Linux——磁盘Part 4：磁盘阵列（raid0、raid1、raid5、raid6、raid1+0）

RAID磁盘阵列与阵列卡

RAID（Redundant Array of Independent Disks，中文简称：独立冗余磁盘阵列）是多块独立的物理硬盘按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术

RAID是把多块独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术

在用户看来，组成的磁盘组就像时一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。

组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAID Levels）。RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求

常用的RAID级别有以下几种：RAID0，RAID1，RAID5，RAID6，RAID1+0等

RAID 0（带区卷）

N块（N>=2）硬盘并行组成一个新的逻辑盘（N容量总和）

RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上（速度相当于提升2倍），因此具有很高的数据传输率，但它没有数据冗rong余，因此并不能算是真正的RAID结构
RAID 0只是单纯的提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将影响所有数据
RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合，不建议企业用户单独使用。

RAID 1（镜像卷）

N（偶数）块硬盘组合成一组镜像（N/2容量）

通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据
当原始数据繁忙时，可以直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1 可以提高读取性能
RAID 1 时磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据

RAID 5

N（N>=3）块硬盘组成阵列（N-1）/N容量

一份数据产生N-1个条带，同时还有1份校验数据，共N份数据在N块盘上循环均衡存储
N块盘同时读写，读性能很高，但由于有校验机制的问题，写性能相对不高
可靠性高，允许坏1块盘，不影响所有数据

RAID 6

N(N>=4）块盘组成阵列，（N-2）/N容量

与RAID 5相比，RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用
RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间，相对于RAID 5有更大的“写损失”，因此写性能较差

RAID 1+0

N(偶数，N>=4）块盘两两镜像后，再组合成一个RAID 0 （N/2容量）

N/2块盘同时写入，N块盘同时读取
性能高，可靠性高

阵列卡

阵列卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是由I/O处理器、硬盘控制器、硬盘连接器和缓存等一系列零组件构成的，不同的RAID卡支持的RAID功能不同，例如支持RAID0、RAID1、RAID5、RAID10等

RAID卡的接口类型：IDE接口、SCSI接口、 SATA接口、 SAS接口

IDE接口
- IDE（Intergrated Drive Electronics），即“电子集成驱动器”，本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器
- IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，特点时价格低廉、兼容性强
- IDE属于并行接口
SCSI接口
- SCSI（Small Computer System Interface），小型计算机系统接口，是同IDE完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术
- SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及支持热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端和高档工作站中
SATA接口
- SATA（Serial ATA）接口的硬盘又叫串口硬盘，由于采用串行方式传输数据而知名
- Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率
SAS接口
- SAS是新一代的SCSI技术，和现在流行的 Serial ATA （SATA）硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度
- SAS的接口技术可以向下兼容SATA

阵列卡的缓存

缓存（Cache）是RAID卡与外部总线交换数据的场所，RAID卡先将数据传送到缓存，再由缓存和外边数据总线交换数据。它是RAID卡电路板上的一块存储芯片，与硬盘盘片相比，具有极快的存取速度

缓存的大小与速度是直接关系到RAID卡的实际传输速度的重要因素，大缓存能够大幅度地提高数据命中率从而提高RAID卡整体性能

不同的RAID卡出厂时配备的内存容量不同，一般为几兆到数百兆容量不等

构建软RAID磁盘阵列

需求描述：
- 为Linux服务器添加4块SCSI硬盘
- 使用madadm软件包，构建RAID5磁盘阵列，提高硬盘存储的性能和可靠性
步骤：
安装madadm
准备用户RAID阵列的分区
- 为Linux服务器添加4块SCSI硬盘，并使用fdisk工具各划分出一块2GB的分区，依次为：/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1
- 将其类型ID更改为“fd”，对应为“Linux raid autodeted“，表示支持用于RAID磁盘阵列
创建RAID设备
在RAID设备中建立文件系统
挂载并使用文件系统

查看是否安装mdadm：rpm -qa | grep mdadm

mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1 移除
mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1 添加

raid 0 （条带卷）

先创建分区，更换fd格式

mdadm -C（创建） -v（显示详细过程） /dev/md0（创建raid的名字，起名字） -l0（指定raid0） -n（几块磁盘的意思）2（两块磁盘） /dev/sd[b-c]1（哪几块磁盘）

[root@localhost ~]#mdadm  -C -v /dev/md0 -l0 -n2 /dev/sd[b-c]1      //创建[root@localhost ~]#cat /proc/mdstat                            //查看阵列实时信息，过程，方法1
Personalities : [raid0]
md0 : active raid0 sdc1[1] sdb1[0]41908224 blocks super 1.2 512k chunksunused devices: <none>
[root@localhost ~]#mdadm -D /dev/md0                           //查看raid阵列详细信息，方法2
/dev/md0:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 09:36:45 2019Raid Level : raid0Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)Raid Devices : 2Total Devices : 2Persistence : Superblock is persistentUpdate Time : Thu Nov  7 09:36:45 2019State : clean Active Devices : 2Working Devices : 2Failed Devices : 0Spare Devices : 0Chunk Size : 512KConsistency Policy : noneName : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)UUID : ba69f781:dc5d3736:d7277806:2deca5f7Events : 0Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       17        0      active sync   /dev/sdb11       8       33        1      active sync   /dev/sdc1[root@localhost ~]#mkfs.xfs /dev/md0                           //格式化[root@localhost ~]#mkdir /raid0                                //创建目录[root@localhost ~]#vim /etc/fstab                               //进入配置文件自动挂载[root@localhost ~]# mount -a                                 //启动挂载

这里配置的时自动挂载，也可使用命令单次挂载（重启后挂载失效，需重挂），详见：磁盘分区、格式化、挂载https://blog.csdn.net/ML908/article/details/102907347

raid 1 （镜像卷）2块镜像，加一块备用

mdadm -C（创建） -v（显示详细过程） /dev/md1（创建raid的名字，起名字） -l1（指定raid1） -n（几块磁盘的意思）2（两块磁盘） /dev/sd[d-e]1（哪几块磁盘） -x1（指定1块备用） /dev/sdf1（哪几块磁盘备用）

[root@localhost ~]#mdadm -C -v /dev/md1 -l1 -n2 /dev/sd[d-e]1 -x1 /dev/sdf1      //创建[root@localhost ~]#cat /proc/mdstat                            //查看阵列实时信息，方法1[root@localhost ~]#mdadm -D /dev/md1                        //查看阵列详细信息，方法2[root@localhost ~]#mkfs.xfs /dev/md1                          //格式化[root@localhost ~]#mkdir /raid1                            //创建目录[root@localhost ~]#vim /etc/fstab                          //进入配置文件自动挂载[root@localhost ~]# mount -a                                 //启动挂载

查看raid1阵列详细信息：

[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md1     //查看阵列详细信息
/dev/md1:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 11:35:44 2019Raid Level : raid1…………省略部分内容Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       49        0      active sync   /dev/sdd1    //sdd1在使用1       8       65        1      active sync   /dev/sde1    //sde1在使用2       8       81        -      spare   /dev/sdf1           //sdf1备用磁盘

mdadm -f /dev/md1 dev/sdd1 删掉磁盘sdd1

sdf1将自动顶上

如下：

[root@localhost ~]# mdadm -f /dev/md1 /dev/sdd1   //删除磁盘sdd1
mdadm: set /dev/sdd1 faulty in /dev/md1
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md1             //查看阵列详细信息
/dev/md1:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 11:35:44 2019Raid Level : raid1                       …………省略部分内容Number   Major   Minor   RaidDevice State2       8       81        0      spare rebuilding   /dev/sdf1   1       8       65        1      active sync   /dev/sde10       8       49        -      faulty   /dev/sdd1    //sdd1被替换下来，sdf1在使用中

raid 5 （ 3块盘加一块备用）

[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md5 -l5 -n3 /dev/sd[b-d]1 -x1 /dev/sde    //创建
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: partition table exists on /dev/sde
mdadm: partition table exists on /dev/sde but will be lost ormeaningless after creating array
mdadm: size set to 20954112K
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md5 started.
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat                 //查看阵列实时信息，方法1
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdd1[4] sde[3](S) sdc1[1] sdb1[0]41908224 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_][===>.................]  recovery = 17.1% (3603584/20954112) finish=1.4min speed=200199K/secunused devices: <none>
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md5                //查看阵列详细信息，方法2
/dev/md5:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 12:25:25 2019Raid Level : raid5Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)Raid Devices : 3Total Devices : 4Persistence : Superblock is persistentUpdate Time : Thu Nov  7 12:26:23 2019State : clean, degraded, recovering Active Devices : 2Working Devices : 4Failed Devices : 0Spare Devices : 2Layout : left-symmetricChunk Size : 512KConsistency Policy : resyncRebuild Status : 57% completeName : localhost.localdomain:5  (local to host localhost.localdomain)UUID : 2dcb3007:89a72ec7:23ba6aee:93953214Events : 10Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1         //sdb1在使用1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1         //sdc1在使用4       8       49        2      spare rebuilding   /dev/sdd1    //sdd1在使用3       8       64        -      spare   /dev/sde         //sde备用磁盘[root@localhost ~]#mkfs.xfs /dev/md5                          //格式化[root@localhost ~]#mkdir /raid5                            //创建目录[root@localhost ~]#vim /etc/fstab                          //进入配置文件自动挂载[root@localhost ~]# mount -a                                 //启动挂载

raid 6 （ 4块盘加2块备用）

[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md6 -l6 -n4 /dev/sd[b-e]1 -x2 /dev/sd[f-g]1  //创建
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md6 started.
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md6             //查看阵列详细信息，方法2
/dev/md6:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 13:31:00 2019Raid Level : raid6Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)Raid Devices : 4Total Devices : 6Persistence : Superblock is persistentUpdate Time : Thu Nov  7 13:31:19 2019State : clean, resyncing Active Devices : 4Working Devices : 6Failed Devices : 0Spare Devices : 2Layout : left-symmetricChunk Size : 512KConsistency Policy : resyncResync Status : 23% completeName : localhost.localdomain:6  (local to host localhost.localdomain)UUID : b6f625fc:037a6507:62b0ed91:668e7d0bEvents : 3Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1    //sdb1在使用1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1     //sdc1在使用2       8       49        2      active sync   /dev/sdd1    //sdd1在使用3       8       65        3      active sync   /dev/sde1    //sde1在使用4       8       81        -      spare   /dev/sdf1     //sdf1备用磁盘5       8       97        -      spare   /dev/sdg1     //sdg1备用磁盘
[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat            //查看阵列实时信息，方法1
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md6 : active raid6 sdg1[5](S) sdf1[4](S) sde1[3] sdd1[2] sdc1[1] sdb1[0]41908224 blocks super 1.2 level 6, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU][===================>.]  resync = 95.3% (19973980/20954112) finish=0.0min speed=206534K/secunused devices: <none>[root@localhost ~]#mkfs.xfs /dev/md6                          //格式化[root@localhost ~]#mkdir /raid6                            //创建目录[root@localhost ~]#vim /etc/fstab                          //进入配置文件自动挂载[root@localhost ~]# mount -a                                 //启动挂载

raid 1+0（4块硬盘，加2块备用）

[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md10 -l1 -n2 /dev/sd[b-c]1 -x1 /dev/sdd1  //创建raid0
mdadm: Note: this array has metadata at the start andmay not be suitable as a boot device.  If you plan tostore '/boot' on this device please ensure thatyour boot-loader understands md/v1.x metadata, or use--metadata=0.90
mdadm: size set to 20954112K
Continue creating array?
Continue creating array? (y/n) y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md10 started.
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md10              //查看阵列详细信息，方法2
/dev/md10:…………省略部分信息Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1   //sdb1在使用中1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1   //sdc1在使用中2       8       49        -      spare   /dev/sdd1         //sdd1备用磁盘[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md1 -l1 -n2 /dev/sd[e-f]1 -x1 /dev/sdg1   //创建raid0
mdadm: Note: this array has metadata at the start andmay not be suitable as a boot device.  If you plan tostore '/boot' on this device please ensure thatyour boot-loader understands md/v1.x metadata, or use--metadata=0.90
mdadm: size set to 20954112K
Continue creating array?
Continue creating array? (y/n) y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md1                //查看阵列详细信息，方法2
/dev/md1:Version : 1.2…………省略部分信息Number   Major   Minor   RaidDevice State0       8       65        0      active sync   /dev/sde1    //sde1在使用中1       8       81        1      active sync   /dev/sdf1    //sdf1在使用中2       8       97        -      spare   /dev/sdg1        //sdg1备用磁盘[root@localhost ~]# mdadm -C -v /dev/md110 -l0 -n2 /dev/md10 /dev/md1      //创建raid 1+0
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md110 started.[root@localhost ~]# cat /proc/mdstat                 //查看阵列信息，过程，方法1
Personalities : [raid1] [raid0]
md110 : active raid0 md1[1] md10[0]41875456 blocks super 1.2 512k chunksmd1 : active raid1 sdg1[2](S) sdf1[1] sde1[0]20954112 blocks super 1.2 [2/2] [UU]md10 : active raid1 sdd1[2](S) sdc1[1] sdb1[0]20954112 blocks super 1.2 [2/2] [UU]unused devices: <none>
[root@localhost ~]# mdadm -D /dev/md110
/dev/md110:Version : 1.2Creation Time : Thu Nov  7 19:13:01 2019Raid Level : raid0Array Size : 41875456 (39.94 GiB 42.88 GB)Raid Devices : 2Total Devices : 2Persistence : Superblock is persistentUpdate Time : Thu Nov  7 19:13:01 2019State : clean Active Devices : 2Working Devices : 2Failed Devices : 0Spare Devices : 0Chunk Size : 512KConsistency Policy : noneName : localhost.localdomain:110  (local to host localhost.localdomain)UUID : 3c6d322f:b1da560b:b4a87bdf:bccee99aEvents : 0Number   Major   Minor   RaidDevice State0       9       10        0      active sync   /dev/md10   //md10使用中，raid11       9        1        1      active sync   /dev/md1    //md1使用中，raid1

raid1+0 在这里是创建两个raide1，并为两个raid1各加了一块磁盘作为备份，将两个raid1再做一个raid0。这里raid 1+0 的存储容量，因为是做了镜像的，所以是4块磁盘一半的容量，也就是2个磁盘的容量