RAID磁盘阵列的原理与搭建
1.RAID概念
磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。 磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，以硬件（RAID卡）或软件（MDADM）形式组合成一个容量巨大的磁盘组，利用多个磁盘组合在一起，提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。 磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中
注：RAID可以预防数据丢失，但是它并不能完全保证你的数据不会丢失，所以使用RAID的同时还是注意备份重要的数据
RAID的创建有两种方式：软RAID（通过操作系统软件来实现）和硬RAID（使用硬件阵列卡）；在企业中用的最多的是：raid1、raid5和raid10。不过随着云的高速发展，供应商一般可以把硬件问题解决掉。
1.1 RAID几种常见的类型
|
RAID类型 |
最低磁盘个数 |
空间利用率 |
各自的优缺点 |
|
|
级 别 |
说 明 |
|||
|
RAID0 |
条带卷 |
2+ |
100% |
读写速度快，不容错 |
|
RAID1 |
镜像卷 |
2 |
50% |
读写速度一般，容错 |
|
RAID5 |
带奇偶校验的条带卷 |
3+ |
(n-1)/n |
读写速度快，容错，允许坏一块盘 |
|
RAID6 |
带奇偶校验的条带集，双校验 |
4+ |
(n-2)/n |
读写快，容错，允许坏两块盘 |
|
RAID10 |
RAID1的安全+RAID0的高速 |
4 |
50% |
读写速度快，容错 |
|
RAID50 |
RAID5的安全+RAID0的高速 |
6 |
(n-2)/n |
读写速度快，容错 |
RAID基本思想：把几块硬盘通过一定组合方式把它组合起来，成为一个新的硬盘阵列组，从而使它能够达到高性能硬盘的要求
RAID有三个关键技术：
a. 镜像：提供了数据的安全性；
b. chunk条带（块大小也可以说是条带的粒度），它的存在的就是为了提高I/O，提供了数据并发性
c. 数据的校验：提供了数据的安全
Raid相对于单个磁盘优点：
1.2 RAID-0的工作原理
条带 （strping），也是我们最早出现的RAID模式需磁盘数量:2块以上(大小最好相同)，是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要2块以上的硬盘即可.
特点:成本低，可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有提供冗余或错误修复能力，速度快.
任何一个磁盘的损坏将损坏全部数据；磁盘利用率为100%。如图：
1.3 RAID-1
mirroring（镜像卷），需要磁盘两块以上
原理:是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件，(同步)
RAID 1 mirroring（镜像卷），至少需要两块硬盘，raid大小等于两个raid分区中最小的容量（最好将分区大小分为一样），数据有冗余，在存储时同时写入两块硬盘，实现了数据备份；
磁盘利用率为50%，即2块100G的磁盘构成RAID1只能提供100G的可用空间。如下图
1.4 RAID-5
需要三块或以上硬盘，可以提供热备盘实现故障的恢复；只损坏一块，没有问题。但如果同时损坏两块磁盘，则数据将都会损坏。 空间利用率： (n-1)/n 2/3 如下图所示
奇偶校验信息的作用:
当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
扩展：异或运算
是用相对简单的异或逻辑运算（相同为0，相异为1）如图详解：
|
A值 |
B值 |
Xor结果 |
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1.5 嵌套RAID级别
RAID-10 ：镜像+条带
RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0。比如我们有8块盘，它是先两两做镜像，形成了新的4块盘，然后对这4块盘做RAID0；当RAID10有一个硬盘受损其余硬盘会继续工作，这个时候受影响的硬盘只有2块
几个方案对比下来， RAID5是最适合的，如下图：
1.6 RAID硬盘失效处理
一般两种处理方法：热备和热插拔
热备：HotSpare
定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性
全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享
专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用
如下图所示：是一个全局热备的示例，该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个失效硬盘
热插拔：HotSwap
定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的物理硬盘替换RAID系统中失效硬盘。
2. RAID-0-1-5-10搭建及使用-删除RAID及注意事项
2.1 RAID的实现方式
互动：我们做硬件RAID，是在装系统前还是之后？
答：先做阵列才装系统 ，一般服务器启动时，有显示进入配置Riad的提示，(比如：按下CTRL+L/H/M进入配置raid界面)
硬RAID：需要RAID卡，我们的磁盘是接在RAID卡的，由它统一管理和控制。数据也由它来进行分配和维护；它有自己的cpu，处理速度快
软RAID：通过操作系统实现
Linux内核中有一个md(multiple devices)模块在底层管理RAID设备，它会在应用层给我们提供一个应用程序的工具mdadm ，mdadm是linux下用于创建和管理软件RAID的命令。
mdadm命令常见参数解释：（必须记牢）
|
-C或--creat |
建立一个新阵列 |
-r |
移除设备 |
|
-A |
**磁盘阵列 |
-l 或--level= |
设定磁盘阵列的级别 |
|
-D或--detail |
打印阵列设备的详细信息 |
-n或--raid-devices= |
指定阵列成员（分区/磁盘）的数量 |
|
-s或--scan |
扫描配置文件或/proc/mdstat得到阵列缺失信息 |
-x或--spare-devicds= |
指定阵列中备用盘的数量 |
|
-f |
将设备状态定为故障 |
-c或--chunk= |
设定阵列的块chunk块大小 ，单位为KB |
|
-a或--add |
添加设备到阵列 |
-G或--grow |
改变阵列大小或形态 |
|
-v |
--verbose 显示详细信息 |
-S |
停止阵列 |
互动： raid5需要3块硬盘。 那么使用4块硬盘，可以做raid5吗？ 答案：可以的
实操： 实验环境：（在虚拟机中）新添加11块硬盘，每块磁盘的作用如下：
实验环境：
|
raid种类 |
磁盘 |
热备盘 |
|
raid0 |
sdb、sdc |
|
|
raid1 |
sdd、sde、 |
sdf |
|
raid5 |
sdg、sdh、sdi |
sdj |
|
raid10 |
分区：sdk1,sdk2,sdk3.sdk4 |
|
互动：磁盘达到sdz以后，名字应该如何排？ 答案：sdaa 、 sdab 。。。如下图：
2.2 创建RAID0
实验环境：
|
raid种类 |
磁盘 |
热备盘 |
|
raid0 |
sdb、sdc |
|
2.2.1、创建raid0
~]# mdadm -C -v /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb /dev/sdc #创建并显示raid0过程
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
~]# mdadm -Dsv #查看阵列信息
ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=xuegod63.cn:0 UUID=cadf4f55:226ef97d:565eaba5:3a3c7da4
~]# mdadm -Dsv /dev/md0
（阵列信息详解）
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Thu May 17 15:59:16 2018
Raid Level : raid0 #raid级别
Array Size : 41910272 (39.97 GiB 42.92 GB) #raid大小
Raid Devices : 2
Total Devices : 2
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Thu May 17 15:59:16 2018
State : clean
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Chunk Size : 512K #chunk是raid中最小的存储单位
Consistency Policy : none
Name : xuegod63.cn:0 (local to host xuegod63.cn)
UUID : cadf4f55:226ef97d:565eaba5:3a3c7da4
Events : 0
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 16 0 active sync /dev/sdb
1 8 32 1 active sync /dev/sdc
~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf #生成配置文件
2.2.3、 对创建的RAID0进行文件系统创建并挂载
~]# mkfs.xfs /dev/md0 #对创建的raid进行格式化并设置成xfs格式的文件系统
~]# mkdir /raid0 #在根下创建挂载目录（点）
~]# mount /dev/md0 /raid0/ #对raid0进行挂载
~]# df -Th /raid0/ #查看磁盘详情确认是否已挂载
文件系统 类型 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/md0 xfs 40G 33M 40G 1% /raid0
~]# echo 324 > /raid0/a.txt #测试raid，往raid0中写入一些数据
2.2.4、设置开机自动挂载
~]# blkid /dev/md0 #查看raid0的UUID
/dev/md0: UUID="3bf9c260-dc7b-4e37-a865-a8caa21ddf2c" TYPE="xfs"
~]# echo "UUID=5bba0862-c4a2-44ad-a78f-367f387ad001 /raid0 xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab #将挂载信息重定向到fstab文件中。
~]# umount /dev/md0 /raid0 #取消挂载
~]# mount -a #重新加载挂载信息
即完成了raid0的创建
2.3 创建RAID1
实验内容如下：
|
raid种类 |
磁盘 |
热备盘 |
|
raid1 |
sdd、sde、 |
sdf |
~]# mdadm -C -v /dev/md1 -l 1 -n 2 -x 1 /dev/sd[d,e,f] #创建RAID1并添加1个热备盘
~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf #将RADI信息保存到配置文件
~]# mdadm -D /dev/md1 #查看 RAID 阵列信息：
Raid Level : raid1 #raid级别
Array Size : 20955136 (19.98 GiB 21.46 GB) #raid大小
。。。
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 48 0 active sync /dev/sdd
1 8 64 1 active sync /dev/sde
2 8 80 - spare /dev/sdf
在RAID设备上创建文件系统（n -> p-> +1G w）
~]# mkfs.xfs /dev/md1
~]# mkdir /raid1
~]# mount /dev/md1 /raid1/
~]# cp /etc/passwd /raid1/ #测试raid1并往其文件系统中存入一些数据
模拟损坏
模拟RAID1中数据盘/dev/sde出现故障，观察/dev/sdf备用盘能否自动顶替故障盘
~]# mdadm /dev/md1 -f /dev/sde #模拟sde磁盘损坏
查看一下阵列状态信息
~]# mdadm -Ds /dev/md1
...
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 96 0 active sync /dev/sdg
2 8 128 1 spare rebuilding /dev/sdi #热备盘已经在同步数据
1 8 112 - faulty /dev/sdh
更新配置文件
~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf
查看数据是否丢失
~]# ls /raid1/ #数据正常，没有丢失
应用场景：如重要的数据，数据库 ； 系统盘 （把系统安装到raid1的md1设备上，可以对md1做分区）
移除损坏的设备：
~]# mdadm -r /dev/md1 /dev/sde #将/dev/sde从raid1中移出故障盘
mdadm: hot removed /dev/sde from /dev/md1
~]# mdadm -D /dev/md1 #再次查看信息已确认是否存在sde
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 96 0 active sync /dev/sdd
2 8 128 1 active sync /dev/sdf #已经没有热备盘了
~]# mdadm -a /dev/md1 /dev/sde #再次添加一块新热备盘
mdadm: added /dev/sde
2.4 创建RAID5
实验环境：
|
raid种类 |
磁盘 |
热备盘 |
|
raid5 |
sdg、sdh、sdi |
sdj |
-x或--spare-devicds= 指定阵列中备用盘的数量
-c或--chunk= 设定阵列的块chunk块大小 ，单位为KB
2）停止阵列，重新**阵列
3）使用热备盘，扩展阵列容量，从3个磁盘扩展到4个
2.4.1 创建RAID-5
~]# mdadm -C -v /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 -c32 /dev/sd{g,h,i,j} #创建RAID5, 添加1个热备盘，指定chunk大小为32K
~]# mdadm -D /dev/md5
/dev/md5:
Version : 1.2
Creation Time : Thu May 17 18:54:20 2018
Raid Level : raid5
Array Size : 41910272 (39.97 GiB 42.92 GB)
Used Dev Size : 20955136 (19.98 GiB 21.46 GB)
Raid Devices : 3
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Thu May 17 18:54:31 2018
State : clean, degraded, recovering
Active Devices : 2
Working Devices : 4
Failed Devices : 0
Spare Devices : 2
Layout : left-symmetric
Chunk Size : 32K
Consistency Policy : resync
Rebuild Status : 7% complete
Name : xuegod63.cn:5 (local to host xuegod63.cn)
UUID : fa685cea:38778d6a:0eb2c670:07ec5797
Events : 2
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 96 0 active sync /dev/sdg
1 8 112 1 active sync /dev/sdh
4 8 128 2 spare rebuilding /dev/sdi
3 8 144 - spare /dev/sdj #热备盘
.2.4.2 停止MD5阵列
~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf #停止前，一定要先保存配置文件
~]# mdadm -D /dev/md5 ##停止前，请确认数据已经同步完
Consistency Policy : resync #数据已经同步完
~]# mdadm -S /dev/md5
mdadm: stopped /dev/md5
2.4.3 **MD5阵列
~]# mdadm -As
mdadm: /dev/md5 has been started with 3 drives and 1 spare.
2.4.4 扩展RAID5磁盘阵列
将热备盘增加到md5中，使用md5中可以使用的磁盘数量为4块
/]# mdadm -G /dev/md5 -n 4 -c 32
#-G或--grow 改变阵列大小或形态
~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf #保存配置文件
备注：阵列只有在正常状态下，才能扩容，降级及重构时不允许扩容。对于raid5来说，只能增加成员盘，不能减少。而对于raid1来说，可以增加成员盘，也可以减少。
~]# mdadm -D /dev/md5 #查看状态
。。。
Array Size : 41910272 (39.97 GiB 42.92 GB) #发现新增加硬盘后空间没有变大，为什么？
Used Dev Size : 20955136 (19.98 GiB 21.46 GB)
。。。
Reshape Status : 3% complete #重塑状态：3%完成 ，等到100%， 数据才同步完，同步完后会变成成：Consistency Policy : resync #一致性策略：再同步，表示已经同步完
。。。
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 96 0 active sync /dev/sdg
1 8 112 1 active sync /dev/sdh
4 8 128 2 active sync /dev/sdi
3 8 144 3 active sync /dev/sdj
等一会，等所有数据同步完成后，查看md5空间大小：
Array Size : 62865408 (59.95 GiB 64.37 GB) #空间已经变大
Used Dev Size : 20955136 (19.98 GiB 21.46 GB)
2.5 创建RAID10
实验环境：
|
raid种类 |
磁盘 |
热备盘 |
|
raid10 |
分区：sdk1,sdk2,sdk3.sdk4 |
|
~]# fdisk /dev/sdk #分4个主分区，每个分区1G大小
~]# mdadm -C -v /dev/md10 -l 10 -n 4 /dev/sdk[1-4]
~]# cat /proc/mdstat
2.6删除RAID所有信息及注意事项
~]# umount /dev/md0 /raid0 #如果你已经挂载raid，就先卸载。
~]# mdadm -Ss #停止raid设备
~]# rm -rf /etc/mdadm.conf #删除raid配置文件
~]# mdadm --zero-superblock /dev/sdb #清除物理磁盘中的raid标识
~]# mdadm --zero-superblock /dev/sdc #清除物理磁盘中的raid标识
参数：--zero-superblock : erase the MD superblock from a device. #擦除设备中的MD超级块
3. 在联想服务器的硬件中配置raid5
联想（ThinkServer） RD650做Raid
联想（ThinkServer） RD650（640升级）2U机架式 服务器2.5‘’盘位 2*E5-2609V4/双电源 升级至32G内存3个300G硬盘
操作步骤：
开机后，进入raid配置界面有提示，按ctrl +h进入raid配置界面：
连接服务器以后，显示以下界面,单击start进入配置页面：
单机Configuration Wizard （配置向导）进行配置：
单机Clear Configuration(清除配置)清除旧的配置：
清除以后，显示如下图，再次单机Configuration Wizard进行配置,：
单机new Configuration 进行新的配置：
进入如下页面，单击Manual Configuration（配置手册）：
选择左侧两块磁盘，做个raid1，单机 Add To Array(加入阵列)：
此处我们把两块盘做raid1，单机Accept DG（接受磁盘组，DG为disk groups的缩写），：
然后单机next，会进入如下页面，单机Add to SPAN(缚住或扎牢的意思，理解为将两块盘捆绑到一起)，单机next：
进入如下页面，可以选择raid（我们做的而是raid1），然后单机Update Size，accept，直接next就可以：
后面全部选next或者yes，当碰到下面这步骤时，可以忽略，直接点back：
会回到之前的Configuration Wizard配置向导页面, 后面选择add Configuration(添加配置)，后面做raid5的10块盘操作步骤和之前相同。最后配置完成的结果如下：
互动：为什么先把两块磁盘做raid1，然后把后面的磁盘都做成raid5 ?
raid1是镜像卷，安装系统用，一块坏了，不影响系统运行。 raid5存数据
如果服务器主板不支持硬raid ， 可以用raid卡
扩展：常见raid卡：
戴尔（DELL） 服务器RAID阵列卡 H730P 大卡 2G缓存+后备电池保障数据读写不受断电影响
硬raid如果阵列卡坏了 怎么办？
如果更换的RAID卡，与原卡规格型号相同，则不会有什么问题。若两卡规格型号不同，需要重新安装新卡驱动程序。这时就会有不确定的可能性，如驱动程序差别不大时，RAID盘组合顺序正常，硬盘原数据可正确读写；若驱动程序结构差别较大，则可能发生读写错误。因此，要尽量选购与原卡规格相同的产品，以确保数据安全。