什么是 RAID

磁盘阵列全名是『 Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID 』，容错式廉价磁盘阵列。 RAID 可以通过一些技术(软件或硬件)，将多个较小的磁盘整合成为一个较大的磁盘设备； 而这个较大的磁盘功能可不止是储存而已，他还具有数据保护的功能呢。整个 RAID 由亍选择的等级 (level) 不同，而使得整合后的磁盘具有不同的功能， 基本常见的 level 有这几种(注1)：

RAID-0 (等量模式, stripe)：效能最佳
这种模式如果使用相同型号与容量的磁盘来组成时，效果较佳。这种模式的 RAID 会将磁盘先切出等量的区块 (举例来说， 4KB)， 然后当一个文件要写入 RAID 时，该文件会依据块的大小切割好，之后再依序放到各个磁盘里面去。由于每个磁盘会交错的存放数据， 因此当你的数据要写入 RAID 时，数据会被等量的放置在各个磁盘上面。举例来说，你有两颗磁盘组成 RAID-0 ， 当你有 100MB 的数据要写入时，每个磁盘会各被分配到 50MB 的储存量。RAID-0 的示意图如下所示：

RAID-1 (映像模式, mirror)：完整备份
这种模式也是需要相同的磁盘容量的，最好是一模一样的磁盘啦！如果是不同容量的磁盘组成 RAID-1 时，那么总容量将以最小的那一颗磁盘为主！这种模式主要是『让同一份数据，完整的保存在两颗磁盘上头』。举例来说，如果我有一个 100MB 的档案，且我仅有两颗磁盘组成 RAID-1 时， 那么这两颗磁盘将会同步写入 100MB 到他们的储存空间去。 因此，整体 RAID 的容量几乎少了 50%。由于两颗硬盘内容一模一样，好像镜子映照出来一样， 所以我们也称他为 mirror（镜像） 模式。

RAID 0+1，RAID 1+0
RAID-0 的效能佳但是数据不安全，RAID-1 的数据安全但是效能不佳，那么能不能将这两者整合起来设置 RAID 呢？ 可以啊！那就是 RAID 0+1 或 RAID 1+0。所谓的 RAID 0+1 就是： (1)先让两颗磁盘组成 RAID 0，再让这样的设置共有两组； (2)将这两组 RAID 0 再组成一组 RAID 1。这就是 RAID 0+1 啰！反过来说，RAID 1+0 就是先组成 RAID-1 再组成 RAID-0 的意思。

RAID 5：性能与数据备份的均衡考虑
RAID-5 至少需要三块以上的磁盘才能够组成这种类型的磁盘阵列。这种磁盘阵列的数据写入有点类似 RAID-0 ， 不过每个循环的写入过程中，在每颗磁盘还加入一个同位检查数据 (Parity) ，这个数据会记录其他磁盘的备份数据， 用于当有磁盘损毁时的救援。RAID-5 读写的情况有点像底下这样：

Spare Disk：预备磁盘的功能
当磁盘阵列的磁盘损毁时，就得要将坏掉的磁盘拔除，然后换一颗新的磁盘。换成新磁盘并且顺利启劢磁盘阵列后， 磁盘阵列就会开始主动的重建 (rebuild) 原本坏掉的那颗磁盘数据到新的磁盘上！然后你磁盘阵列上面的数据就复原了！ 这就是磁盘阵列的优点。不过，我们还是得要动手拔插硬盘，此时通常得要关机才能这么做。 为了让系统可以实时的在坏掉硬盘时主动的重建，因此就需要预备磁盘 (spare disk) 的辅助。 所谓的 spare disk 就是一颗或多颗没有包含在原本磁盘阵列等级中的磁盘，这颗磁盘平时并不会被磁盘阵列所使用， 当磁盘阵列有任何磁盘损毁时，则这颗 spare disk 会被主动的拉进磁盘阵列中，再将坏掉的那颗硬盘移出磁盘阵列！ 然后立即重建数据系统。如此你的系统则可以永保安康啊！若你的磁盘阵列有支持热拔插那就更完美了！ 直接将坏掉的那颗磁盘拔除换一颗新的，再将那颗新设置成为 spare disk ，就完成了！

磁盘阵列的优点：

说的口沫横飞，重点在哪里呢？其实你的系统如果需要磁盘阵列的话，其实重点在于：
 数据安全与可靠性：指的并非信息安全，而是的那个硬件 (指磁盘) 损毁时，数据是否还能够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：可以让多块磁盘组合起来，故单一文件系统可以有相当大的容量。
尤其数据的可靠性与完整性更是使用 RAID 的考虑重点！毕竟硬件坏掉换掉就好了，软件数据损毁那可不是闹着玩的！ 所以企业界为何需要大量的 RAID 来做为文件系统的硬件基准，现在您有点了解了吧？

software, hardware RAID

硬件磁盘阵列 (hardware RAID) 是透过磁盘阵列卡来达成数组的目的。 磁盘阵列卡上面有一块专门的芯片在处理 RAID 的仸务，因此在效能方面会比较好。在很多任务 (例如 RAID 5 的同位检查码计算) 磁盘阵列并不会重复消耗原本系统的 I/O 总线，理论上效能会较佳。此外目前一般的中高阶磁盘阵列卡都支持热拔插， 亦即在不关机的情况下抽换损坏的磁盘，对于系统的复原与数据的可靠性方面非常的好用。

软件磁盘阵列 (software RAID)。软件磁盘阵列主要是透过软件来仿真数组的仸务， 因此会损耗较多的系统资源，比如说 CPU 的运算不 I/O 总线的资源等。

另外你必项要知道的是，硬件磁盘阵列在 Linux 底下看起来就是一颗实际的大磁盘，因此硬件磁盘阵列的装置文件名为 /dev/sd[a-p] ，因为使用到 SCSI 的模坑之故。至于软件磁盘阵列则是系统仿真的，因此使用的装置文件名是系统的装置文件， 文件名为 /dev/md0, /dev/md1...，两者的装置文件名并不相同！

软件磁盘阵列的设定：

  1. # mdadm --create --auto=yes /dev/md[0-9] --raid-devices=N --level=[015] --spare-devices=N /dev/sdx /dev/hdx...
  2. 选顷不参数：
  3. --create ：为建立 RAID 的参数。
  4. --auto=yes ：决定建立后面接的软件磁盘阵列装置，亦即 /dev/md0,/dev/md1...
  5. --raid-devices=N ：使用几个磁盘 (partition) 作为磁盘阵列的装置
  6. --spare-devices=N ：使用几个磁盘作为备用 (spare) 装置
  7. --level=[015] ：设定这组磁盘阵列的等级。支持很多，不过建议只要用 0, 1, 5 即可
  8. --detail ：后面所接的那个磁盘阵列装置的详绅信息

利用我的测试机来建置一个 RAID 5 的软件磁盘阵列给您瞧瞧！

  1. [root@linux ~]# fdisk -l
  2. Disk /dev/sda: 8589 MB, 8589934592 bytes
  3. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  4. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  5. Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  6. /dev/sda1   *           1          13      104391   83  Linux
  7. /dev/sda2              14         274     2096482+  82  Linux swap / Solaris
  8. /dev/sda3             275        1044     6185025   83  Linux
  9. Disk /dev/sdb: 8589 MB, 8589934592 bytes
  10. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  11. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  12. Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  13. Disk /dev/sdc: 8589 MB, 8589934592 bytes
  14. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  15. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  16. Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  17. Disk /dev/sdd: 8589 MB, 8589934592 bytes
  18. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  19. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  20. Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  21. Disk /dev/sde: 8589 MB, 8589934592 bytes
  22. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  23. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  24. Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
  25. Disk /dev/sdf: 8589 MB, 8589934592 bytes
  26. 255 heads, 63 sectors/track, 1044 cylinders
  27. Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
  28. Disk /dev/sdf doesn't contain a valid partition table

下面是我希望做成的 RAID 5 环境：
 利用 4 个磁盘组成 RAID 5；
 每个磁盘约为 8GB 大小，需确定每个磁盘一样大较佳；
 利用 1 个磁盘设定为 spare disk
 这个 spare disk 的大小与其他 RAID 所需磁盘一样大！
 将此 RAID 5 装置挂载到 /mnt/raid 目录下
最终我需要 5 个 8GB 的磁盘。

  1. [root@linux ~]# mdadm --create --auto=yes /dev/md0 --level=5 --raid-devices=4 --spare-devices=1 /dev/sd{b,c,d,e,f}
  2. mdadm: array /dev/md0 started.
  3. [root@linux ~]# mdadm --detail /dev/md0
  4. /dev/md0:                                                  --RADI设备名
  5. Version : 0.90
  6. Creation Time : Thu Feb 16 19:11:44 2012                 --RAID被创建的时间
  7. Raid Level : raid5                                    --RAID等级为RAID 5
  8. Array Size : 25165632 (24.00 GiB 25.77 GB)            --此RAID的可用磁盘容量
  9. Used Dev Size : 8388544 (8.00 GiB 8.59 GB)               --每个设备的可用容量
  10. Raid Devices : 4                                        --用作RAID的设备数量
  11. Total Devices : 5                                        --全部设备的数量
  12. Preferred Minor : 0
  13. Persistence : Superblock is persistent
  14. Update Time : Thu Feb 16 19:14:22 2012
  15. State : clean
  16. Active Devices : 4                                        --启动的设备数量
  17. Working Devices : 5                                        --可动作的设备数量
  18. Failed Devices : 0                                        --出现错误的设备数量
  19. Spare Devices : 1                                        --预备磁盘的数量
  20. Layout : left-symmetric
  21. Chunk Size : 64K
  22. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b      --此设备的RAID标识符
  23. Events : 0.2
  24. Number   Major   Minor   RaidDevice State
  25. 0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
  26. 1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
  27. 2       8       48        2      active sync   /dev/sdd
  28. 3       8       64        3      active sync   /dev/sde
  29. 4       8       80        -      spare   /dev/sdf

也可以查阅如下的档案杢看看系统软件磁盘阵列的情况：

  1. [root@linux ~]# cat /proc/mdstat
  2. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  3. md0 : active raid5 sde[3] sdf[4](S) sdd[2] sdc[1] sdb[0]                --第一行
  4. 25165632 blocks level 5, 64k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]      --第二行
  5. unused devices: <none>

第一行部分：指出 md0 为 raid5 ，丏使用了 sdb, sdc, sdd, sde 等四颗磁盘装置。每个装置后面的中括号 [] 内的数字为此磁盘在 RAID 中的顺序 (RaidDevice)；至亍 sdf 后面的 [S] 则代表 sdf 为 spare 之意。

第二行：此磁盘阵列拥有 25165632 个block(每个 block 单位为 1K)，所以怪容量约为24GB， 使用 RAID 5 等级，写入磁盘的小区坑 (chunk) 大小为 64K，使用 algorithm 2 磁盘阵列算法。 [m/n] 代表此数组需要 m 个装置，且 n 个装置正常运作。因此本 md0 需要 4 个装置且这 4 个装置均正常运作。 后面的 [UUUU] 代表的是四个所需的装置 (就是 [m/n] 里面的 m) 的启劢情况，U 代表正常运作，若为 _ 则代表不正常。

格式化与挂载使用RAID

  1. [root@linux ~]# mkfs -t ext3 /dev/md0
  2. mke2fs 1.39 (29-May-2006)
  3. Filesystem label=
  4. OS type: Linux
  5. Block size=4096 (log=2)
  6. Fragment size=4096 (log=2)
  7. 3145728 inodes, 6291408 blocks
  8. 314570 blocks (5.00%) reserved for the super user
  9. First data block=0
  10. Maximum filesystem blocks=0
  11. 192 block groups
  12. 32768 blocks per group, 32768 fragments per group
  13. 16384 inodes per group
  14. Superblock backups stored on blocks:
  15. 32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
  16. 4096000
  17. Writing inode tables: done
  18. Creating journal (32768 blocks): done
  19. Writing superblocks and filesystem accounting information: done
  20. This filesystem will be automatically checked every 22 mounts or
  21. 180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.
  22. [root@linux ~]# mkdir /mnt/raid
  23. [root@linux ~]# mount /dev/md0 /mnt/raid/
  24. [root@linux ~]# df
  25. 文件系统               1K-块        已用     可用 已用% 挂载点
  26. /dev/sda3              5991232   2656564   3025420  47% /
  27. /dev/sda1               101086     11373     84494  12% /boot
  28. tmpfs                   517548         0    517548   0% /dev/shm
  29. /dev/md0              24770748    176200  23336268   1% /mnt/raid

仿真 RAID 错误的救援模式

  1. # mdadm --manage /dev/md[0-9] [--add 设备] [--remove 设备] [--fail 设备]
  2. 参数：
  3. --add ：会将后面的设备加入到这个 md 中！
  4. --remove ：会将后面的设备从这个 md 中移除
  5. --fail ：会将后面的设备设定成为出错的状态

设置磁盘为错误

  1. [root@linux raid]# cp -a /etc/ /var/log/ /mnt/raid/            --先复制一些数据
  2. [root@linux raid]# df /mnt/raid/
  3. 文件系统               1K-块        已用     可用 已用% 挂载点
  4. /dev/md0              24770748    279932  23232536   2% /mnt/raid
  5. [root@linux raid]# du -sm /mnt/raid/*
  6. 106     /mnt/raid/etc                 --看吧！确实有数据在里面
  7. 2       /mnt/raid/log
  8. 1       /mnt/raid/lost+found
  9. [root@linux raid]# ll /mnt/raid/
  10. 总计 40
  11. drwxr-xr-x 101 root root 12288 02-16 20:37 etc
  12. drwxr-xr-x  16 root root  4096 02-16 18:24 log
  13. drwx------   2 root root 16384 02-16 20:36 lost+found
  14. [root@linux raid]# mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/sdb          --假设这个磁盘设备出错了。
  15. mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
  16. [root@linux raid]# mdadm --detail /dev/md0
  17. /dev/md0:
  18. Version : 0.90
  19. Creation Time : Thu Feb 16 19:11:44 2012
  20. Raid Level : raid5
  21. Array Size : 25165632 (24.00 GiB 25.77 GB)
  22. Used Dev Size : 8388544 (8.00 GiB 8.59 GB)
  23. Raid Devices : 4
  24. Total Devices : 5
  25. Preferred Minor : 0
  26. Persistence : Superblock is persistent
  27. Update Time : Thu Feb 16 20:51:49 2012
  28. State : clean, degraded, recovering
  29. Active Devices : 3
  30. Working Devices : 4
  31. Failed Devices : 1                                      --出错的磁盘有一个
  32. Spare Devices : 1
  33. Layout : left-symmetric
  34. Chunk Size : 64K
  35. Rebuild Status : 16% complete
  36. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  37. Events : 0.4
  38. Number   Major   Minor   RaidDevice State
  39. 4       8       80        0      spare rebuilding   /dev/sdf
  40. 1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
  41. 2       8       48        2      active sync   /dev/sdd
  42. 3       8       64        3      active sync   /dev/sde
  43. 5       8       16        -      faulty spare   /dev/sdb
  44. [root@linux raid]# cat /proc/mdstat
  45. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  46. md0 : active raid5 sde[3] sdf[4] sdd[2] sdc[1] sdb[5](F)
  47. 25165632 blocks level 5, 64k chunk, algorithm 2 [4/3] [_UUU]
  48. [======>..............]  recovery = 34.3% (2878256/8388544) finish=3.2min speed=28577K/sec
  49. unused devices: <none>

重建完毕的RAID 5情况

  1. [root@linux raid]# cat /proc/mdstat
  2. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  3. md0 : active raid5 sde[3] sdf[0] sdd[2] sdc[1] sdb[4](F)
  4. 25165632 blocks level 5, 64k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
  5. unused devices: <none>
  6. [root@linux raid]# mdadm --detail /dev/md0
  7. /dev/md0:
  8. Version : 0.90
  9. Creation Time : Thu Feb 16 19:11:44 2012
  10. Raid Level : raid5
  11. Array Size : 25165632 (24.00 GiB 25.77 GB)
  12. Used Dev Size : 8388544 (8.00 GiB 8.59 GB)
  13. Raid Devices : 4
  14. Total Devices : 5
  15. Preferred Minor : 0
  16. Persistence : Superblock is persistent
  17. Update Time : Thu Feb 16 21:02:31 2012
  18. State : clean
  19. Active Devices : 4
  20. Working Devices : 4
  21. Failed Devices : 1
  22. Spare Devices : 0
  23. Layout : left-symmetric
  24. Chunk Size : 64K
  25. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  26. Events : 0.12
  27. Number   Major   Minor   RaidDevice State
  28. 0       8       80        0      active sync   /dev/sdf
  29. 1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
  30. 2       8       48        2      active sync   /dev/sdd
  31. 3       8       64        3      active sync   /dev/sde
  32. 4       8       16        -      faulty spare   /dev/sdb

将错误的磁盘删除并加入新磁盘

  1. [root@linux raid]# mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/sdb
  2. mdadm: hot removed /dev/sdb
  3. [root@linux raid]# cat /proc/mdstat
  4. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  5. md0 : active raid5 sde[3] sdf[0] sdd[2] sdc[1]
  6. 25165632 blocks level 5, 64k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
  7. unused devices: <none>
  8. [root@linux raid]# mdadm --detail /dev/md0
  9. /dev/md0:
  10. Version : 0.90
  11. Creation Time : Thu Feb 16 19:11:44 2012
  12. Raid Level : raid5
  13. Array Size : 25165632 (24.00 GiB 25.77 GB)
  14. Used Dev Size : 8388544 (8.00 GiB 8.59 GB)
  15. Raid Devices : 4
  16. Total Devices : 4
  17. Preferred Minor : 0
  18. Persistence : Superblock is persistent
  19. Update Time : Thu Feb 16 21:06:32 2012
  20. State : clean
  21. Active Devices : 4
  22. Working Devices : 4
  23. Failed Devices : 0
  24. Spare Devices : 0
  25. Layout : left-symmetric
  26. Chunk Size : 64K
  27. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  28. Events : 0.14
  29. Number   Major   Minor   RaidDevice State
  30. 0       8       80        0      active sync   /dev/sdf
  31. 1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
  32. 2       8       48        2      active sync   /dev/sdd
  33. 3       8       64        3      active sync   /dev/sde
  34. [root@linux raid]# mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sdb
  35. mdadm: added /dev/sdb
  36. [root@linux raid]# mdadm --detail /dev/md0
  37. /dev/md0:
  38. Version : 0.90
  39. Creation Time : Thu Feb 16 19:11:44 2012
  40. Raid Level : raid5
  41. Array Size : 25165632 (24.00 GiB 25.77 GB)
  42. Used Dev Size : 8388544 (8.00 GiB 8.59 GB)
  43. Raid Devices : 4
  44. Total Devices : 5
  45. Preferred Minor : 0
  46. Persistence : Superblock is persistent
  47. Update Time : Thu Feb 16 21:06:32 2012
  48. State : clean
  49. Active Devices : 4
  50. Working Devices : 5
  51. Failed Devices : 0
  52. Spare Devices : 1
  53. Layout : left-symmetric
  54. Chunk Size : 64K
  55. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  56. Events : 0.14
  57. Number   Major   Minor   RaidDevice State
  58. 0       8       80        0      active sync   /dev/sdf
  59. 1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
  60. 2       8       48        2      active sync   /dev/sdd
  61. 3       8       64        3      active sync   /dev/sde
  62. 4       8       16        -      spare   /dev/sdb
  63. [root@linux raid]# cat /proc/mdstat
  64. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  65. md0 : active raid5 sdb[4](S) sde[3] sdf[0] sdd[2] sdc[1]
  66. 25165632 blocks level 5, 64k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
  67. unused devices: <none>

开机自动启动RAID并自动挂载

  1. [root@linux raid]# mdadm --detail /dev/md0 | grep UUID
  2. UUID : 84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  3. [root@linux raid]# vi /etc/mdadm.conf
  4. ARRAY /dev/md0 UUID=84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b
  5. [root@linux raid]# vi /etc/fstab
  6. /dev/md0                /mnt/raid               ext3    defaults        1 2
  7. [root@linux ~]# umount /dev/md0
  8. [root@linux ~]# df
  9. 文件系统               1K-块        已用     可用 已用% 挂载点
  10. /dev/sda3              5991232   2655024   3026960  47% /
  11. /dev/sda1               101086     11373     84494  12% /boot
  12. tmpfs                   517548         0    517548   0% /dev/shm
  13. [root@linux ~]# mount -a                                              --参数 -a：依照配置文件 /etc/fstab 的数据将所有未挂载的磁盘都挂载上来
  14. [root@linux ~]# df
  15. 文件系统               1K-块        已用     可用 已用% 挂载点
  16. /dev/sda3              5991232   2655024   3026960  47% /
  17. /dev/sda1               101086     11373     84494  12% /boot
  18. tmpfs                   517548         0    517548   0% /dev/shm
  19. /dev/md0              24770748    279936  23232532   2% /mnt/raid

关闭软件RAID

除非你未来就是要使用这颗 software RAID (/dev/md0)，否则你势必要将这个 /dev/md0 关闭！如果你只是将 /dev/md0 卸除，然后忘记将 RAID 关闭， 结果就是....未来你在重新分割 /dev/sb* 时可能会出现一些莫名的错错误状况啦！

  1. # 1. 先卸载且删除配置文件内与这个 /dev/md0 有关的设置：
  2. [root@linux ~]# umount /dev/md0
  3. [root@linux ~]# vi /etc/fstab
  4. /dev/md0 /mnt/raid ext3 defaults 1 2  --将这一行删除掉！或者是批注掉也可以！
  5. # 2. 直接关闭 /dev/md0 的方法！
  6. [root@linux ~]# mdadm --stop /dev/md0
  7. mdadm: stopped /dev/md0                       --这样就关闭了！
  8. [root@linux ~]# cat /proc/mdstat
  9. Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
  10. unused devices: <none>                          --看吧！确实不存在仸何数组设备！
  11. [root@linux ~]# vi /etc/mdadm.conf
  12. ARRAY /dev/md0 UUID=84c5171f:50290a3e:8673f81b:4cc9501b       --同样啦！删除他或是批注他！

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