Linux高級磁盤管理-RAID管理

在馮諾依曼體系機構中，輸入輸出要存儲的外部磁盤I/O能力實在太低，尤其是企業面對高并發的訪問量，在系統內部需要大量調度磁盤的上的網頁文件資源，這些都會產生大量的I/O,一個磁盤的I/O能力不管如何提升畢竟是有線的，尤其是機械硬盤;同時為了保障業務的連續性，磁盤故障時必須提供冗余能力，面對這樣的實際需求環境，RAID技術產生了，通過組織磁盤陣列方式提供I/O，在內部通過RAID控制器，把多個磁盤的I/O平行組織在一起，當系統需要載入或寫入磁盤上的數據時，也就在RAID控制器的控制下，多個磁盤同時讀同時寫，同時一個數據在控制器下，還可以同時單獨寫入多份，這樣就有了冗余能力，保證了系統業務的連續性，不同的RAID磁盤組織方式，對應不同的實際生產應用需求，根據實際生產應用需求選擇RAID比較合理，實現資源高利用率；

1.RAID:Redundant Arrays of Inexpensive Disks

2.作用：

    (1)提供I/O能力

    (2)提供冗余(數據容錯能力)

3.RAID控制器功能:

    (1)RAID控制器——分割大小(chunk)：

     控制器在接受到由CPU控制指令發出寫入磁盤的數據的數據是，在RAID控制器內部把數據劃分多個相同大小的Chunk,每個磁盤寫入一個chunk的數據進行保存，這樣既能提供寫入能力，同時當讀取數據時，RAID控制器也能夠理解還原數據；這就是劃分chunk的原因；

   （2）RAID控制器做異或運算–提供校驗碼機制：

     為了提供冗余能力，數據在寫入的同時對chunk做異或運算寫入校驗碼，當有一個磁盤壞損時，讀取數據時可以通過在其他磁盤上的校驗碼做異或運算，推導出原數據，只不過這時的讀取能力差，處于降級模式；

4.RAID級別圖例：

5.RAID總結 

   級別代表多塊磁盤的組織工作方式不同;

RAID級別    讀寫性能提升     冗余     空間利用率     組織最小磁盤數

 0              有           沒有       100%            2

 1              有(讀)       有         1/2             2

 4              有           有         n-1             3

 5              有           有         n-1             3

 6              有           有         n-2             4

 10             有           有         1/2             4

 01             有           有         1/2             4

6.RAID分析：

RAID0

    條帶卷，有一個磁盤壞損，業務立即終止，可以做臨時文件存儲

RAID1

    鏡像卷，只提供讀性能，有冗余，但是空間利用率太低，提供的I/O性能不是很高；

RAID4:

    校驗存儲，利用異或算法，校驗碼在一塊磁盤，校驗盤成為瓶頸,壞損I/O性能降級；

RAID5:

    循環存儲校驗，允許壞損，但是I/O性能降級；

RAID6：

    循環存儲兩份校驗 ，允許壞損2塊，但是整體性能不是很好；

RAID10:

    先做1再做0，數據切割一次，IO性能整體很高，每組鏡像只允許壞一塊；

RAID01:

    先做0再做1，數據切割兩次，每組允許壞損2，但是整體同時只允許一個組有壞損，這種多個組同時壞損一塊的幾率還是比較大的；

JBOD:Just a Bunch of Disks

    作用：將多塊磁盤空間合并為一個大的連續空間使用，為了應對企業單個大文件的訪問存儲；

6.RAID應用實現方式：

    (1)軟件RAID:這種利用軟件功能實現，一般僅供學習使用；

    (2)硬件RAID:需要RAID控制卡，利用的連接設備有可能是光纖交換機；

7.Linux提供軟RAID功能：

mdadm [mode] [options] devices

   -C:創建

     -n # :使用多少個快創建；

     -l # :創建RAID級別；

     -a [yes|no] :自動創建；

     -c Chunk_size ：指明chunk大?。?/span>

     -x # :指明空閑磁盤數；

   -A:啟動

   -F:監控

   -f:標記壞損；

   -r：移除；

   -a：添加；

   -D:顯示詳細信息；

   -G:添加成員

顯示詳細信息

mdadm -D /dev/md0

標記損壞

mdadm /dev/md0 -f /dev/

移除

mdadm /dev/md0 -r /dev/

添加

mdadm /dev/md0 -a /dev/

停止

mdadm -S /dev/md0

啟動

mdadm -A /dev/md0

觀察狀態：

cat /proc/mdstat 

使用watch命令持續觀察

watch -n 1 'cat /proc/mdstat'

8.實例：在CentOS6.8上創建RAID5陣列

    （1）添加5塊硬盤作為RAID使用

    （2）默認分區格式化整個磁盤為主分區20G，同時修改分區類型為支持RAID分區類型；

    （3）查看分區完的磁盤是否讀入到內核中，如何沒有使用partx -a device同步；

   （4）使用mdadm命令創建RAID5，三個做RAID5成員，一塊做空閑盤，另一塊后面使用

    （5）查看創建過程狀態；

    （6）等待創建完成，也可以使用cat /proc/mdstat命令查看

    （7）把創建的配置信息導入到/etc/mdadm.conf文件中，方便下次啟動能夠讀取配置信息；

    （8）要想使用RAID必須格式化文件系統，這里使用ext4

    （9）創建掛載目錄并且掛載到/tmp/raid

    （10）復制文件到RAID5分區中

    （11）測試實驗：標記一塊成員硬盤為壞損，

    （12）查看RAID5分區中的文件是否可以查看，測試壞損一塊成員時，在空閑磁盤構建中，數據是否可以繼續訪問

    （13）查看構建空閑磁盤為成員完成

    （14）刪除標記的壞損成員

     （15）添加一個成員進入，這里變成空間盤

    （16）添加一塊成員進入RAID5陣列中，擴大陣列范圍

    （17）再次測試數據是否可用

    （18）實驗完成刪除RAID步驟

  注意：有了RAID企業還有必要備份數據嗎？

這是必須的，不能取代，RAID提供的僅僅是磁盤壞損不影響業務的終止,并不能保證誤操作引發的數據丟失，備份能防止誤操作和意外故障時提供數據恢復。