Linux磁盘阵列

RAID（Redundant Array of Independent Disk，独立冗余磁盘阵列）是一种把多块独立的硬盘（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与数据备份能力的技术。RAID特色是N块硬盘同时读取速度加快及提供容错性（Fault Tolerant）。RAID磁盘阵列系统，是由美国加州大学伯克利分校Patterson教授，于1988年首先提出的。为什么会提出这个磁盘阵列系统呢？

因为在计算机发展的初期，大容量磁盘的价格还相当高。满足数据存储大容量需求和解决存储安全问题的主要方法，是使用磁带机等设备进行备份。这种存储方法虽然可以满足较大容量的数据存储需求，保证了一定程度上的数据安全，但查阅和存储工作都相当繁琐。1987年，Patterson、Gibson和Katz三位工程师，在加州大学伯克利分校发表了题为《A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks（廉价磁盘冗余陈列方案）》的论文，其基本思想就是将多个容量较小的、相对廉价的磁盘驱动器进行有机组合，使其性能超过一个昂贵的大磁盘。这一设计思想很快被业界接受。从此，RAID技术得到了广泛应用，数据存储进入了更快速、更安全和更廉价的新时代。

另外，RAID有好几个级别，不同的RAID级别对应于不同的性能、容量和可靠性，它们各自的侧重点不同。常见的有Raid0--Raid7，还有组合的Raid10、Raid50等。现在说下我所了解的几种常用的级别：

RAID0：将多块磁盘组合起来，在逻辑上成为一块使用。要实现RAID0必须要有两个以上的磁盘。其保存数据的特点是：将数据分成特定大小的数据片（chunk）保存在不同的磁盘上。而且其读取数据的方式也是同时从不同磁盘上读取的。所以这个级别的raid的性能是最高的，写入速度快，读取速度快。但是其风险也高，因为只要其中有一块磁盘坏了，那保存的数据也就不完整来了，那么所有的数据也就不可用了，而且也没有冗余功能。所以说RAID0的特点是：性能高，风险高；

RAID1：镜像结构。要实现RAID1需要的磁盘必须是2的倍数，最少两块。其保存数据的特点是：将数据同时完整的写入到两块磁盘上，所以其写入速度就会慢点了。不过读取速度会快点，因为其也是从多块磁盘是同时读取的，这个磁盘读取前半部分，另一个读取后半部分，所以速度会快点了。又由于数据在保存的时候是保存两份的，所以其磁盘利用率只有1/2了。不过其数据安全性是最高的，因为一块磁盘坏了，另一块磁盘里依然还有完整的数据。RAID1的特点是：数据安全性最好，磁盘利用率最低（只有磁盘利用率的50%）。

RAID4：带奇偶校验码的结构。要实现RAID4最少需要3块磁盘。其中一块磁盘用来存储奇偶校验码，其数据存储的方式也是将数据分成特定大小的数据片（chunk）保存在剩下的磁盘上。它是以数据的校验位来保证数据的安全的。所以它兼有raid0和raid1的优点，不过当数据损坏时，就需要占用大量的资源来计算校验码来恢复数据了，由于每次都需要进行计算才能得出数据，所以此时读取数据的速度就慢的多了。而且也会对存放校验码的那块磁盘造成很大的压力，使其比其他磁盘容易损坏。

RAID5：循环奇偶校验码的结构。要实现RAID5最少也需要3块磁盘。与RAID4不同的是其校验码不再是全放在一块磁盘上的，而是循环的存放在不同的磁盘上的。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。RAID5的优点是提供了冗余性（支持一块盘掉线后仍然正常运行），磁盘空间利用率较高（N-1/N），读写速度较快（N-1倍）。其最大的好处就是第一个了，就是在一块磁盘掉线的情况下，依然可以正常工作。

RAID6：两种奇偶校验码的结构。要实现RAID6最少需要4块磁盘。其中两块磁盘用来存放奇偶校验码。其它的就不多说了，其最大的优点是当两块磁盘同时出现故障的时候，依然可以保证数据的安全。

RAID10：它是RAID１和RAID0的组合，就是先镜像再组合。最少也是四块磁盘，且是偶数个磁盘才能使用。我们以四块为例，将四块磁盘分成两组，每组两块。先将这两组分别做成RAID１，然后将这两个RAID１再做成RAID0。RAID10有着不错的读取速度，而且拥有比RAID0更高的数据安全性。除非做成RAID1的一组磁盘同时坏掉，不然RAID10就可以正常工作。

有冗余功能：1、4、5、6、1
提高写入功能：0、4、5、6、10

上面简单的介绍了下RAID的相关知识，下面就来看看如何实现RAID吧！

实现RAID有两种方式，一种是基于软件，另一种就是基于硬件的了。基于软件的这种就是将其做成内核的功能模块，然后通过一些命令与内核交互来实现RAID；基于硬件的是将其固化在主板上，将其功能写入到raid芯片上。两者哪儿个好呢？那肯定是基于硬件的了，不过其成本比较高。在这里我们来看下软raid的实现方法。

RAID在系统上的标识：Hard：/dev/sd# ; ; Soft：/dev/md#

实现软raid我们使用的是mdadm这个模式化命令。简单的介绍下mdadm这个命令吧！

MODES（模式）：

Assemble：装配模式；将一个已经停掉的软raid重新识别成raid设备，使其可以正常使用；
Create：创建模式；建立新的软raid设备；
Follow or Monitor：监控模式；监控raid的工作状态；
Grow：扩展模式；新增磁盘；
Manage：管理模式；用于raid的配置的，可以实现raid的停用、删除、更换。

OPTION（选项）：

-A：标识工作于装配模式；
-C：标识工作于创建模式；
-F：标识工作于监控模式；
-G：标识工作于扩展模式；
--add
--fail
--remove：可以自动识别工作于管理模式；
-v，--verbose：表示详细信息；
-s，--scan：扫描；

Create、Grow这两种模式的常用选项：

-n：用于指定创建raid设备时使用的磁盘个数；
-x：用于指定创建raid设备时使用的空闲盘的个数；功能是当某块磁盘坏了的时候，自动替代掉坏的磁盘；
-c：用于指定数据片（chunk）的大小，默认是64k；
-l：用于指定创建的是哪儿个级别的RAID；

了解了mdadm的简单知识，下面我们就来看看如何创建RAID吧！这里我们在虚拟机上用同一磁盘的不同分区做介绍，但是在实际操作中是不可以这样做的。我们这里只是为了方便了解其使用方法，以创建RAID0为例：

1、创建磁盘分区

在这就不演示怎么创建分区了，就是使用fdisk这个命令进行分区的。需要注意的是在创建分区的时候选择的类型是：fd；并且在创建分区以后不能直接格式化。

2、创建RAID设备、格式化、挂载

#mdadm –C /dev/md1 –a yes –l 1 –n 2 –x 1 /dev/sda{5,6,7}
#mke2fs –j /dev/md1
#mkdir /mnt/md1
#mount /dev/md1 /mnt/md1

-a yes：表示的是没有这个设备的时候创建该设备。其它选项的意思可以看上面的介绍。在格式化的时候我们可以使用一个选项，以避免以后每次存储都要计算数据片与需要的块。#mke2fs –j –b 2048 –E stride=32 /dev/md1

当我们创建好RAID设备以后可以使用下面两个方式查看其信息：

#cat /proc/mdstat
#mdadm --detail /dev/md1

在虚拟机上我们可以故意搞坏某个分区，来看那个空闲分区如何变化的：

#mdadm /dev/md1 --fail /dev/sda5

我们也可以将坏的磁盘移除出去：

#mdadm /dev/md1 --remove /dev/sda5

也可以新加一块磁盘：

#mdadm /dev/md1 --add /dev/sda5

知道如何创建了，那么也需要知道是如何停用该设备的：

1、卸载设备

#umount /mnt/md1

2、停用raid设备

#mdadm –S /dev/md1

停用以后，我们又想重新使用怎么办呢？使用装配模式给重新启用就ok了：

#mdadm –A /dev/md1 /dev/sda6 /dev/sda7

这种方式是因为我们系统上没有记录这些raid设备信息。

#mdadm –D –s >> /etc/mdadm.conf
#mdadm –A /dev/md1

这种方式是在我们未停用raid设备时将其信息写入到mdadm.conf文件中。重新装配的时候就不需要再指定磁盘了。

跟菜鸟我一起多加练习吧！