RAID（冗余阵列独立磁盘）

RAID简介

RAID（冗余阵列独立磁盘）是一种将多个物理磁盘组合在一起以提供数据冗余或性能增强的技术。

1988年，美国加利福尼亚大学伯克利分校首次提出并定义了RAID技术的概念。RAID技术通过把多个硬盘设备组合成一个容量更大、安全性更好的磁盘阵列，并把数据切割成多个区段后分别存放在各个不同的物理硬盘设备上，然后利用分散读写技术来提升磁盘阵列整体的性能，同时把多个重要数据的副本同步到不同的物理硬盘设备上，从而起到了非常好的数据冗余备份效果。

1. RAID 0

RAID 0技术把多块物理硬盘设备（至少两块）通过硬件或软件的方式串联在一起，组成一个大的卷组，并将数据依次写入各个物理硬盘中。这样一来，在最理想的状态下，硬盘设备的读写性能会提升数倍，但是若任意一块硬盘发生故障，将导致整个系统的数据都受到破坏。通俗来说，RAID 0技术能够有效地提升硬盘数据的吞吐速度，但是不具备数据备份和错误修复能力。如下图所示，数据被分别写入到不同的硬盘设备中，即硬盘A和硬盘B设备会分别保存数据资料，最终实现提升读取、写入速度的效果。

第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术

2. RAID 1

尽管RAID 0技术提升了硬盘设备的读写速度，但它是将数据依次写入到各个物理硬盘中。也就是说，它的数据是分开存放的，其中任何一块硬盘发生故障都会损坏整个系统的数据。因此，如果生产环境对硬盘设备的读写速度没有要求，而是希望增加数据的安全性时，就需要用到RAID 1技术了。

在下图所示的RAID 1技术示意图中可以看到，它是把两块以上的硬盘设备进行绑定，在写入数据时，是将数据同时写入到多块硬盘设备上（可以将其视为数据的镜像或备份）。当其中某一块硬盘发生故障后，一般会立即自动以热交换的方式来恢复数据的正常使用。

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考虑到在进行写入操作时因硬盘切换带来的开销，因此RAID 1的速度会比RAID 0有微弱地降低。但在读取数据的时候，操作系统可以分别从两块硬盘中读取信息，因此理论读取速度的峰值可以是硬盘数量的倍数。另外，平时只要保证有一块硬盘稳定运行，数据就不会出现损坏的情况，可靠性较高。

RAID 1技术虽然十分注重数据的安全性，但是因为是在多块硬盘设备中写入了相同的数据，因此硬盘设备的利用率得以下降。从理论上来说，上图所示的硬盘空间的真实可用率只有50%，由3块硬盘设备组成的RAID 1磁盘阵列的可用率只有33%左右；以此类推。而且，由于需要把数据同时写入到两块以上的硬盘设备，这无疑也在一定程度上增大了系统计算功能的负载。

3. RAID 5

如下图所示，RAID5技术是把硬盘设备的数据奇偶校验信息保存到其他硬盘设备中。RAID 5磁盘阵列中数据的奇偶校验信息并不是单独保存到某一块硬盘设备中，而是存储到除自身以外的其他每一块硬盘设备上。这样的好处是，其中任何一设备损坏后不至于出现致命缺陷。图中Parity部分存放的就是数据的奇偶校验信息。换句话说，就是RAID 5技术实际上没有备份硬盘中的真实数据信息，而是当硬盘设备出现问题后通过奇偶校验信息来尝试重建损坏的数据。RAID这样的技术特性“妥协”地兼顾了硬盘设备的读写速度、数据安全性与存储成本问题。

第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术

RAID 5最少由3块硬盘组成，使用的是硬盘切割（Disk Striping）技术。相较于RAID 1级别，好处就在于保存的是奇偶校验信息而不是一模一样的文件内容，所以当重复写入某个文件时，RAID 5级别的磁盘阵列组只需要对应一个奇偶校验信息就可以，效率更高，存储成本也会随之降低。

4. RAID 10

RAID 5技术是出于硬盘设备的成本问题对读写速度和数据的安全性能有了一定的妥协，但是大部分企业更在乎的是数据本身的价值而非硬盘价格，因此在生产环境中主要使用RAID 10技术。

顾名思义，RAID 10技术是RAID 1+RAID 0技术的一个“组合体”。如下图所示，RAID 10技术需要至少4块硬盘来组建，其中先分别两两制作成RAID 1磁盘阵列，以保证数据的安全性；然后再对两个RAID 1磁盘阵列实施RAID 0技术，进一步提高硬盘设备的读写速度。这样从理论上来讲，只要坏的不是同一阵列中的所有硬盘，那么最多可以损坏50%的硬盘设备而不丢失数据。由于RAID 10技术继承了RAID 0的高读写速度和RAID 1的数据安全性，在不考虑成本的情况下RAID 10的性能也超过了RAID 5，因此当前成为广泛使用的一种存储技术。

第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术第7章使用RAID与LVM磁盘阵列技术

RAID 0、1、5、10方案技术对比

RAID级别	最少硬盘	可用容量	读写性能	安全性	特点
0	2	n	n	低	追求最大容量和速度，任何一块盘损坏，数据全部异常。
1	2	n/2	n/2	高	追求最大安全性，只要阵列组中有一块硬盘可用，数据不受影响。
5	3	n-1	n-1	中	在控制成本的前提下，追求硬盘的最大容量、速度及安全性，允许有一块硬盘异常，数据不受影响。
10	4	n/2	n/2	高	综合RAID1和RAID0的优点，追求硬盘的速度和安全性，允许有一半硬盘异常（不可同组），数据不受影响

部署磁盘阵列

当前，生产环境中用到的服务器一般都配备RAID阵列卡，尽管服务器的价格越来越便宜，但是我们没有必要为了做一个实验而去单独购买一台服务器，而是可以学会使用mdadm命令在Linux系统中创建和管理软件RAID磁盘阵列，而且它涉及的理论知识和操作过程与生产环境中的完全一致。

mdadm用于创建、调整、监控和管理RAID设备，英文全称为“multiple devices admin”，语法格式为“mdadm参数硬盘名称”。

yum install mdadm

1.添加四块硬盘设备

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mdadm命令的常用参数和作用

参数	作用
-a	检测设备名称
-n	指定设备数量
-l	指定RAID级别
-C	创建
-v	显示过程
-f	模拟设备损坏
-r	移除设备
-Q	查看摘要信息
-D	查看详细信息
-S	停止RAID磁盘阵列

-C参数代表创建一个RAID阵列卡；-v参数显示创建的过程，同时在后面追加一个设备名称/dev/md0，这样/dev/md0就是创建后的RAID磁盘阵列的名称；-n 4参数代表使用4块硬盘来部署这个RAID磁盘阵列；而-l 10参数则代表RAID 10方案；最后再加上4块硬盘设备的名称就搞定了。

[root@zuolaoshi ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -n 4 -l 10 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

初始化过程大约需要1分钟左右，期间可以用-D参数进行查看。也可以用-Q参数查看简要信息：

[root@zuolaoshi ~]# mdadm -Q /dev/md0
/dev/md0: 39.97GiB raid10 4 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.

等两三分钟后，把制作好的RAID磁盘阵列格式化为Ext4格式：

[root@zuolaoshi ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
mke2fs 1.44.3 (10-July-2018)
Creating filesystem with 10477056 4k blocks and 2621440 inodes
Filesystem UUID: d1c68318-a919-4211-b4dc-c4437bcfe9da
Superblock backups stored on blocks: 
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
    4096000, 7962624

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (65536 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

随后，创建挂载点，将硬盘设备进行挂载操作：

[root@zuolaoshi ~]# mkdir /RAID
[root@zuolaoshi ~]# mount /dev/md0 /RAID
[root@zuolaoshi ~]# df -h
Filesystem             Size  Used Avail Use% Mounted on
devtmpfs               969M     0  969M   0% /dev
tmpfs                  984M     0  984M   0% /dev/shm
tmpfs                  984M  9.6M  975M   1% /run
tmpfs                  984M     0  984M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/rhel-root   17G  3.9G   14G  23% /
/dev/sr0               6.7G  6.7G     0 100% /media/cdrom
/dev/sda1             1014M  152M  863M  15% /boot
tmpfs                  197M   16K  197M   1% /run/user/42
tmpfs                  197M  3.5M  194M   2% /run/user/0
/dev/md0                40G   49M   38G   1% /RAID

再来查看/dev/md0磁盘阵列设备的详细信息，确认RAID级别（Raid Level）、阵列大小（Array Size）和总硬盘数（Total Devices）都是否正确：

[root@zuolaoshi ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Wed Jan 13 08:24:58 2021
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Jan 14 04:49:57 2021
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host linuxprobe.com)
              UUID : 289f501b:3f5f70f9:79189d77:f51ca11a
            Events : 17

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync set-A   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

如果想让创建好的RAID磁盘阵列能够一直提供服务，不会因每次的重启操作而取消，那么一定要记得将信息添加到/etc/fstab文件中，这样可以确保在每次重启后RAID磁盘阵列都是有效的。

[root@zuolaoshi ~]# echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab
[root@zuolaoshi ~]# cat /etc/fstab
#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Tue Jul 21 05:03:40 2020
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under '/dev/disk/'.
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info.
#
# After editing this file, run 'systemctl daemon-reload' to update systemd
# units generated from this file.
#
/dev/mapper/rhel-root                       /                 xfs         defaults      0 0
UUID=2db66eb4-d9c1-4522-8fab-ac074cd3ea0b   /boot             xfs         defaults      0 0
/dev/mapper/rhel-swap                       swap              swap        defaults      0 0
/dev/cdrom                                  /media/cdrom      iso9660     defaults      0 0 
/dev/md0                                    /RAID             ext4        defaults      0 0

损坏磁盘阵列及修复

之所以在生产环境中部署RAID 10磁盘阵列，就是为了提高存储设备的IO读写速度及数据的安全性，但因为我们的硬盘设备是在虚拟机中模拟出来的，所以对于读写速度的改善可能并不直观。下面决定给同学们讲解一下RAID磁盘阵列损坏后的处理方法，以确保大家以后在步入运维岗位后不会因为突发事件而手忙脚乱。

在确认有一块物理硬盘设备出现损坏而不能再继续正常使用后，应该使用mdadm命令将其移除，然后查看RAID磁盘阵列的状态，可以发现状态已经改变：

[root@zuolaoshi ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@zuolaoshi ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Jan 14 05:12:20 2021
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Jan 14 05:33:06 2021
             State : clean, degraded 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 81ee0668:7627c733:0b170c41:cd12f376
            Events : 19

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       -       0        0        0      removed
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

刚刚使用的-f参数是让硬盘模拟损坏的效果。为了能够彻底地将故障盘移除，还要再执行一步操作：

[root@zuolaoshi ~]# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb
mdadm: hot removed /dev/sdb from /dev/md0

在RAID 10级别的磁盘阵列中，当RAID 1磁盘阵列中存在一个故障盘时并不影响RAID 10磁盘阵列的使用。当购买了新的硬盘设备后再使用mdadm命令予以替换即可，在此期间可以在/RAID目录中正常地创建或删除文件。由于我们是在虚拟机中模拟硬盘，所以先重启系统，然后再把新的硬盘添加到RAID磁盘阵列中。

更换硬盘后再次使用-a参数进行添加操作，系统默认会自动开始数据的同步工作。使用-D参数即可看到整个过程和进度（用百分比表示）：

[root@zuolaoshi ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdb
[root@zuolaoshi ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Jan 14 05:12:20 2021
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Jan 14 05:37:32 2021
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 77% complete

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : 81ee0668:7627c733:0b170c41:cd12f376
            Events : 34

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       8       16        0      spare rebuilding    /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

Z笔记

左老师的课堂笔记

RAID（冗余阵列独立磁盘）

RAID简介

RAID 0、1、5、10方案技术对比

损坏磁盘阵列及修复