Linux高级磁盘管理-RAID管理

在冯诺依曼体系机构中，输入输出要存储的外部磁盘I/O能力实在太低，尤其是企业面对高并发的访问量，在系统内部需要大量调度磁盘的上的网页文件资源，这些都会产生大量的I/O,一个磁盘的I/O能力不管如何提升毕竟是有线的，尤其是机械硬盘;同时为了保障业务的连续性，磁盘故障时必须提供冗余能力，面对这样的实际需求环境，RAID技术产生了，通过组织磁盘阵列方式提供I/O，在内部通过RAID控制器，把多个磁盘的I/O平行组织在一起，当系统需要载入或写入磁盘上的数据时，也就在RAID控制器的控制下，多个磁盘同时读同时写，同时一个数据在控制器下，还可以同时单独写入多份，这样就有了冗余能力，保证了系统业务的连续性，不同的RAID磁盘组织方式，对应不同的实际生产应用需求，根据实际生产应用需求选择RAID比较合理，实现资源高利用率；

1.RAID:Redundant Arrays of Inexpensive Disks

2.作用：

    (1)提供I/O能力

    (2)提供冗余(数据容错能力)

3.RAID控制器功能:

    (1)RAID控制器——分割大小(chunk)：

     控制器在接受到由CPU控制指令发出写入磁盘的数据的数据是，在RAID控制器内部把数据划分多个相同大小的Chunk,每个磁盘写入一个chunk的数据进行保存，这样既能提供写入能力，同时当读取数据时，RAID控制器也能够理解还原数据；这就是划分chunk的原因；

   （2）RAID控制器做异或运算–提供校验码机制：

     为了提供冗余能力，数据在写入的同时对chunk做异或运算写入校验码，当有一个磁盘坏损时，读取数据时可以通过在其他磁盘上的校验码做异或运算，推导出原数据，只不过这时的读取能力差，处于降级模式；

4.RAID级别图例：

5.RAID总结 

   级别代表多块磁盘的组织工作方式不同;

RAID级别    读写性能提升     冗余     空间利用率     组织最小磁盘数

 0              有           没有       100%            2

 1              有(读)       有         1/2             2

 4              有           有         n-1             3

 5              有           有         n-1             3

 6              有           有         n-2             4

 10             有           有         1/2             4

 01             有           有         1/2             4

6.RAID分析：

RAID0

    条带卷，有一个磁盘坏损，业务立即终止，可以做临时文件存储

RAID1

    镜像卷，只提供读性能，有冗余，但是空间利用率太低，提供的I/O性能不是很高；

RAID4:

    校验存储，利用异或算法，校验码在一块磁盘，校验盘成为瓶颈,坏损I/O性能降级；

RAID5:

    循环存储校验，允许坏损，但是I/O性能降级；

RAID6：

    循环存储两份校验 ，允许坏损2块，但是整体性能不是很好；

RAID10:

    先做1再做0，数据切割一次，IO性能整体很高，每组镜像只允许坏一块；

RAID01:

    先做0再做1，数据切割两次，每组允许坏损2，但是整体同时只允许一个组有坏损，这种多个组同时坏损一块的几率还是比较大的；

JBOD:Just a Bunch of Disks

    作用：将多块磁盘空间合并为一个大的连续空间使用，为了应对企业单个大文件的访问存储；

6.RAID应用实现方式：

    (1)软件RAID:这种利用软件功能实现，一般仅供学习使用；

    (2)硬件RAID:需要RAID控制卡，利用的连接设备有可能是光纤交换机；

7.Linux提供软RAID功能：

mdadm [mode] [options] devices

   -C:创建

     -n # :使用多少个快创建；

     -l # :创建RAID级别；

     -a [yes|no] :自动创建；

     -c Chunk_size ：指明chunk大小；

     -x # :指明空闲磁盘数；

   -A:启动

   -F:监控

   -f:标记坏损；

   -r：移除；

   -a：添加；

   -D:显示详细信息；

   -G:添加成员

显示详细信息

mdadm -D /dev/md0

标记损坏

mdadm /dev/md0 -f /dev/

移除

mdadm /dev/md0 -r /dev/

添加

mdadm /dev/md0 -a /dev/

停止

mdadm -S /dev/md0

启动

mdadm -A /dev/md0

观察状态：

cat /proc/mdstat 

使用watch命令持续观察

watch -n 1 'cat /proc/mdstat'

8.实例：在CentOS6.8上创建RAID5阵列

    （1）添加5块硬盘作为RAID使用

    （2）默认分区格式化整个磁盘为主分区20G，同时修改分区类型为支持RAID分区类型；

    （3）查看分区完的磁盘是否读入到内核中，如何没有使用partx -a device同步；

   （4）使用mdadm命令创建RAID5，三个做RAID5成员，一块做空闲盘，另一块后面使用

    （5）查看创建过程状态；

    （6）等待创建完成，也可以使用cat /proc/mdstat命令查看

    （7）把创建的配置信息导入到/etc/mdadm.conf文件中，方便下次启动能够读取配置信息；

    （8）要想使用RAID必须格式化文件系统，这里使用ext4

    （9）创建挂载目录并且挂载到/tmp/raid

    （10）复制文件到RAID5分区中

    （11）测试实验：标记一块成员硬盘为坏损，

    （12）查看RAID5分区中的文件是否可以查看，测试坏损一块成员时，在空闲磁盘构建中，数据是否可以继续访问

    （13）查看构建空闲磁盘为成员完成

    （14）删除标记的坏损成员

     （15）添加一个成员进入，这里变成空间盘

    （16）添加一块成员进入RAID5阵列中，扩大阵列范围

    （17）再次测试数据是否可用

    （18）实验完成删除RAID步骤

  注意：有了RAID企业还有必要备份数据吗？

这是必须的，不能取代，RAID提供的仅仅是磁盘坏损不影响业务的终止,并不能保证误操作引发的数据丢失，备份能防止误操作和意外故障时提供数据恢复。