一、RAID磁盘阵列介绍

文章目录

- 一、RAID磁盘阵列介绍
- - 1.1、RAID 0
  - 1.2、RAID1磁盘阵列介绍RAID 1
  - 1.3、RAID 5磁盘阵列介绍
  - 1.4、RAID 6磁盘阵列介绍(生产环境中用的极少)
  - 1.5、RAID 1+0磁盘阵列介绍
- 二、阵列卡介绍
- 三、阵列卡的缓存
- 四、实验

一、RAID磁盘阵列介绍

是Redundant Array of Independent Disks的缩写，中文简称为独立冗余磁盘阵列
把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
组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别(RAID Levels)

常用的RAID级别
RAID0，RAID1，RAID5,(RAID6是5的升级版)，RAlD1+0等

RAID条带(strip）是把连续的数据分割成相同大小的数据块，把每段数据分别写入到阵列中的不同磁盘上的方法。简单的说，条带是一种将多个磁盘驱动器合并为一个卷的方法。许多情况下，这是通过硬件控制器来完成的。
RAID中主要有三个关键概念和技术:镜像（ Mirroring ) 、数据条带（ Data stri)和数据校验( Data parity ) 。
镜像:将数据复制到多个磁盘，一方面可以提高可靠性，另一方面可并发从两个或多个副本读取数据来提高读性能。显而易见，镜像的写性能要稍低，确保数据正确地写到多个磁盘需要更多的时间消耗。
数据条带:将数据分片保存在多个不同的磁盘，多个数据分片共同组成一个完整数据副本，这与镜像的多个副本是不同的，它通常用于性能考虑。数据条带具有更高的并发粒度，当访问数据时，可以同时对位于不同磁盘上数据进行读写操作，从而获得非常可观的I/O 性能提升。
数据校验:利用冗余数据进行数据错误检测和修复，冗余数据通常采用海明码、异或操作等算法来计算获得。利用校验功能，可以很大程度上提高磁盘阵列的可靠性、鲁棒性（稳定性）和容错能力。不过，数据校验需要从多处读取数据并进行计算和对比，会影响系统性能。
不同等级的RAID 采用一个或多个以上的三种技术，来获得不同的数据可靠性、可用性和
I/O性能。至于设计何种 RAID(甚至新的等级或类型）或采用何种模式的 RAID，需要在深入理解系统需求的前提下进行合理选择，综合评估可靠性、性能和成本来进行折中的选择。

1.1、RAID 0

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的特点：

（1）最少需要两块磁盘

（2）数据条带分布式

（3)没有冗余，性能最佳（不存储镜像、校验信息）

（4）不能应用于对数据安全性要求高的场合

下图为RAID 0工作原理：分为2股同时存储数据按照A1–>A2–>A3–>A4–>A5–>A6–>A7–>A8这样的方式进行存储数据，一旦有一个磁盘损坏，则所有数据将都无法获取。（磁盘利用率100%）
在这里插入图片描述

1.2、RAID1磁盘阵列介绍RAID 1

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的特点：

（1）最少需要两块磁盘

（2）提供数据冗余

（3)性能好

RAID 1工作原理：当数据进入时数据只会进入到一边，另一边会自动拷贝一份当做备份，当一边的磁盘无法工作时，另一边的磁盘能够提供数据的备份，因此安全性高，但却耗磁盘。（磁盘利用率50%）
在这里插入图片描述

1.3、RAID 5磁盘阵列介绍

RAID 5（有4块，3备1）

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

RAID 5的特点：

（1）最少需要3块磁盘

（2）数据条带形式分布

（3）以奇偶校验作为冗余

（4）适合多读少写的情景，是性能与数据冗余最佳的折中方案

RAID 5工作原理：由三块盘来存放数据，一块盘作为校验数据，当有1块盘损坏时，上面的数据可由校验数据进行校验，但校验要花大量时间。（注意：校验数据不能放在1块盘内,A^p,Bp,C^p,Dp为校验数据）（磁盘利用率30%~40%）
在这里插入图片描述

1.4、RAID 6磁盘阵列介绍(生产环境中用的极少)

RAID 6

N(N>=4)块盘组成阵列，(N-2)/N磁盘利用率
与RAID 5相比，RAID6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，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用
相对于RAID 5有更大的“写损失”，因此写性能较差

RAID 6工作原理：与RAID 5的工作原理相同，是RAID 5的升级版（允许坏2盘硬盘）（利用率60%）

在这里插入图片描述

1.5、RAID 1+0磁盘阵列介绍

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

RAID 1+0的特点：

（1）最少需要4块磁盘

（2）先按RAID 0 分成两组，在分别对两组按RAID 1方式进行镜像

（3）兼顾冗余（提供镜像存储）和性能（数据条带形式分布）

（3）以奇偶校验作为冗余

（4）在实际应用中较为常用

RAID 1+0工作原理：数据进入后会先按RAID 0分为2股同时写入2快磁盘，如1边写A1，1边写A2，再分别对两组按RAID 1进行镜像备份。有着RAID 1的安全性，RAID 0的高效性。（注意RAID 0+1一般不用）

在这里插入图片描述

小结：

RAID
RAID 级别	硬盘数量	磁盘利用率	是否有校验	保护能力	写性能
RAID 0	N	N	无	无	单个硬盘的N倍
RAID 1	N(偶数)	N/2	无	允许一个设备故障	需写两对存储设备，互为主备
RAID 5	N>=3	(N-1)/N	有	允许一个设备故障	需写计算校验
RAID 6	N>=4	(N-2)/N	有	允许两个设备故障	需双重写计算校验
RAID 10	N>=4(偶数)	N/2	无	允许两个基组中各坏一个	N/2块盘同时写入

二、阵列卡介绍

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
例如支持RAIDO、RAID1、RAID5、RAID10（1+0）等

RAID卡的接口类型
lDE接口、SCSI接口、SATA接口和SAS接口

三、阵列卡的缓存

缓存(Cache)是RAID卡与处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

四、实验

案例:构建软RAID磁盘阵列3-1
需求描述
●为Linux服务器添加4块SCSI硬盘
●使用mdadm软件包，构建RAID5磁盘阵列，提高磁盘存储的性能和可靠性

(1):安装mdadm
准备用于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 autodetect”，表示支持用于RAID磁盘阵列

创建RAID设备并建立文件系统
挂载并使用文件系统

(2):RAID阵列的管理及设备恢复
扫描或查看磁盘阵列信息

启动/停止RAID阵列

设备恢复操作
模拟阵列设备故障
更换故障设备，并恢复数据

步骤：

1.创建RAID设备

创建RAID5

mdadm -C -v /dev/md5 [-a yes] -l5 -n3 /dev/sd[bcd]1 -x1（3备1） /dev/sde1
-C:表示新建;

-v:显示创建过程中钓详细信息。

/dev/ md5: 创建RATD 5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RAID 5。 .
-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

创建RAID 10(先做镜像，再做条带)
mdadm -C -v /dev/md0 -l1 -n2 /dev/sd [bc]1

mdadm -C -v /dev/md1 -l1 -n2 /dev/sd [de ]1

先做两个RAID 1（上两个命令，设备名要不同），再做1个RAID 0 （下面命令）组成10

mdadm -C -v /dev /md10 -l10 -n2 /dev/md0 /dev/md1
#查看RAID磁盘详细信息
cat /proc/ mdstat #还能查看创建RAID的进度
或者2
mdadm -D /dev/md0
用watch命令来每隔一段时间刷新/proc/mdstat的输出

watch -n 10 ’ cat /proc/ mdstat ’
检查磁盘是否-E做了RAID
mdadm -E /dev/sd[b-e]1

创建并挂载文件系统mkfs -t xfs /dev/ imd0

mkdir /myraid
mount /dev/md0 /myraid/

df -Th
cp /etc/ fstab /etc/fstab.bak

vim /etc/fstab
/dev/md0 /myraid xfs defaults 0 0
实现故障恢复
mdadm /dev/md0 -f /dev/ sdb1 模拟/dev/ sdb1故障（关掉）

mdadm -D /dev/md0 查看发现sde1已顶替sdb1

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命令其它常用选项
-r:移除设备

-a:添加设备mdadm /dev / md0 -f /dev/ sdb1

-S:停止RAID
-A:启动RAID
-D 查看RAID状态

mdadm /dev / md0 -f /dev/sdb1