Linux RAID技术实现

RAID从诞生开始便是为了服务器服务的，它的超大容量，良好的容错能力(冗余)，以及极致的性能都是优点，面对服务器的高压环境，它便是卓越的选择。

简单的说，RAID是把多块独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来，形成一个逻辑大硬盘，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。在我们用户看起来，多个硬盘组合起来就像是一个硬盘，在用户层面，我们根本在使用中感觉不到，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。

而RAID主要有以下几种，它们各有优势，让我们来一起看一下：

RAID 0

RAID 0的性能优秀，但是没有容错性，这便是它的弊端，我们又把它叫做条带集，它是把大块数据切分成小块后 ，在每个物理硬盘中按次序存放，意思就是第一个物理硬盘放A1，第二个物理硬盘便放A2 ，A3又回放在第一个物理硬盘里，但是只要你的硬盘数量大于等于2块硬盘就可以使用RAID 0。

• 优点：
  读写性能是所有RAID级别中最高的。

• 缺点：
  无法提供数据的冗余，一旦用户数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。RAID 0运行时只要其中任一块硬盘出现问题就会导致整个硬盘的故障，不能在继续使用。

总结：

• 磁盘空间使用率：100%，成本最低。
• 读性能：N*单块磁盘的读性能。
• 写性能：N*单块磁盘的写性能。
• 冗余：毫无冗余能力，只要有一块磁盘损坏，将导致整个阵列的不可用。

RAID 1

RAID 1 是通过镜像原理来实现的，对于物理硬盘1和物理硬盘2来说，它们存放的数据是一份一模一样的，物理硬盘2通过拷贝物理硬盘1得来的，对于物理硬盘1中数据的增删改操作，物理硬盘2都会复制一边，所以一边的数据丢了，另一边也会丢。至少需要两块硬盘

• 优点：
  RAID 1会在两块物理硬盘上产生相互为对方的备份数据，在数据读取负载比较大的时候，可直接从镜像备份中读取数据，因此RAID 1可以提供读取性能。
• RAID 1是硬盘中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性，当一个硬盘失效时，系统可以自动切换到镜像硬盘上读/写，并且不需要来进行回复损坏硬盘的数据。

总结：

• 磁盘空间使用率：50%，成本最高。
• 读性能：只能在一个磁盘上读取，取决于磁盘中较快的那块盘。
• 写性能：两块磁盘都要写入，因为是并行写入，所以要比对，取决于磁盘中较慢的那块盘。
• 冗余：只要系统中任何一对镜像盘中有一块磁盘可以使用，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统都可以正常运行。

RAID 4

**RAID 4 增加了校验位 **
有一块物理硬盘存放了异或校验位，是老旧版的RAID 5，已经快被淘汰了，具体在RAID 5中细说。至少三块硬盘。

• 优点：
  有了一定的容错性，在一块物理硬盘损坏之后可以通过异或运算求出被损坏的数据，从而保证硬盘的继续运行。
• 缺点
  不过存放校验位的硬盘因为压力比较大老坏。

总结：

• 磁盘空间使用率：N-1/N。
• 读性能：在存放数据的硬盘中读取，均匀读取，压力变小
• 写性能：两块磁盘都要写入均匀写入，速度更快。
• 冗余：任何一块物理硬盘损坏之后，都可以使用，校验位硬盘损坏不影响数据读取写入，其他硬盘损坏之后，可以通过校验位进行异或运算求出损坏的数据，只不过在运算是系统压力比较大

RAID 5

RAID 5也含有校验位，它是RAID 4的升级版，因为在RAID 4中所有的校验位存在在一块物理硬盘中，它的压力较大，容易坏，所以便有了这种做法，四块物理硬盘都有校验位存在，实现了RAID的负载均匀，这样存放异或校验位，让每一块硬盘扮演角色都一样，牺牲空间换取容错性。
做RAID 5阵列的所有磁盘容量必须一样大，当容量不同时，会以最小的容量为准。 最好硬盘转速一样，否则会影响性能，而且可用空间=磁盘数N-1，RAID 5没有独立的奇偶校验盘，所有校验信息分散放在所有磁盘上， 只占用一个磁盘的容量。

总结：

• 磁盘空间利用率：(N-1)/N，即只浪费一块磁盘用于奇偶校验。
• 读性能：(N-1)*单块磁盘的读性能，接近RAID 0的读性能
• 写性能：比单块磁盘的写性能要高
• 冗余：只允许一块磁盘损坏。

RAID 6
和RAID 5一样的结构，只不过拥有两个校验位，更加稳定，但是价格相对更高

RAID 10

将RAID 0与RAID 1巧妙的结合在了一起，实现了相互融合。先将物理硬盘1和2组合成RAID 1结构，把硬盘3和4也组合成RAID 1结构，最后把两个逻辑硬盘用RAID 0结构组合在一起，就形成了这种结构。

• 优点：
  它提供了200%的速度和单磁盘损坏的数据安全性，并且当同时损坏的磁盘不在同一RAID 1中，就能保证数据安全性。假如磁盘中的某一块盘坏了，整个逻辑磁盘仍能正常工作的。
  当我们需要恢复RAID10中损坏的磁盘时，只需要更换新的硬盘，按照RAID10的工作原理来进行数据恢复，恢复数据过程中系统仍能正常工作。原先的数据会同步恢复到更换的硬盘中。
• 缺点：
  RAID 10方案造成了50%的磁盘浪费

总结：
磁盘空间利用率：50%。
读性能：N/2*单块硬盘的读性能
写性能：N/2*单块硬盘的写性能
冗余：只要一对镜像盘中有一块磁盘可以使用就没问题。
这种结构。RAID 10 系统不能运行的几率为1/5

RAID 10

既然有RAID 10就肯定会有RAID 01，它是先将物理硬盘1和2组合成RAID 0结构，把硬盘3和4也组合成RAID 0结构，最后把两个逻辑硬盘用RAID 1结构组合在一起，就形成了这种结构。
不过因为RAID 01系统不能运行的几率为3/5，所以不如RAID 10结构稳定。

软RAID 5 实现

• 1.下载mdadm模式化工具
  yum install -y mdadm
• 2.分区，大小相同
  先使用fdisk工具进行分区，需要注意的是每个分区的大小应该相同，而且需要把分区格式修改为Linux raid格式，按t键之后，代码为fd。
• 3.使用dd if=/dev/sdb of=/dev/sdc bs=1 count=66 skip=446 seek=446把磁盘阵列中区域分区，备用硬盘分区，全部分区。
• 4.创建RAID
  mdadm -C /dev/md0 -a yes -l5 -n 3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}1
• 5.查询RAID是否创建成功
  mdadm -D /dev/md0
• 6.统一创建文件系统
  mkfs.ext4 /dev/md0 -L raid5
• 7.写入配置文件/etc/fstab
  UUID=5f22970a-91ec-43ea-af62-357864186b7c /mnt/raid5 xfs defaults 0 0
• 8.创建挂载目录
  mkdir /mnt/raid5
• 9.生成RAID的配置文件
  mdadm -Ds /dev/md0 > /etc/mdadm.conf
  这样做是为了可以随时停用RAID
• 10.停用RAID
  先取消挂载
  umount /mnt/raid
  输入
  mdadm -S /dev/md0 停用
• 11.再次**
  mdadm -A /dev/md0
• 其余命令用来模拟软RAID的使用：
  mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1 模拟sdb1损坏
  mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1 移除损坏的sdb1
  mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1 添加新换的sdb1

在添加新硬盘时，使用以下命令格式化分区：

• ext4文件系统
  resizefs /dev/md0 同步文件系统 ，在新增加磁盘的时候可以使用
• xfs文件系
  xfs_growfs raid挂载点

需要注意的是：
在创建RAID时候
mdadm -C /dev/md0 -a yes -l5 -n 3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}1

• -C ：创建模式
  -n ：使用几个块设备来创建此RAID
  -l ：指明要创建的RAID类型
  -a ：{yes|no} 是否自动创建目标RAID设备的设备文件
  -c ：指明块大小，单位k
  -x ：指明备用盘个数

• -D：显示RAID的详细信息
  mdadm -D /dev/md0

在/proc/mdstat查看md0的状态

新增硬盘成员
mdadm -G /dev/md0 -n4 -a /dev/sdf1

如果想卸载RAID使用以下命令：

• 1.先取消挂载
  umount /mnt/raid
• 2.停用RAID
  mdadm -S /dev/md0 停用
• 3.清除成员磁盘当中阵列的超级块信息
  mdadm --zero-superblock /dev/sdb
• 4.删除或注释/etc/fstab上的挂载信息
  vim /etc/fstab
• 删除RAID配置文件
  rm /etc/mdadm.conf