Linux-raid的工作原理與管理

本章內容：

       1、RAID詳細描述

       2、mdadm 工具

       3、創建raid

       4、磁盤陣列的管理

RAID描述：

          RAID：（Redundant Array of indenpensive Disk） 獨立磁盤冗余陣列: 磁盤陣列是把多個磁盤組成一個陣列,             當作單一磁盤使用,它將數據以分段(striping)的方式儲存在不同的磁盤中,存取數據時,陣列中的相關磁             盤一起動作,大幅減低數據的存取時間,同時有更佳的空間利用率。

      功能：

             提高IO能力：磁盤并行讀寫。
           提高耐用性：磁盤冗余來實現。

   RAID級別：多塊磁盤組織在一起的工作方式有所不同，稱為RAID level。不同的level針對不同的系統及應用,以解               決數據安全的問題。簡單來說，RAID把多個硬盤組合成為一個邏輯扇區。因此，操作系統只會把它當作               一個硬盤。

  RAID的實方式:    
            1. 硬件RAID：用RAId接口卡來實現；需要內核支持其驅動，并且該類設備設備顯示為SCSI設備，代號                   為/dev/sd*。
         2. 軟件RAID：用內核中的MD(multiple devices)模塊實現，該類設備在/etc/下表示為：md*；使用mdadm               工具管理軟RAID；

            雖然來說可以用軟件模擬實現raid，但是相對對磁盤控制的功能及性能不如硬件實現的好，生產環境中最             好使用硬件raid 。

 常見的RAID類型描述：

            RAID0：條帶卷（striping），至少需要兩塊磁盤，做RAID分區的大小最好是相同的（也可以用相同大小的                  兩塊磁盤直接做 RAID）；把數據分割成若干個相同大小的chunk，依次均勻的存儲在不同的磁盤                   上，在讀寫的時候可以實現并發，所以讀、寫性能好；但是沒有容錯功能，任何一塊磁盤損壞，將導                  致全部數據的損壞。磁盤利用率100%。

                如下圖：

          RAID1：鏡像卷（mirroring），至少需要兩塊硬盤，raid大小等于兩個raid分區中最小的容量（最好將分區                 大小分為一樣），磁盤利用率50%；數據有冗余，在存儲時同時寫入兩塊硬盤，實現了數據備份；但                  相對降低了寫入性能，但是讀取數據時可以并發，幾乎類似于raid0的讀取效率。

               如下圖：

       RAID5：最少需要三塊硬盤，可以提供熱備盤實現故障的恢復；采用異或運算，可靠性強，允許損壞一塊磁盤，只有同時                   損壞兩塊硬盤時數據才會完全損壞，只損壞一塊硬盤時，系統會根據存儲的異或校驗位重建數據，臨時提供服務；此               時如果磁盤陣列中有備用盤，系統會自動在備用盤上重建故障磁盤上的數據。

             如下圖：

          注：RAID中的容錯表示即使磁盤故障,數據仍能保持完整,可讓系統存取到正確的數據,而SCSI的磁盤陣列更可在工作中抽換               磁盤, 并可自動重建故障磁盤的數據。 

mdadm:模式化的工具

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

       -C, –create：  創建一個新的陣列

      -A, –assemble： 激活RAID設備

       -F, –follow, –monitor：選擇監控(Monitor)模式

       -G, –grow：   改變激活陣列的大小或形態

   <raiddevice>: /dev/md# 
   <component-devices>: 任意塊設備
   [options]：選擇一個模式的選項

         -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: 指明塊大小 
           -x #: 指明空閑盤的個數 
        -D：顯示raid的詳細信息； 
              mdadm -D /dev/md#  
           -s:–scan:掃描配置文件或 /proc/mdstat以搜尋丟失的信息。

               默認配置文件：/etc/mdadm.conf 

   管理模式： -f: 標記指定磁盤為損壞 

               -a: 添加磁盤 

               -r: 移除磁盤

創建軟RAID的過程：

     以四個分區模擬創建一個raid5為操作示例。

   步驟：

        1、創建RAID5 的組員

       linux中陣列組成單元是分區，分區可以是整個設備也可以是設備多個分區中的一個；組成的陣列中，每個分區          的大小必須一樣；在fdisk分區后需要將分區標志改為Linux raid auto類型；分區后如下：

                              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磁盤陣列；如下圖：

   3、查看陣列狀態；cat /proc/mdstat

          上圖中，通過cat /proc/mdstat信息查看所有運行的RAID陣列的狀態，在第一行中首先是MD的設備名md0，active和                 inactive選項表示陣列是否能讀/寫，接著是陣列的RAID級別raid5，后面是屬于陣列的塊設備，方括號[]里的數字表示設           備在陣列中的序號，(S)表示其是熱備盤，(F)表示這個磁盤是 faulty狀態。下一行中首先是陣列的大小，用塊數來表示；           后面有chunk-size的大小，然后是layout類型，不同RAID級別的 layout類型不同，[3/3] [UUU]表示陣列有3個磁盤并且3           個磁盤都是正常運行的，而[2/3]和[_UU] 表示陣列有3個磁盤中2個是正常運行的，下劃線對應的那個位置的磁盤是faulty           狀態。

   4、生成RAID的配置文件；

      mdadm.conf是該軟件的默認配置文件，主要作用是方便跟蹤軟RAID的配置，尤其是可以配置監視和事件上報選項。其中寫入每       一個陣列組成的詳細情況，用于在下次開啟陣列后依據此文件重新裝配開啟陣列，否則就需要在開啟時手動定義陣列中的成         員；當然是推薦創建該文件，防止出現意外情況。

   5、創建文件系統；

   6、掛載；

    7、查看陣列的詳細信息；

磁盤陣列管理：

    1、RAID5磁盤陣列中模擬一塊磁盤故障；下圖中模擬/dev/sdb盤損壞，發現熱備的盤/dev/sdd1/自動替換損壞的磁盤，并顯示數       據構建的進度條。

    2、移除損壞的磁盤；損壞的磁盤狀態是faulty.

    注意：對于有冗余的raid形式，在單一磁盤故障時一般能在一段時間內重建數據；但是數據量非常大時，重建會非常緩慢，且重          建系統過程壓力比較大，此時需要多關注系統負載，防止重建過程出現錯誤；在熱移除故障盤后，也需要盡快的換上新              硬盤，并且添加spare盤；在故障修復，重建重建之后，需要重新生成配置文件，防止在下次開啟時，按照最初的定義模            式開啟。

     3、RAID陣列添加新的組員；

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

     4、停止RAID設備；如下圖：

     5、激活RAID設備；如下圖：

     6、刪除RAID設備，如下圖：

•         先取消掛載：#umount /mnt/raid
•         停止RAID設備：mdadm -S /dev/md0
•         刪除配置文件：rf -f /etc/mdadm.conf
•         刪除/etc/fsatb 文件下的對應掛載信息
•         分別清除RAID成員上的raid元數據：

            # mdadm –zero-superblock /dev/sda6

 RAID-10的創建方法： 

      1、先創建兩個底層的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、用兩個RAID-1，創建上層RAID-0

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

      3、查看狀態；如下圖：

      4、創建配置文件

      5、停止與開啟陣列；

       上圖中：關閉與開啟過程，系統只能識別層級，關閉先關閉上層的RAID-0,再關閉底層的兩個RAID-1；

           開啟也是與關閉過程一樣；防止了沖突。