linux-RAID磁盘冗余阵列

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，并将数据依次写入到各个物理硬盘中。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disk1和disk2硬盘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。

2. RAID 1

尽管RAID 0技术提升了硬盘设备的读写速度，但是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。如下图所示，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。

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，图7-2所示的硬盘空间的真实可用率只有50%，由三块硬盘设备组成的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磁盘阵列组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；下图中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。

4. RAID 10

鉴于RAID 5技术是因为硬盘设备的成本问题对读写速度和数据的安全性能而有了一定的妥协，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”。如图7-4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，只要坏的不是同一组中的所有硬盘，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的性能都超过了RAID 5，因此当前成为广泛使用的一种存储技术。

5、部署磁盘阵列

首先，需要在虚拟机中添加4块硬盘设备来制作一个RAID 10磁盘阵列

mdadm命令用于管理Linux系统中的软件RAID硬盘阵列，格式为“mdadm [模式] <RAID设备名称> [选项] [成员设备名称]”。mdadm命令的常用参数以及作用如表7-1所示。

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

接下来，使用mdadm命令创建RAID 10，名称为“/dev/md0”。

此时，就需要使用mdadm中的参数了。其中，-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；-a yes参数代表自动创建设备文件；-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@node1 ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -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 10476544K
mdadm: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

其次，把制作好的RAID磁盘阵列格式化为ext4格式

[root@node1 ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
1310720 inodes, 5238272 blocks
261913 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2153775104
160 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
    4096000

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

再次，创建挂载点然后把硬盘设备进行挂载操作。挂载成功后可看到可用空间为20GB。

[root@node1 ~]# mkdir /RAID
[root@node1 ~]# mount /dev/md0 /RAID/
[root@node1 ~]# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3       8.9G  1.8G  7.2G  20% /
devtmpfs        479M     0  479M   0% /dev
tmpfs           489M     0  489M   0% /dev/shm
tmpfs           489M  6.8M  482M   2% /run
tmpfs           489M     0  489M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1      1014M  120M  895M  12% /boot
tmpfs            98M     0   98M   0% /run/user/0
/dev/md0         20G   45M   19G   1% /RAID

最后，查看/dev/md0磁盘阵列的详细信息，并把挂载信息写入到配置文件中，使其永久生效。

[root@node1 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Aug  8 10:30:45 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 20953088 (19.98 GiB 21.46 GB)
     Used Dev Size : 10476544 (9.99 GiB 10.73 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Aug  8 10:33:47 2019
             State : active 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : node1:0  (local to host node1)
              UUID : 59e0592a:8e74cb81:5a4fbc9c:3d9dd114
            Events : 20

    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
[root@node1 ~]# echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

损坏磁盘阵列以及修复

在生产环境中部署RAID 10磁盘阵列组目的是为了提高存储设备的IO读写速度以及数据的安全性。现在在本地虚拟机中模拟磁盘阵列中的某一块磁盘损坏，以及如何进行修复。

[root@node1 ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb 
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Aug  8 10:30:45 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 20953088 (19.98 GiB 21.46 GB)
     Used Dev Size : 10476544 (9.99 GiB 10.73 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Aug  8 10:37:48 2019
             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 : node1:0  (local to host node1)
              UUID : 59e0592a:8e74cb81:5a4fbc9c:3d9dd114
            Events : 21

    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

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命令来予以替换即可，在此期间我们可以在/RAID目录中正常地创建或删除文件。

[root@node1 ~]# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb
mdadm: hot removed /dev/sdb from /dev/md0
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# 
[root@node1 ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdb
[root@node1 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Aug  8 10:30:45 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 20953088 (19.98 GiB 21.46 GB)
     Used Dev Size : 10476544 (9.99 GiB 10.73 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Aug  8 10:42:42 2019
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : node1:0  (local to host node1)
              UUID : 59e0592a:8e74cb81:5a4fbc9c:3d9dd114
            Events : 41

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       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

6、磁盘阵列+备份盘

RAID 10磁盘阵列中最多允许50%的硬盘设备发生故障，但是存在这样一种极端情况，即同一RAID 1磁盘阵列中的硬盘设备若全部损坏，也会导致数据丢失。换句话说，在RAID 10磁盘阵列中，如果RAID 1中的某一块硬盘出现了故障，而我们正在前往修复的路上，恰巧该RAID1磁盘阵列中的另一块硬盘设备也出现故障，那么数据就被彻底丢失了。在这样的情况下，该怎么办呢？其实，我们完全可以使用RAID备份盘技术来预防这类事故。该技术的核心理念就是准备一块足够大的硬盘，这块硬盘平时处于闲置状态，一旦RAID磁盘阵列中有硬盘出现故障后则会马上自动顶替上去。其实际就是RAID 5+备份盘。在部署RAID 5磁盘阵列时，至少需要用到3块硬盘，还需要一个备份硬盘，所以加起来一共需要4块硬盘。

现在创建一个RAID 5磁盘阵列+备份盘。在下面的命令中，参数-n 3代表创建这个RAID 5磁盘阵列所需的硬盘数，参数-l 5代表RAID的级别，而参数-x 1则代表有一块备份盘。当查看/dev/md0（即RAID 5磁盘阵列的名称）磁盘阵列的时候就能看到有一块备份盘在等待中了。

[root@node1 ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 10476544K
mdadm: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
[root@node1 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Aug  8 10:29:03 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 20953088 (19.98 GiB 21.46 GB)
     Used Dev Size : 10476544 (9.99 GiB 10.73 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Aug  8 10:30:47 2019
             State : clean 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : node1:0  (local to host node1)
              UUID : 923fc0db:c8f35eae:ee44a33e:ef2e557b
            Events : 18

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       3       8       64        -      spare   /dev/sde

现在将部署好的RAID 5磁盘阵列格式化为ext4文件格式，然后挂载到目录上。

[root@node1 ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
1310720 inodes, 5238272 blocks
261913 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2153775104
160 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
    4096000

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

[root@node1 ~]# echo "/dev/md0 /RAID ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab
[root@node1 ~]# mkdir /RAID
[root@node1 ~]# mount /dev/md0 /RAID/
[root@node1 ~]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3 8.9G 1.8G 7.2G 20% /
devtmpfs 479M 0 479M 0% /dev
tmpfs 489M 0 489M 0% /dev/shm
tmpfs 489M 6.8M 482M 2% /run
tmpfs 489M 0 489M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 1014M 120M 895M 12% /boot
tmpfs 98M 0 98M 0% /run/user/0
/dev/md0 20G 45M 19G 1% /RAID

我们将/dev/sdb移出磁盘阵列，模拟硬盘损坏这种场景，然后查看/dev/md0磁盘阵列的状态，就会发现备份盘已经被自动顶替上去，并开始了数据同步。

[root@node1 ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@node1 ~]# mdadm -D /dev/md0 
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Aug  8 10:29:03 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 20953088 (19.98 GiB 21.46 GB)
     Used Dev Size : 10476544 (9.99 GiB 10.73 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Aug  8 10:37:09 2019
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 2
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 6% complete

              Name : node1:0  (local to host node1)
              UUID : 923fc0db:c8f35eae:ee44a33e:ef2e557b
            Events : 20

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       3       8       64        0      spare rebuilding   /dev/sde
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

友情链接：https://www.linuxprobe.com/chapter-07.html

posted @ 2019-08-08 09:48 虫儿飞_mustartk 阅读(268) 评论(0) 收藏举报

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