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Linux 之 RAID 磁盘阵列

目录

  • 一、RAID磁盘阵列
    • 1.1 RAID磁盘阵列介绍
    • 1.2 常用的RAID级别
      • 1.2.1 RAID 0(条带化存储)
      • 1.2.2 RAID 1 (镜像存储)
      • 1.2.3 RAID5 磁盘列阵
      • 1.2.3 RAID6 磁盘列阵
      • 1.2.4 RAID 1+0(先做镜像,再做条带)
      • 1.2.5 RAID 0+1(先做条带,再做镜像)
    • 1.3 各个RAID级别的对比
  • 二、操作练习
  • 三、阵列卡


一、RAID磁盘阵列

1.1 RAID磁盘阵列介绍

 RAID 是 Redundant Array of Independent Disks 的缩写, 简称 独立冗余磁盘阵列。主要就是将磁盘资源集中进行管理。

  • 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,逻辑上形成一个硬盘,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
  • 组成磁盘阵列的不同方式称为 RAID级别(RAID Levels)
  • 常用的RAID级别 有: RAID0,RAID1,RAID5,RAID6,RAID1+0 等。

1.2 常用的RAID级别

 磁盘阵列介绍:

1.2.1 RAID 0(条带化存储)

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,因此具有很高的数据传输率,但它没有数据冗余;

RAID 0 只是单纯地提高性能,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到所有数据;

RAID 0 不能应用于数据安全性要求高的场合;

RAID 0 N块硬盘并行组合成一个新的逻辑盘;

优点:拥有所有RAID级别中最高的存储性能。原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取,这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。所以传输速率很快;

缺点:没有备份功能,可靠性差,当一个硬盘的数据丢失时,会影响所有的数据,所以不用应用与数据安全性要求高的场所。

在这里插入图片描述

1.2.2 RAID 1 (镜像存储)

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 是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 1 N(偶数)块硬盘组合成一组镜像,N/2容量

在这里插入图片描述

优点:能最大限度的保证用户数据的可用性和数据安全性。其主要功能就是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。因此RAID1在RAID级别中拥有最高的数据安全保障和较高的读性能。

缺点:由于数据的百分之百备份,备份数据占了总存储空间的一半,因次磁盘空间利用率低,存储成本在RAID级别中最高。

1.2.3 RAID5 磁盘列阵

N(N>=3) 块盘组成阵列,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

(N-1) /N磁盘利用率

可靠性高,允许坏1块盘,不影响所有数据

在这里插入图片描述

优点:存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。RAID 5对比RAID1的备份方式,RAID5备份的不是数据本身,而是把数据和相对应的校验数据分别存储到组成RAID5的各个磁盘上,所以当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后,可以利用剩下的数据和相对应的校验数据去恢复被损坏的数据,可靠性高。

缺点:因为校验机制问题,导致写的性能相对不高

1.2.3 RAID6 磁盘列阵

在这里插入图片描述

优点:与RAID 5类似,只是校验数据比RAID 5多了一份独立的奇偶校验信息块,且两个校验数据拥有不同的算法,安全性比RAID 5更高。
缺点:写性能较差

1.2.4 RAID 1+0(先做镜像,再做条带)

N(偶数,N>=4)块盘两两镜像后,再组合成一个RAID 0

N/2磁盘利用率

N/2块盘同时写入,N块盘同时读取性能高,可靠性高
在这里插入图片描述

优点:RAID 1+0是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与 RAID 1一样的数据安全保障的同时,也提供了与RAID 0近似的存储性能。

缺点:由于RAID 1+0也通过数据的100%备份提供数据安全保障,因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID1相同,存储成本高。

1.2.5 RAID 0+1(先做条带,再做镜像)

  • 读写性能与RAID 1+0 相同
  • 安全性低于 RAID 1+0
    在这里插入图片描述

1.3 各个RAID级别的对比

RAID级别硬盘数量磁盘利用率是否有校验保护能力读写性能
RAID 0N100%单个硬盘的N倍(最好)
RAID 1N(偶数)50%允许一个设备故障读和单个硬盘无分别,写则要写两边
RAID 5N >=3(N-1) / N允许一个设备故障读和RAID 0近似,写<单个硬盘
RAID 6N >=4(N-2) / N允许两个设备故障读写都近似与RAID 5,写入<RAID 5
RAID 10N >=4(偶数)50%允许两个基组中各坏一个读=RAID 0,写=RAID 1

二、操作练习

创建软RAID磁盘阵列步骤

 RAID 5 做实验。

1、检查是否已安装mdadm软件包
rpm -q mdadm
yum install -y mdadm

2、使用fdisk工具将新磁盘设备/dev/sdb、/dev/sdc、 /dev/sdd、 /dev/sde
划分出主分区sdb1、sdc1、 sdd1、 sde1, 并且把分区类型的ID 标记号改为“fd”

fdisk /dev/sdb
fdisk /dev/sdc

n  p  回车  回车  t  fd  w

3、创建RAID设备

创建RAID5
mdadm -C -v /dev/md0 [-a yes] -15 -n3 /dev/sd[bcd]1 -x1 /dev/sde1

cat /proc/ mdstat                 还能查看创建RAID的进度
或者        
mdadm -D /dev/md0      

watch -n 10 'cat /proc/mdstat'    用watch命令来每隔一段时间刷新/proc/mdstat 的输出

-c:                      表示新建
-v:                      显示创建过程中的详细信息
/dev/md0:                创建RAID5 的名称
-a yes:                  --auto, 表示如果有什么设备文件没有存在的话就自动创建,可省略。
-l:                      指定RAID的级别,15表示创建RAID5
-n:                      指定使用几块硬盘创建RAID, n3表示使用3块硬盘创建RAID
/dev/sd[bcd]1:           指定使用这3块磁盘分区去创建RAID
-x:                      指定使用几块硬盘做RAID的热备用盘,x1表示保留1块空闲的硬盘作备用
/dev/sde1:               指定用作于备用的磁盘



4、创建并挂载文件系统
mkfs -t xfs /dev/md0
mkdir /lpl
mount /dev/md0 /lpl
df -Th


cp /etc/fstab /etc/fstab.bak
vim /etc/fstab
/dev/md0     /lpl       xfs     defaults    0    0

5、实现故障恢复
mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1         模拟/dev/sdb1故障
mdadm -D /dev/md0                   查看发现sde1已顶替sdb1
 
6、创建/etc/mdadm.conf 配置文件,方便管理软RAID的配置,比如启动、停止
echo 'DEVICE /dev/sdc1 /dev/sdb1 /dev/sdd1 /dev/sde1' > /etc/mdadm.conf
mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm.conf

mdadm命令其它常用选项
-r:移除设备
-a:添加设备
-S:停止RAID
-A:启动RAID

mdadm /dev/md0 -f /dev/ sdb1
mdadm /dev/md0 -r /dev/ sdbl
mdadm /dev/md0 -a /dev/ sde1

echo 'DEVICE /dev/sdc1 /dev/sdb1 /dev/sdd1' > /etc/mdadm.conf
mdadm --detail --scan >> /etc/ mdadm.conf

umount /dev/md0
mdadm -S /dev/md0
mdadm -As /dev/md0
#-s: 指查找/etc/mdadm.conf 文件中的配置信息

三、阵列卡

阵列卡

  • 阵列卡是用来实现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组件构成的
  • 不同的RAID卡支持的RAID功能不同
  • RAID卡的接口类型:IDE接口、SCSI接口、SATA接口和SAS接口

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;
  • 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;
  • 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。

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