command (m for help): t  
Partition number (1-4): 1
Hex code (type L to list codes): fd  #避免问题发生软RAID一定要调整分区类型为Linux raid auto(即id为fd)
Changed system type of partition 1 to fd (Linux raid autodetect)

Command (m for help): t
Partition number (1-4): 2
Hex code (type L to list codes): fd
Changed system type of partition 2 to fd (Linux raid autodetect)

Command (m for help): t
Partition number (1-4): 3
Hex code (type L to list codes): fd
Changed system type of partition 3 to fd (Linux raid autodetect)

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

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

通知内核重读分区表

[root@centos6 ~]# partx -a /dev/sdb
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 1
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 2
BLKPG: Device or resource busy
error adding partition 3

RAID设备创建

使用mdadm工具创建RAID 1，chunk为128k，有一个空闲盘

[root@centos6 ~]# mdadm -C /dev/md0 -a yes -n 2 -x 1 -c 128 -l 1 /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.

查看md的状态

[root@centos6 ~]# cat /proc/mdstat  #同步中
Personalities : [raid1] 
md0 : active raid1 sdb3[2](S) sdb2[1] sdb1[0]
      10482176 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
      [===>.................]  resync = 18.9% (1989376/10482176) finish=0.6min speed=221041K/sec
      
unused devices: <none>
[root@centos6 ~]# cat /proc/mdstat  #同步完成
Personalities : [raid1] 
md0 : active raid1 sdb3[2](S) sdb2[1] sdb1[0]
      10482176 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
      
unused devices: <none>

查看创建的RAID设备的详细信息

[root@centos6 ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Mon Apr 11 20:17:28 2016
     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 : Mon Apr 11 20:18:20 2016
          State : clean 
 Active Devices : 2
Working Devices : 3
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 1

           Name : centos6.7:0  (local to host centos6.7)
           UUID : 5a709c74:6b893df0:83f19941:565699f7
         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

RAID设备格式化，文件系统为ext4

[root@centos6 ~]# mke2fs -t ext4 /dev/md0
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
文件系统标签=
操作系统:Linux
块大小=4096 (log=2)
分块大小=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
655360 inodes, 2620544 blocks
131027 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一个数据块=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

正在写入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 31 mounts or
180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

挂载RAID设备

将RAID设备设置开机可自动挂载至/backup目录

[root@centos6 ~]# mkdir /backup  #创建/backup目录
[root@centos6 ~]# blkid /dev/md0 #查询设备的UUID，推荐使用UUID格式挂载
/dev/md0: UUID="f57b163a-0bc3-4b21-a388-a1586d84e943" TYPE="ext4" 
[root@centos6 ~]# vim /etc/fstab
#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Fri Mar  4 11:09:09 2016
#
# 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/vg_centos6-lv_root /                       ext4    defaults        1 1
UUID=3efc9d2d-ff60-4491-84c4-e1beb6701b83 /boot                   ext4    defaults        1 2
/dev/mapper/vg_centos6-lv_home /home                   ext4    defaults        1 2
/dev/mapper/vg_centos6-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
UUID=f57b163a-0bc3-4b21-a388-a1586d84e943 /backup ext4 defaults 0 0
[root@centos6 ~]# mount -a      #挂载支持自动挂载的设备
[root@centos6 ~]# df            #查看是否挂载成功
Filesystem           1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_centos6-lv_root
                      51475068 4071360  44782268   9% /
tmpfs                   502384       0    502384   0% /dev/shm
/dev/sda1               487652   37084    424968   9% /boot
/dev/mapper/vg_centos6-lv_home
                      69608928   54412  66011888   1% /home
/dev/md0              10186552   23028   9639416   1% /backup     #表明挂载成功

测试

[root@centos6 backup]# ls /backup
lost+found
[root@centos6 backup]#cp /etc/fstab /backup
[root@centos6 ~]# ls /backup
fstab  lost+found
[root@centos6 ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1  #模拟一块硬盘损坏
mdadm: set /dev/sdb1 faulty in /dev/md0
[root@centos6 ~]# mdadm -D /dev/md0  #查看设备信息
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Mon Apr 11 20:17:28 2016
     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 : Mon Apr 11 21:03:48 2016
          State : clean, degraded, recovering  #处于降级恢复模式
 Active Devices : 1
Working Devices : 2
 Failed Devices : 1
  Spare Devices : 1

 Rebuild Status : 43% complete

           Name : centos6.7:0  (local to host centos6.7)
           UUID : 5a709c74:6b893df0:83f19941:565699f7
         Events : 26

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       2       8       19        0      spare rebuilding   /dev/sdb3  #空闲盘替代损坏硬盘，数据重建中
       1       8       18        1      active sync   /dev/sdb2

       0       8       17        -      faulty   /dev/sdb1   #提示该硬盘损坏
[root@centos6 ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb2  #模拟再出现硬盘损坏
mdadm: set /dev/sdb2 faulty in /dev/md0
[root@centos6 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Mon Apr 11 20:17:28 2016
     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 : Mon Apr 11 21:10:20 2016
          State : clean, degraded    #处于降级模式
 Active Devices : 1
Working Devices : 1
 Failed Devices : 2
  Spare Devices : 0

           Name : centos6.7:0  (local to host centos6.7)
           UUID : 5a709c74:6b893df0:83f19941:565699f7
         Events : 38

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       2       8       19        0      active sync   /dev/sdb3
       2       0        0        2      removed    #此处硬盘缺失

       0       8       17        -      faulty   /dev/sdb1
       1       8       18        -      faulty   /dev/sdb2
[root@centos6 ~]# cat /backup/fstab    #数据可正常访问

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Fri Mar  4 11:09:09 2016
#
# 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/vg_centos6-lv_root /                       ext4    defaults        1 1
UUID=3efc9d2d-ff60-4491-84c4-e1beb6701b83 /boot                   ext4    defaults        1 2
/dev/mapper/vg_centos6-lv_home /home                   ext4    defaults        1 2
/dev/mapper/vg_centos6-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
UUID=f57b163a-0bc3-4b21-a388-a1586d84e943 /backup ext4 defaults 0 0

原创文章，作者：Net18-海滨，如若转载，请注明出处：http://www.178linux.com/14676

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常见RAID级别

混合类型

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