Linux-raid的工作原理与管理

本章内容：

       1、RAID详细描述

       2、mdadm 工具

       3、创建raid

       4、磁盘阵列的管理

RAID描述：

          RAID：（Redundant Array of indenpensive Disk） 独立磁盘冗余阵列: 磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列,             当作单一磁盘使用,它将数据以分段(striping)的方式储存在不同的磁盘中,存取数据时,阵列中的相关磁             盘一起动作,大幅减低数据的存取时间,同时有更佳的空间利用率。

      功能：

             提高IO能力：磁盘并行读写。
           提高耐用性：磁盘冗余来实现。

   RAID级别：多块磁盘组织在一起的工作方式有所不同，称为RAID level。不同的level针对不同的系统及应用,以解               决数据安全的问题。简单来说，RAID把多个硬盘组合成为一个逻辑扇区。因此，操作系统只会把它当作               一个硬盘。

  RAID的实方式:    
            1. 硬件RAID：用RAId接口卡来实现；需要内核支持其驱动，并且该类设备设备显示为SCSI设备，代号                   为/dev/sd*。
         2. 软件RAID：用内核中的MD(multiple devices)模块实现，该类设备在/etc/下表示为：md*；使用mdadm               工具管理软RAID；

            虽然来说可以用软件模拟实现raid，但是相对对磁盘控制的功能及性能不如硬件实现的好，生产环境中最             好使用硬件raid 。

 常见的RAID类型描述：

            RAID0：条带卷（striping），至少需要两块磁盘，做RAID分区的大小最好是相同的（也可以用相同大小的                  两块磁盘直接做 RAID）；把数据分割成若干个相同大小的chunk，依次均匀的存储在不同的磁盘                   上，在读写的时候可以实现并发，所以读、写性能好；但是没有容错功能，任何一块磁盘损坏，将导                  致全部数据的损坏。磁盘利用率100%。

                如下图：

          RAID1：镜像卷（mirroring），至少需要两块硬盘，raid大小等于两个raid分区中最小的容量（最好将分区                 大小分为一样），磁盘利用率50%；数据有冗余，在存储时同时写入两块硬盘，实现了数据备份；但                  相对降低了写入性能，但是读取数据时可以并发，几乎类似于raid0的读取效率。

               如下图：

       RAID5：最少需要三块硬盘，可以提供热备盘实现故障的恢复；采用异或运算，可靠性强，允许损坏一块磁盘，只有同时                   损坏两块硬盘时数据才会完全损坏，只损坏一块硬盘时，系统会根据存储的异或校验位重建数据，临时提供服务；此               时如果磁盘阵列中有备用盘，系统会自动在备用盘上重建故障磁盘上的数据。

             如下图：

          注：RAID中的容错表示即使磁盘故障,数据仍能保持完整,可让系统存取到正确的数据,而SCSI的磁盘阵列更可在工作中抽换               磁盘, 并可自动重建故障磁盘的数据。 

mdadm:模式化的工具

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

       -C, –create：  创建一个新的阵列

      -A, –assemble： 激活RAID设备

       -F, –follow, –monitor：选择监控(Monitor)模式

       -G, –grow：   改变激活阵列的大小或形态

   <raiddevice>: /dev/md# 
   <component-devices>: 任意块设备
   [options]：选择一个模式的选项

         -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#  
           -s:–scan:扫描配置文件或 /proc/mdstat以搜寻丢失的信息。

               默认配置文件：/etc/mdadm.conf 

   管理模式： -f: 标记指定磁盘为损坏 

               -a: 添加磁盘 

               -r: 移除磁盘

创建软RAID的过程：

     以四个分区模拟创建一个raid5为操作示例。

   步骤：

        1、创建RAID5 的组员

       linux中阵列组成单元是分区，分区可以是整个设备也可以是设备多个分区中的一个；组成的阵列中，每个分区          的大小必须一样；在fdisk分区后需要将分区标志改为Linux raid auto类型；分区后如下：

                              Device             Boot       Start     EndBlocks    Id        System

     /dev/sda6           19507       22118     20980890    fd      Linux raid autodetect 



     /dev/sdc1             1         2612      20980858+    fd     Linux raid autodetect 



     /dev/sdd1             1         2612      20980858+    fd     Linux raid autodetect 

       2、建立RAID5磁盘阵列；如下图：

   3、查看阵列状态；cat /proc/mdstat

          上图中，通过cat /proc/mdstat信息查看所有运行的RAID阵列的状态，在第一行中首先是MD的设备名md0，active和                 inactive选项表示阵列是否能读/写，接着是阵列的RAID级别raid5，后面是属于阵列的块设备，方括号[]里的数字表示设           备在阵列中的序号，(S)表示其是热备盘，(F)表示这个磁盘是 faulty状态。下一行中首先是阵列的大小，用块数来表示；           后面有chunk-size的大小，然后是layout类型，不同RAID级别的 layout类型不同，[3/3] [UUU]表示阵列有3个磁盘并且3           个磁盘都是正常运行的，而[2/3]和[_UU] 表示阵列有3个磁盘中2个是正常运行的，下划线对应的那个位置的磁盘是faulty           状态。

   4、生成RAID的配置文件；

      mdadm.conf是该软件的默认配置文件，主要作用是方便跟踪软RAID的配置，尤其是可以配置监视和事件上报选项。其中写入每       一个阵列组成的详细情况，用于在下次开启阵列后依据此文件重新装配开启阵列，否则就需要在开启时手动定义阵列中的成         员；当然是推荐创建该文件，防止出现意外情况。

   5、创建文件系统；

   6、挂载；

    7、查看阵列的详细信息；

磁盘阵列管理：

    1、RAID5磁盘阵列中模拟一块磁盘故障；下图中模拟/dev/sdb盘损坏，发现热备的盘/dev/sdd1/自动替换损坏的磁盘，并显示数       据构建的进度条。

    2、移除损坏的磁盘；损坏的磁盘状态是faulty.

    注意：对于有冗余的raid形式，在单一磁盘故障时一般能在一段时间内重建数据；但是数据量非常大时，重建会非常缓慢，且重          建系统过程压力比较大，此时需要多关注系统负载，防止重建过程出现错误；在热移除故障盘后，也需要尽快的换上新              硬盘，并且添加spare盘；在故障修复，重建重建之后，需要重新生成配置文件，防止在下次开启时，按照最初的定义模            式开启。

     3、RAID阵列添加新的组员；

           #mdadm -G /dev/md0 -n4 -a /dev/sdb

     4、停止RAID设备；如下图：

     5、激活RAID设备；如下图：

     6、删除RAID设备，如下图：

•         先取消挂载：#umount /mnt/raid
•         停止RAID设备：mdadm -S /dev/md0
•         删除配置文件：rf -f /etc/mdadm.conf
•         删除/etc/fsatb 文件下的对应挂载信息
•         分别清除RAID成员上的raid元数据：

            # mdadm –zero-superblock /dev/sda6

 RAID-10的创建方法： 

      1、先创建两个底层的RAID-1：

          #mdadm -C /dev/md0 -a yes -l 1 -n 2 /dev/sd{a6,b}

          #mdadm -C /dev/md1 -a yes -l 1 -n 2 /dev/sd{c1,d1}

      2、用两个RAID-1，创建上层RAID-0

          #mdadm -C /dev/md2 -a yes -l 0 -n 2 /dev/md{0,1}

      3、查看状态；如下图：

      4、创建配置文件

      5、停止与开启阵列；

       上图中：关闭与开启过程，系统只能识别层级，关闭先关闭上层的RAID-0,再关闭底层的两个RAID-1；

           开启也是与关闭过程一样；防止了冲突。