软件磁盘阵列（Software RAID）介绍

简介

RAID，英文全称为：Redundant Arrays of Independent Disks，中文译为：独立容错式磁盘阵列，以前也叫作容错式廉价磁盘阵列，现在一般都称为磁盘阵列。这个东西是由加州大学伯克利分校提出来的，可以把多块较小的硬盘整合成一块较大的盘使用，也可用做保护数据的安全。现在磁盘阵列分为：软件RAID和硬件RAID；在应用中若是企业的要求比较高，一般都是用硬件RAID，因为软件的速度，怎么也比不上硬件的速度的，当然硬件太烂的话就算了，不过一般企业也不会用很烂的硬件的！！

这里由于资源有限，介绍的是软RAID！！

一、RAID等级及功能

1、RAID-0 (等级模式, stripe)：效能最佳

首先要介绍的是RAID-0，这种模式的RAID要求要使用至少两块以上的硬盘，而且硬盘的型号、容量大小什么的最好都是一致的。这种级别的RAID会把每一块磁盘分成一小块一小块的大小相同、数量相等的 chunk （大小可以自己设定，一般在4K—1M之间），当有文件要写入磁盘时，系统会依据划分好的chunk大小，依次存入各个磁盘，不过这种存储不是一个盘一个盘的去存，而是进行交错的存储，并不会将数据集中存入到一个磁盘中，具体情况如下图所示：
如图所示，使用RAID-1在进行文件存储时，系统会自动地将文件分别存进两块磁盘中，也就是说会有一个磁盘用作冗余备份，数据的安全性会大大地得到提升。图中用的只是两块磁盘，其实还可以使用更多的磁盘组成RAID-1，但是这些磁盘所存储的数据是完全相同的；一块磁盘的损坏，并不会损坏数据的完整性，所以这种模式很适合于那些对数据安全要求非常高的场合。

RAID-1对于数据的安全性确实得到了很好的保证，但同时也暴露了一些问题，就是数据的存储效率却大大地降低了，毕竟我们的磁盘在同一时刻是只能进行一个磁盘的读写操作的，所以组成RAID-1的磁盘数量越多，数据的存储效率也就越低，这是一个令人很头疼的问题，毕竟鱼和熊掌不可同时得焉！！

3、RAID-10 和 RAID-01

RAID-10 和RAID-01这两种模式是根据 RAID-0 和 RAID-1 两种模式的特点优势组合而成的，在很大程度上可以克服 RAID-0 和 RAID-1 单种模式的不足之处，但是在实际使用中一般使用较多的还是 RAID-10 这种组合模式，原因就在于这种组合模式在造价、数据冗余和数据存取效率上来说能够达到一种较为理想的状态，下图为 RAID-10 这种组合模式的数据存储方式：

如上图所示，RAID-5在进行数据存储时与RAID-0的方式是有点类似的，不同之处就在于RAID-5多了一个数据校验的部分（记录着同时存入数据的信息，可以叫做：同位校验码），这个同位校验码随着每一次磁盘存储，其存放位置都会不同，分散在各个磁盘中，可以降低数据损毁的概率；在磁盘有损坏的情况下，通过将未损坏的磁盘数据与这个数据校验的部分进行计算，便可以恢复丢失的数据，在数据安全性上要比RAID-0好很多。

RAID-5在磁盘的读性能上与RAID-0差不了太多，但是在相同硬件环境下，在写性能上RAID-5比RAID-0可能就会差点了。因为在写的时候，RAID-5要计算同为校验码，在进行这个计算的时候，是会占用计算机的计算资源，而RAID-0由于没有同位校验码，所以也就不需要这一步的计算了，效率上会稍微比RAID-5高些（关键要看硬件环境）！读的时候没有这些操作，所以读性能差别不大！

还有一种RAID-6的模式，与RAID-5相似，都是通过同位校验码来保证数据的安全，不同的是RAID-6是有两份同位校验码的，并且校验码的存储方式与RAID-5一样，都是分散存储的。这种模式比RAID-5好的地方在于RAID-6允许系统中有两块磁盘可以同时损坏，依然能保证数据可以被恢复（因为有两份冗余校验），而RAID-5只能同时损坏一块磁盘。

5、Spare Disk：预备磁盘的功能

Spare Disk也可以叫做热备盘，它的作用就是在磁盘阵列中的磁盘发生损坏时，系统会自动启用热备盘，并自动重建磁盘阵列中损坏磁盘的数据，这也会是热备盘的优点。热备盘可以有一块，也可以有多块！当然若要使用热备盘，首先使用的磁盘阵列要支持热备盘的功能，同时硬件系统最好能支持热拔插，否则还要手动卸下损坏的磁盘，再手动安装新的磁盘，而且手动安装的话还要关机才能进行！

6、磁盘阵列的优点

磁盘阵列的应用主要要考虑以下几点：数据安全与可靠性：指的并非网络数据安全，而是当磁盘损毁时，数据是否还能够被安全的救援或使用之意；读写效能：例如RAID 0 可以加强读写效能，让你的系统I/O 部分得以改善；容量：可以让多颗磁盘组合起来，所以单一文件系统可以有相当大的容量。重点是保证数据的可靠性和安全性（完整性）是RAID使用的重点考虑，毕竟在企业中数据是异常重要的，在日常生活中一般也没有使用这个的必要！

下表为几种RAID级别的各自特点：（n为假定有n块磁盘组成）

项目	RAID-0	RAID-1	RAID-10	RAID-5	RAID-6
最少磁盘数	2	2	4	3	4
最大容错磁盘数	无	n-1	n/2	1	2
数据安全性	完全没有	最佳	最佳	好	比RAID-5好
理论写入效率	n	1	n/2
理论读出效率	n	n	n	n
磁盘实际可使用量	n	1	n/2	n-1	n-2
一般应用	强调效率但数据重要性要求不高的环境	数据存储与备份	服务器与云系统中常用	数据存储与备份	数据存储与备份

注：因为RAID-5和 RAID-6读写都需要经过parity 的计算机制，因此读/写效能都不会刚好满足于使用的磁碟数量！
另外，根据使用的情况不同，一般推荐的磁盘阵列等级也不太一样，需要根据自己的使用环境进行选择。

二、软件RAID与硬件RAID

前面也都提到过RAID分为软件RAID和硬件RAID，以下将会介绍什么是软件RAID，什么又是硬件RAID，以及二者又有什么区别是什么。
硬件磁盘阵列（hardwareRAID）是通过磁盘阵列卡来创建磁盘阵列的。在磁盘阵列卡上会有一个专门的芯片来处理RAID任务，可以大大减轻原来系统的计算压力和I/O压力，效率也会得到很好的提升；同时现在相当一部分的磁盘阵列卡都支持热拔插，所以在更换损坏磁盘时是非常方便的。但是不好的一点是磁盘阵列卡比较贵，特别是那些好一点的磁盘阵列卡就会特别贵，而且功能还不能保证特别齐全，所以在这种情况下就出现了软件RAID，来模拟硬件RAID。
软降RAID是一种模拟硬件RAID的产物，是要运行在系统上面的，是要占用一定的系统资源的，特别是计算和I/O资源，所以在效率上跟硬件RAID相比还是有有相当的差距的。虽然说现在的机器计算速度都非常快了，但是对于一些要求较高的场景或企业，一般最好还是尽量不要选择软件RAID的，毕竟在总的使用成本上来说硬件RAID还是很划算的！

三、软件磁盘阵列的设定

1、软件RAID的指令介绍
软件RAID的设置很简单，就一个指令，但是这个指令和在CentOS7中设置quota的xfs_quota指令类似，都是一条指令后面跟很多可选选项。

指令格式：

mdadm –create /dev/md[0-9] –auto=yes –level=[015] –chunk =NK –raid-devices=N –spare-devices=N /dev/sdx /dev/hdx…

常用选项与参数：

option	描述
–create	创建磁盘阵列（RAID）
–auto	建立后面接的软件磁盘阵列（RAID）设备，比如/dev/md0，/dev/md1…
–chunk	设置设备的chunk大小，也可以当做stripe大小，一般为64K或者512K
–raid-devices	设置组成磁盘阵列（RAID）的磁盘数量
–spare-devices	设置热备盘的数量
–level	设置磁盘阵列（RAID）的等级，一般建议0，1，5即可
–detail	显示后接磁盘阵列（RAID）的详细信息

2、创建磁盘阵列：
mdadm –create /dev/md0 –auto=yes –level=5 –chunk=256K –raid-devices=4 –spare-devices=1 /dev/sdc {1,2,3,4,5}

由图中可知，磁盘阵列md0由分区/dev/sdc1、/dev/sdc2、/dev/sdc3、/dev/sdc4组成，/dev/sdc5设置成了热备盘。若是创建时没有报错，但是使用该指令却无法查询时，可以先等几分钟，然后再使用此指令查询，因为创建时，系统是需要时间去进行创建的，创建慢一点的话，可能查的时候查不出来！

上图中进行格式化的参数含义为：
- su：表示chunk大小为256K；
- sw：表示被格式化的磁盘数量，设置为3，所以格式化了三块磁盘，所以df查询出来的大小为3GB；
- extsize：表示由上面两项计算出来的数据宽度：256K*3=768K。
四、模拟RAID错误的救援模式
- 指令格式：mdadm –manage /dev/md[0-9] [–add 设备] [–remove 设备] [–fail 设备]
option 描述

–add 将后面跟的设备添加到该RAID中

–remove 将后面跟的设备从该RAID中移除

–fail 将后面跟的设备设置成出错状态

1）将磁盘状态设置成出错状态：

3）将出错的设备移除并添加新的设备：

注意：以上操作都是在线完成的
五、开机自动启动RAID并自动挂载
- 1）查询md0的UUID识别码及UUID号：
- 3）修改/etc/mdadm.conf：（该文件中添加的是UUID识别码）
六、关闭软件RAID
- 以下为关闭的步骤：
  1）首先要先卸载掉该RAID设备：umount /srv/raid；
  2）将/etc/fstab文件中的有关该RAID设备的那一行删除掉；
  3）覆盖该RAID设备的元数据块及superblock：dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=1M count=50；
  4）关闭该RAID设备：mdadm –stop /dev/md0；
  5）将组成该RAID设备的各磁盘的RAID相关数据：dd if=/dev/zero of=/dev/sdc{1..5} bs=1M count=10
  6）将/etc/mdadm.conf文件中关于该RAID设备的那一行数据删除或注释掉即可
  7）查看：cat /proc/mdstat
  
  注：上述的dd指令是为了将磁盘中所有有关该RAID设备的信息覆盖掉；若不进行覆盖，在开机时，系统还是会自动将该RAID设备建立起来，名称是随机指定的！
来源：AhhSong

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