RAID学习总结

RAID（Redundant Array of Independent Disks）：

定义：独立硬盘冗余阵列，旧称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks），简称磁盘阵列。

原理：把多个相对便宜的硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，使其性能达到甚至超过价格昂贵，容量巨大的硬盘。

优势：

• RAID在容量和管理上的优势

• 易于灵活地进行容量拓展

• “虚拟化”可使管理性极大的增强

• RAID在性能上的优势

• “磁盘分块”技术带来性能的提高

• RAID在可靠性和可用性上的优势

• 通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性

分级

RAID-0：条带卷。将两个以上磁盘并联起来，成为一个大容量的磁盘。在存放数据时，以条带的形式将数据块（chunk）均匀分布在阵列的各个磁盘上，因为读写时都可以并行处理，所以在所有的级别中，RAID-0的速度是最快的。但是RAID-0既没有冗余能力，也不具备容错能力，如果一个物理磁盘损坏，所有数据都会丢失。

小结：

1. 硬盘的读、写性能均得到提高

2. 磁盘阵列可用空间：size=N*min(S1,S2,S3…)

3. 无容错能力

4. 所需最少磁盘数为2块

应用场景：视频生成和编辑、图像编辑及其他需要大的传输带宽的操作。

RAID-1：镜像卷。以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上。在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度，理论上读取速度等于硬盘数量的倍数，另外写入速度有微小的降低。只要一个磁盘正常即可维持运作，可靠性最高。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但无论用多少磁盘做RAID-1，仅算一个磁盘的容量，是所有RAID中磁盘利用率最低的一个级别。

小结：

1. 读性能提升，写性能略有下降

2. 磁盘阵列可用空间：size=min(S1，S2，S3…)

3. 有冗余能力

4. 所需最少磁盘数为2块

应用场景：财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境

RAID-3：数据块被分为更小的块并行传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上,比较适于读取大量数据时使用。

小结：

1. 读写性能都比较好当有磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小

2. 采用并行存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高校验磁盘的写性能有瓶颈

3. 所需最少磁盘数为3块

应用场景：视频生成和图像、视频编辑等需要高吞吐量的应用环境

RAID-4：数据被分为更大的块并行传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上,它与RAID 3不同的是它在分区时是以区块为单位分别存在硬盘中.

小结：

1. 提高了读、写性能，但是冗余校验码都是存放在单一硬盘上，所以此硬盘性能可能会很差

2. 提高了硬盘容错能力

3. 阵列所需最少磁盘数为3块

4. 可用空间：size=(N-1)*min(S1，S2，S3…)

RAID-5：较RAID-4，采用独立存取的阵列方式，校验信息被均匀的分散到阵列的各个磁盘上。

小结：

1. 提高了读、写性能

2. 提升了硬盘的容错能力

3. 阵列的可用空间：size=(N-1)*min(S1,S2,…)

4. 最少磁盘数为3块

应用场景：文件服务器、Email服务器、Web服务器等环境数据库应用

RAID-6：带有两种分布存储的检验信息的磁盘阵列，它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合，使用了二种奇偶校验方法，需要N+2个磁盘。

小结：

1. 读、写性能提升

2. 可用空间：size=(N-2)*min(S1,S2,…)

3. 提高了容错能力

4. 所需最少磁盘数为4块

RAID-10：结合RAID-1和RAID-0，先镜像，再条带化。

小结：

1. 读、写性能提升

2. 可用空间：size=N*min(S1,S2,…)/2

3. 有容错能力：每组镜像最多只能坏一块

4. 最少磁盘数为4块

应用场景：多用于要求高可用性和高安全性的数据库应用

RAID-01：结合RAID-0和RAID-1，先条带化，再镜像。

小结：

1. 读、写性能提升

2. 可用空间：size=N*min(S1,S2,…)/2

3. 有容错能力，但效果不理想

4. 所需最少磁盘数为4块

RAID-50：RAID 5与RAID 0的组合，先作RAID 5，再作RAID 0.

小结：

RAID 50在底层的任一组或多组RAID 5中出现1颗硬盘损坏时，仍能维持运作，不过如果任一组RAID 5中出现2颗或2颗以上硬盘损毁，整组RAID 50就会失效。

应用场景：大型数据库服务器、应用服务器、文件服务器等应用

JBOD：将多个硬盘空间合并成一个大的逻辑硬盘。

小结：

1. 没有错误备援机制

2. size=sum(S1,S2,…)

常用RAID级别的比较

RAID的实现方式

• 硬件方式：主板上集成了相应的硬件和控制芯片，需要在BIOS界面中进行配置。硬件RAID的实现不占用其他硬件资源，稳定性和速度都比软件RAID高，对于服务器来说，一般使用硬件RAID来提高计算机的性能。

• 软件方式：通过内核的md(Multi Devices)机制来实现，由于没有独立的硬件和接口，需要占用一定的系统资源。

CentOS 6上软件RAID的实现

• 模块化工具mdadm

  1.支持的RAID级别：RAID0，RAID1，RAID4，RAID5，RAID6，RAID10;
  2.可以基于多块硬盘、分区以及逻辑卷来实现RAID;
  3.状态信息保存在/proc/mdstat
  4.已创建好的RAID位于/dev/md#

• mdadm的语法格式

  mdadm [mode] <raiddevice> [options] <component-devices>
              模式：
                  创建：-C
                  装配: -A
                  监控: -F
                  管理：-f, -r, -a
  
              <raiddevice>: /dev/md#
              <component-devices>: 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#

• 实现实例

创建一个大小为10G的RAID1，要求有一个空闲盘，而且CHUNK大小为128k，格式化ext4文件系统，要求可开机自动挂载至/backup目录，而且不更新访问时间戳，且支持acl功能

[root@CentOS6 ~]# mdadm -C /dev/md0 -n 2 -l 1 -c 128 /dev/sd{b,c}

[root@CentOS6 ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Fri Aug 19 15:40:11 2016
     Raid Level : raid1
     Array Size : 5238720 (5.00 GiB 5.36 GB)
  Used Dev Size : 5238720 (5.00 GiB 5.36 GB)
   Raid Devices : 2
  Total Devices : 2
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Fri Aug 19 15:40:27 2016
          State : clean, resyncing 
 Active Devices : 2
Working Devices : 2
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 0

  Resync Status : 64% complete

           Name : CentOS6:0  (local to host CentOS6)
           UUID : f92a25b5:a1120042:521176b5:1964c806
         Events : 10

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc

[root@CentOS6 ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
[root@CentOS6 ~]# echo "/dev/md1    /backup   ext4  defaults,acl,nodiratime  0 0"  >> /etc/fstab

• 注意：

• 创建好RAID之后，最好将相关信息保存到/etc/mdadm文件中，如是在下次启动系统时会自动挂载启用RAID

  # mdadm -D --scan > /etc/mdadm.conf

• 创建好RAID之后使用时要使用RAID设备来挂载，不要对原块设备操作

• 在停止RAID之前要先卸载，而后使用mdadm -S命令

• 若要重启RAID使用mdadm -R命令，但是由于操作系统或软件版本的问题，关闭RAID后会找不到/dev/md#块设备，此时只要重启系统便可，因为已把相关信息保存至/etc/mdadm.conf文件

其他概念：

XOR算法：相同为假，不同为真。

热备是指在不干扰当前系统的正常使用的情况下，用系统中另外一个正常的备用磁盘顶替失效磁盘。

热换是指在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘物理替换RAID阵列中的失效磁盘。