RAID學習總結

RAID（Redundant Array of Independent Disks）：

定義：獨立硬盤冗余陣列，舊稱廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Independent Disks），簡稱磁盤陣列。

原理：把多個相對便宜的硬盤組合起來，成為一個硬盤陣列組，使其性能達到甚至超過價格昂貴，容量巨大的硬盤。

優勢：

• RAID在容量和管理上的優勢

• 易于靈活地進行容量拓展

• “虛擬化”可使管理性極大的增強

• RAID在性能上的優勢

• “磁盤分塊”技術帶來性能的提高

• RAID在可靠性和可用性上的優勢

• 通過冗余技術和熱備、熱換提升了可靠性

分級

RAID-0：條帶卷。將兩個以上磁盤并聯起來，成為一個大容量的磁盤。在存放數據時，以條帶的形式將數據塊（chunk）均勻分布在陣列的各個磁盤上，因為讀寫時都可以并行處理，所以在所有的級別中，RAID-0的速度是最快的。但是RAID-0既沒有冗余能力，也不具備容錯能力，如果一個物理磁盤損壞，所有數據都會丟失。

小結：

1. 硬盤的讀、寫性能均得到提高

2. 磁盤陣列可用空間：size=N*min(S1,S2,S3…)

3. 無容錯能力

4. 所需最少磁盤數為2塊

應用場景：視頻生成和編輯、圖像編輯及其他需要大的傳輸帶寬的操作。

RAID-1：鏡像卷。以鏡像為冗余方式，對虛擬磁盤上的數據做多份拷貝，放在成員磁盤上。在一些多線程操作系統中能有很好的讀取速度，理論上讀取速度等于硬盤數量的倍數，另外寫入速度有微小的降低。只要一個磁盤正常即可維持運作，可靠性最高。其原理為在主硬盤上存放數據的同時也在鏡像硬盤上寫一樣的數據。當主硬盤（物理）損壞時，鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因為有鏡像硬盤做數據備份，所以RAID 1的數據安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但無論用多少磁盤做RAID-1，僅算一個磁盤的容量，是所有RAID中磁盤利用率最低的一個級別。

小結：

1. 讀性能提升，寫性能略有下降

2. 磁盤陣列可用空間：size=min(S1，S2，S3…)

3. 有冗余能力

4. 所需最少磁盤數為2塊

應用場景：財務、金融等高可用、高安全的數據存儲環境

RAID-3：數據塊被分為更小的塊并行傳輸到各個成員磁盤上，同時計算XOR校驗數據存放到專用的校驗磁盤上,比較適于讀取大量數據時使用。

小結：

1. 讀寫性能都比較好當有磁盤損壞時，對整體吞吐量影響較小

2. 采用并行存取方式，主軸同步時吞吐量沒有提高校驗磁盤的寫性能有瓶頸

3. 所需最少磁盤數為3塊

應用場景：視頻生成和圖像、視頻編輯等需要高吞吐量的應用環境

RAID-4：數據被分為更大的塊并行傳輸到各個成員磁盤上，同時計算XOR校驗數據存放到專用的校驗磁盤上,它與RAID 3不同的是它在分區時是以區塊為單位分別存在硬盤中.

小結：

1. 提高了讀、寫性能，但是冗余校驗碼都是存放在單一硬盤上，所以此硬盤性能可能會很差

2. 提高了硬盤容錯能力

3. 陣列所需最少磁盤數為3塊

4. 可用空間：size=(N-1)*min(S1，S2，S3…)

RAID-5：較RAID-4，采用獨立存取的陣列方式，校驗信息被均勻的分散到陣列的各個磁盤上。

小結：

1. 提高了讀、寫性能

2. 提升了硬盤的容錯能力

3. 陣列的可用空間：size=(N-1)*min(S1,S2,…)

4. 最少磁盤數為3塊

應用場景：文件服務器、Email服務器、Web服務器等環境數據庫應用

RAID-6：帶有兩種分布存儲的檢驗信息的磁盤陣列，它是對RAID5的擴展，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合，使用了二種奇偶校驗方法，需要N+2個磁盤。

小結：

1. 讀、寫性能提升

2. 可用空間：size=(N-2)*min(S1,S2,…)

3. 提高了容錯能力

4. 所需最少磁盤數為4塊

RAID-10：結合RAID-1和RAID-0，先鏡像，再條帶化。

小結：

1. 讀、寫性能提升

2. 可用空間：size=N*min(S1,S2,…)/2

3. 有容錯能力：每組鏡像最多只能壞一塊

4. 最少磁盤數為4塊

應用場景：多用于要求高可用性和高安全性的數據庫應用

RAID-01：結合RAID-0和RAID-1，先條帶化，再鏡像。

小結：

1. 讀、寫性能提升

2. 可用空間：size=N*min(S1,S2,…)/2

3. 有容錯能力，但效果不理想

4. 所需最少磁盤數為4塊

RAID-50：RAID 5與RAID 0的組合，先作RAID 5，再作RAID 0.

小結：

RAID 50在底層的任一組或多組RAID 5中出現1顆硬盤損壞時，仍能維持運作，不過如果任一組RAID 5中出現2顆或2顆以上硬盤損毀，整組RAID 50就會失效。

應用場景：大型數據庫服務器、應用服務器、文件服務器等應用

JBOD：將多個硬盤空間合并成一個大的邏輯硬盤。

小結：

1. 沒有錯誤備援機制

2. size=sum(S1,S2,…)

常用RAID級別的比較

RAID的實現方式

• 硬件方式：主板上集成了相應的硬件和控制芯片，需要在BIOS界面中進行配置。硬件RAID的實現不占用其他硬件資源，穩定性和速度都比軟件RAID高，對于服務器來說，一般使用硬件RAID來提高計算機的性能。

• 軟件方式：通過內核的md(Multi Devices)機制來實現，由于沒有獨立的硬件和接口，需要占用一定的系統資源。

CentOS 6上軟件RAID的實現

• 模塊化工具mdadm

  1.支持的RAID級別：RAID0，RAID1，RAID4，RAID5，RAID6，RAID10;
  2.可以基于多塊硬盤、分區以及邏輯卷來實現RAID;
  3.狀態信息保存在/proc/mdstat
  4.已創建好的RAID位于/dev/md#

• mdadm的語法格式

  mdadm [mode] <raiddevice> [options] <component-devices>
              模式：
                  創建：-C
                  裝配: -A
                  監控: -F
                  管理：-f, -r, -a
  
              <raiddevice>: /dev/md#
              <component-devices>: 任意塊設備
  
  
              -C: 創建模式
                  -n #: 使用#個塊設備來創建此RAID；
                  -l #：指明要創建的RAID的級別；
                  -a {yes|no}：自動創建目標RAID設備的設備文件；
                  -c CHUNK_SIZE: 指明塊大?。?
                  -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: 標記指定磁盤為損壞；
                  -a: 添加磁盤
                  -r: 移除磁盤
  
              觀察md的狀態：
                  cat /proc/mdstat
  
              停止md設備：
                  mdadm -S /dev/md#

• 實現實例

創建一個大小為10G的RAID1，要求有一個空閑盤，而且CHUNK大小為128k，格式化ext4文件系統，要求可開機自動掛載至/backup目錄，而且不更新訪問時間戳，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：

• 創建好RAID之后，最好將相關信息保存到/etc/mdadm文件中，如是在下次啟動系統時會自動掛載啟用RAID

  # mdadm -D --scan > /etc/mdadm.conf

• 創建好RAID之后使用時要使用RAID設備來掛載，不要對原塊設備操作

• 在停止RAID之前要先卸載，而后使用mdadm -S命令

• 若要重啟RAID使用mdadm -R命令，但是由于操作系統或軟件版本的問題，關閉RAID后會找不到/dev/md#塊設備，此時只要重啟系統便可，因為已把相關信息保存至/etc/mdadm.conf文件

其他概念：

XOR算法：相同為假，不同為真。

熱備是指在不干擾當前系統的正常使用的情況下，用系統中另外一個正常的備用磁盤頂替失效磁盤。

熱換是指在不影響系統正常運轉的情況下，用正常的磁盤物理替換RAID陣列中的失效磁盤。