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磁盤陣列模擬實踐-raid{0,1,5,10}

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磁盤陣列模擬實踐-raid{0,1,5,10}

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簡  介

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），即“獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列”之意。
磁盤陣列是利用多塊廉價且獨立的磁盤組合成一個大容量的磁盤組，從而實現將個別磁盤提供數據所產生加成效果用以提升整個磁盤系統效能的目的，可以利用這種技術將數據切割成許多區段，分別存放在各個硬盤上，實現數據備份冗余的功能。
目前 RAID技術大致分為兩種：基于硬件的RAID技術和基于軟件的RAID技術。
常用的磁盤陣列(RAID)主要有raid0，raid1，raid5，raid10.
-- RAID相對優缺點：
-- RAID選擇策略：
-- RAID優缺點總結：

實驗環境

實驗工具：vmware虛擬機
操作系統：centos6.7
實驗方式：利用添加磁盤進行分區的方式模擬進行軟raid創建

raid0  （沒有奇偶校驗的條帶模式）

-- 原理：

RAID0（stripe沒有奇偶校驗的條帶模式）將多個小磁盤組合成一個大的磁盤組，把連續的數據分散到多個磁盤上進行存取，并行I/O，在所有raid中具有最高的存儲性能，但是它沒有冗余，如果一個磁盤（物理）損壞，則所有的數據都無法使用！磁盤利用率為100%。

-- 方法步驟：

1. 創建raid0；
2. 導出陣列配置文件；
3. 格式化raid并掛載到指定目錄；
4. 在/etc/fstab配置信息進行永久掛載。

-- 實驗演示：

1. 添加磁盤/dev/sdb，并分兩個主分區（模擬2塊磁盤）：
[root@003-64bit3 ~]# fdisk -l /dev/sdb
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 1 132 1060258+ 83 Linux
/dev/sdb2 133 264 1060290 83 Linux
[root@003-64bit3 ~]# ls /dev/sdb*
/dev/sdb /dev/sdb1 /dev/sdb2
2. 創建raid，需用到命令mdadm：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -C -v /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb1 /dev/sdb2
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.
3. 掃描信息：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -Ds
ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=003-64bit3:0 
UUID=d98b416b:05fa8e70:1445c9b8:51ec1892
4. 查看詳細信息：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
Version : 1.2
Creation Time : Wed Sep 21 20:33:11 2016
Raid Level : raid0
Array Size : 2117632 (2.02 GiB 2.17 GB)
Raid Devices : 2
Total Devices : 2
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Wed Sep 21 20:33:11 2016
State : clean
Active Devices : 2
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Chunk Size : 512K
Name : 003-64bit3:0 (local to host 003-64bit3)
UUID : d98b416b:05fa8e70:1445c9b8:51ec1892
Events : 0
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 17 0 active sync /dev/sdb1
1 8 18 1 active sync /dev/sdb2
5. 生成raid配置文件：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
[root@003-64bit3 ~]# cat /etc/mdadm.conf
ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=003-64bit3:0 
UUID=d98b416b:05fa8e70:1445c9b8:51ec1892
6. 使用raid需先分區：
[root@003-64bit3 ~]# fdisk /dev/md0
7. 跟磁盤分區一樣操作：
[root@003-64bit3 ~]# ll /dev/md0*
brw-rw---- 1 root disk 9, 0 9月 21 20:56 /dev/md0
brw-rw---- 1 root disk 259, 0 9月 21 20:56 /dev/md0p1
8. 然后格式化：
[root@003-64bit3 ~]# mkfs.ext4 /dev/md0p1
9. 掛載及使用：
[root@003-64bit3 ~]# mkdir /raid0
[root@003-64bit3 ~]# mount /dev/md0p1 /raid0
[root@003-64bit3 ~]# ls /raid0
lost+found
[root@003-64bit3 ~]# cp /etc/passwd /raid0
[root@003-64bit3 ~]# ls /raid0
lost+found passwd
10. 設置開機自動掛載：
[root@003-64bit3 ~]# vim /etc/fstab
/dev/md0p1 /raid0 ext4 defaults 0 0
11. 核驗raid0大小(給/dev/sdb1和/dev/sdb2分的都是1G，共2G）。
[root@003-64bit3 ~]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3 18G 2.1G 15G 13% /
tmpfs 491M 0 491M 0% /dev/shm
/dev/sda1 190M 27M 154M 15% /boot
/dev/md0p1 2.0G 3.1M 1.9G 1% /raid0


raid1 （鏡象結構）

-- 原理:

RAID 1 （鏡像Mirroring），利用成對的獨立磁盤以實現數據的備份，具有全冗余，但是數據有效容量只有總容量的一半，因此成本高；在業務繁忙時，可以從鏡像中讀取數據，因此一定程度上可以提高讀性能。

-- 方法步驟

1. 創建raid1；
2. 添加1個熱備盤；
3. 模擬磁盤故障，熱備盤自動頂替故障盤；
4. 卸載陣列并刪除整個陣列。

--實驗演示

1. 添加磁盤如/dev/sdc,分3個主分區：
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdc1 1 132 1060258+ 83 Linux
/dev/sdc2 133 264 1060290 83 Linux
/dev/sdc3 265 396 1060290 83 Linux
2. 創建raid1：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -C -v /dev/md1 -l 1 -n 2 -x 1 /dev/sdc{1,2,3}
mdadm: Note: this array has metadata at the start and
may not be suitable as a boot device. If you plan to
store /boot on this device please ensure that
your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use
--metadata=0.90
mdadm: size set to 1059200K
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.
3. 查看陣列缺失信息：
[root@003-64bit3 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid1]
md1 : active raid1 sdc3[2](S) sdc2[1] sdc1[0]
1059200 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
unused devices: <none>
#md1：表示此陣列的設備名；
#active：表示此陣列正常讀寫；
#sdc3[2](S)：表示是這個陣列第三個設備且是備用盤；sdc3[1]是此陣列第二個設備；sdc3[0]是此陣列第一個設備；
#1059200 blocks：表示此陣列的大小，以塊為單位（1G）；
#[2/2]：表示此陣列中有2個磁盤，并且2個都在正常運行。
4. 生成配置文件，不要追加>>，直接重定向>。
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
[root@003-64bit3 ~]# cat /etc/mdadm.conf
ARRAY /dev/md1 metadata=1.2 spares=1 name=003-64bit3:1 UUID=60875dab:7d3ad5aa:c524ba77:dc4d25ee
#spares=1：表示有一個熱備盤。
5. 分區并格式化：
[root@003-64bit3 ~]# fdisk /dev/md1
[root@003-64bit3 ~]# mkfs.ext4 /dev/md1p1
[root@003-64bit3 ~]# mkdir /raid1
[root@003-64bit3 ~]# mount /dev/md1p1 /raid1
[root@003-64bit3 ~]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3 18G 2.1G 15G 13% /
tmpfs 491M 0 491M 0% /dev/shm
/dev/sda1 190M 27M 154M 15% /boot
/dev/md1p1 987M 1.3M 934M 1% /raid1
6. 測試使用：
[root@003-64bit3 ~]# cp /etc/passwd /raid1
[root@003-64bit3 ~]# ls /raid1
lost+found passwd
7. 要開機自動掛載可以修改/etc/fstab文件：
模擬測試熱備盤/dev/sdc3自動頂替故障盤/dev/sdc1。
8. 先觀察陣列狀態：
[root@003-64bit3 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid1]
md1 : active raid1 sdc3[2](S) sdc2[1] sdc1[0]
1059200 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
unused devices: <none>
9. 然后將/dev/sdc1指定為故障狀態：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -f /dev/md1 /dev/sdc1
mdadm: set /dev/sdc1 faulty in /dev/md1
10. 再查看陣列狀態：
[root@003-64bit3 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid1]
md1 : active raid1 sdc3[2] sdc2[1] sdc1[0](F)
1059200 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
unused devices: <none>
sdc1加上了(F)故障標記，sdc3去掉了(S)備用標記，熱備盤自動頂替故障盤成功！
11. 移除故障盤：
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -r /dev/md1 /dev/sdc1
mdadm: hot removed /dev/sdc1 from /dev/md1
12. 然后可以看到沒有sdc1了。
[root@003-64bit3 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid0] [raid1]
md1 : active raid1 sdc3[2] sdc2[1]
1059200 blocks super 1.2 [2/2] [UU]
unused devices: 
13. 刪除故障盤后最好重新生成下配置文件，防止后期重啟后出現各種問題。
[root@003-64bit3 ~]# cat /etc/mdadm.conf
ARRAY /dev/md1 metadata=1.2 spares=1 name=003-64bit3:1 UUID=60875dab:7d3ad5aa:c524ba77:dc4d25ee
[root@003-64bit3 ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
[root@003-64bit3 ~]# cat /etc/mdadm.conf
ARRAY /dev/md1 metadata=1.2 name=003-64bit3:1 UUID=60875dab:7d3ad5aa:c524ba77:dc4d25ee


raid5 （分布式奇偶校驗的獨立磁盤結構）

-- 原理：

RAID5將數據以數據塊的形式分布到各個硬盤上，同時通過各磁盤的奇偶校驗碼實現來實現與數據的一一對應；當單個磁盤出問題時，可以通過剩余磁盤的數據和校驗碼來恢復被損壞的數據。

-- 方法步驟

1. 創建raid5；
2. 停止陣列，重新激活陣列；
3. 添加熱備盤，擴展陣列容量，從3個磁盤擴展到4個。

-- 實驗演示

1. 添加/dev/sde磁盤，然后分區/dev/sde{1,2,3,4,
5,6} ，三主三邏輯：
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdb1 1 132 1060258+ 83 Linux
/dev/sdb2 133 264 1060290 83 Linux
/dev/sdb3 265 396 1060290 83 Linux
/dev/sdb4 397 2610 17783955 5 Extended
/dev/sdb5 397 528 1060258+ 83 Linux
/dev/sdb6 529 660 1060258+ 83 Linux
[root@vm001 ~]# ls /dev/sdb*
/dev/sdb /dev/sdb1 /dev/sdb2 /dev/sdb3 /dev/sdb4 /dev/sdb5 /dev/sdb6
2. 創建raid5：
[root@vm001 ~]# mdadm -C -v /dev/md5 -l 5 -n 3 -c 32 -x 1 
/dev/sdb{1,2,3,5}
注：/dev/sdb4是擴展，所以不寫4，寫5。
3. 查看陣列狀態：
[root@vm001 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md5 : active raid5 sdb3[4] sdb5[3](S) sdb2[1] sdb1[0]
2118464 blocks super 1.2 level 5, 32k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
4. 生成配置文件：
[root@vm001 ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
5. 停止陣列md5，然后看不到md5的信息：
[root@mycat ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md5 : active raid5 sdb3[4] sdb5[3](S) sdb2[1] sdb1[0]
2118464 blocks super 1.2 level 5, 32k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices: <none>
[root@mycat ~]# mdadm -S /dev/md5
mdadm: stopped /dev/md5
[root@mycat ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
unused devices: <none>
6. 激活陣列：
[root@vm001 ~]# mdadm -As
mdadm: /dev/md5 has been started with 3 drives and 1 spare.
7. 然后又有md5的信息：
[root@mycat ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md5 : active raid5 sdb1[0] sdb5[3](S) sdb3[4] sdb2[1]
2118464 blocks super 1.2 level 5, 32k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices: <none>
8. 添加磁盤，擴展raid5為4塊磁盤：
先將/dev/md5進行分區并格式化后掛載到指定目錄。
[root@vm001 ~]# fdisk /dev/md5
[root@vm001 ~]# mkfs.ext4 /dev/md5p1
[root@mycat ~]# mkdir /raid5
[root@vm001 ~]# mount /dev/md5p1 /raid5
9. 添加磁盤分區/dev/sdb6到/dev/md5中：
添加前先卸載/raid5。
[root@mycat ~]# umount /raid5
[root@mycat ~]# mdadm -a /dev/md5 /dev/sdb6
mdadm: added /dev/sdb6
10. 然后查看狀態：
[root@mycat ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdb6[5](S) sdb1[0] sdb5[3](S) sdb3[4] sdb2[1]
2118464 blocks super 1.2 level 5, 32k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices: <none>

[root@mycat ~]# mdadm -G /dev/md5 -n 4
11. 查看狀態變化：
[root@mycat ~]# watch -n 1 cat /proc/mdstat
md5 : active raid5 sdb6[5] sdb1[0] sdb5[3](S) sdb3[4] sdb2[1]
3177696 blocks super 1.2 level 5, 32k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
12. 重新生成配置文件，防止后續重啟發生故障：
[root@mycat ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
要實現開機自動掛載可以添加修改/etc/fstab文件。

raid10 （raid1+0）（高可靠性與高效磁盤結構）

-- 原理：

RAID10可以理解為RAID1+RAID0的組合體，通過綜合兩種結構各自的優缺點來實現相互補充，實現高效高速高安全的目的，但是成本非常高。

-- 方法

1. 先創建兩個底層的raid1， 然后再創建一個上層的raid0。
添加磁盤/dev/sdc,分區。
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/sdc1 1 132 1060258+ 83 Linux
/dev/sdc2 133 264 1060290 83 Linux
/dev/sdc3 265 396 1060290 83 Linux
/dev/sdc4 397 528 1060290 83 Linux
2. 創建兩個底層的raid1：
[root@mycat ~]# mdadm -C -v /dev/md1_1 -l 1 -n 2 /dev/sdc{1,2}
[root@mycat ~]# mdadm -C -v /dev/md1_2 -l 1 -n 2 /dev/sdc{3,4}
3. 再創建上層的raid0：
[root@mycat ~]# mdadm -C -v /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/md1_1 /dev/md1_2
4. 生成配置文件：
[root@mycat ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
5. 然后分區格式化掛載：
[root@mycat ~]# fdisk /dev/md0
[root@mycat ~]# mkfs.ext4 /dev/md0p1
[root@mycat ~]# mkdir /raid10
[root@mycat ~]# mount /dev/md0p1 /raid10


其他操作

-- 停止所有raid陣列（先umount卸載才能停）：
# mdadm -Ss
-- 激活所有raid陣列：
# mdadm -As
-- 刪除raid配置：
# rm -rf /etc/mdadm.conf
-- 清除物理磁盤中的raid標識：
# mdadm --misc --zero-superblock /dev/sda5
-- 參數說明：
mdadm --misc options... devices    #報告或修改各種MD相關的設備；
zero-superblock   #擦除設備中的MD超級塊。


本 文 原 創 來 源：IT那活兒微信公眾號（上海新炬王翦團隊） 

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