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linux系统磁盘管理（磁盘阵列）

发布时间 2024-01-04 11:39:42作者: DoubleLi

1 磁盘阵列简介

RAID（Redundant Array of Independent Disks）即独立硬盘冗余阵列，简称磁盘阵列。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。其中RAID卡有自己的cpu，由它统一管理和控制;数据也由它来进行分配和维护，处理速度快。服务器启动时，就会有显示进入配置Riad的提示。
RAID比单硬盘有以下一个或多个方面的好处：增强数据集成度，增强容错功能，增加处理量或容量，磁盘阵列对于电脑来说，看起来就像一个单独的硬盘或逻辑存储单元。

2 RAID 分类

RAID有很多种类型本章只举4例供大家了解RAID技术！

RAID类型 说 明 最低磁盘个数 空间利用率 各自的优缺点
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
RAID10 RAID1的镜像+RAID0的条带 4 50% 读写速度快，容错

RAID 中主要有三个关键概念和技术：镜像（ Mirroring ）、数据条带（ Data Stripping ）和数据校验（ Data parity ）

2.1 RAID0

RAID0是最早出现的RAID模式；应用条数据条带（ Data Stripping ）技术，将数据分片保存2+个磁盘（最好磁盘的大小相同）上，多个数据分片共同组成一个完整数据副本，数据条带具有更高的并发粒度，当访问数据时，可以同时对位于不同磁盘上数据进行读写操作， 从而获得非常可观的 I/O 性能提升；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;成本低，可以提高整个磁盘的性能;磁盘利用率为100%，但是，RAID 0没有提供冗余或错误修复能力，任何一个磁盘的损坏将损坏全部数据。

2.2 RAID1

RAID 1 应用镜像卷（mirroring）技术，这是一种冗余技术，为磁盘提供保护功能，防止磁盘发生故障而造成数据丢失,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)，所以，RAID1的读写速度一般，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。

2.3 RAID5

RAID5应用数据校验（ Data parity ）技术，RAID 要在写入数据同时进行校验计算，并将得到的校验数据存储在 RAID 成员磁盘中。校验数据可以集中保存在某个磁盘或分散存储在多个不同磁盘中，甚至校验数据也可以分块，不同 RAID 等级实现各不相同。当其中一部分数据出错时，就可以对剩余数据和校验数据进行反校验计算重建丢失的数据，可以提供热备盘实现故障的恢复；校验技术相对于镜像技术的优势在于节省大量开销，但由于每次数据读写都要进行大量的校验运算，对计算机的运算速度要求很高，必须使用硬件 RAID 控制器。在数据重建恢复方面，检验技术比镜像技术复杂得多且慢得多。

2.4 RAID10

RAID10即RAID1镜像+RAID0条带，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；

3 演示

3.1 Mdadm命令

madam是linux下用于创建和管理软件RAID的命令，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

option:
-a	检测设备名称
-n	指定设备数量
-l	指定RAID级别
-C	创建
-v	显示过程
-f	模拟设备损坏
-r	移除设备
-Q	查看摘要信息
-D	查看详细信息
-S	停止RAID磁盘阵列
-x      热备盘个数

3.2 RAID5 演示

#下载mdadm

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  yum stall mdadm -y

#第一步：查看磁盘

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  ls /dev/sd*
/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

#第二步：创建RAID5阵列

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mdadm -Cv /dev/md0 -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: super1.x cannot open /dev/sdb: Device or resource busy
mdadm: ddf: Cannot use /dev/sdb: Device or resource busy
mdadm: Cannot use /dev/sdb: It is busy
mdadm: cannot open /dev/sdb: Device or resource busy

#第三步：查看阵列信息

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mdadm -D /dev/md0                                                                                             
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu May 16 21:11:13 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu May 16 21:12:59 2019
             State : clean 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : unknown

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : dd9965b6:b6e3d118:d92e3fef:517bbc93
            Events : 18

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       3       8       64        -      spare   /dev/sde

#第四步：磁盘格式化成文件系统格式

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mkfs.xfs /dev/md0
meta-data=/dev/md0               isize=512    agcount=16, agsize=654720 blks
         =                       sectsz=512   attr=2, projid32bit=1
         =                       crc=1        finobt=0, sparse=0
data     =                       bsize=4096   blocks=10475520, imaxpct=25
         =                       sunit=128    swidth=256 blks
naming   =version 2              bsize=4096   ascii-ci=0 ftype=1
log      =internal log           bsize=4096   blocks=5120, version=2
         =                       sectsz=512   sunit=8 blks, lazy-count=1
realtime =none                   extsz=4096   blocks=0, rtextents=0

#第五步：挂载

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mkdir /du
╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mount /dev/md0 /du

#第六步：模拟磁盘损坏

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mdadm /dev/md0 -f /dev/sdc  #sdc盘损坏                                                                                 
mdadm: set /dev/sdc faulty in /dev/md0

#第七部：查看磁盘阵列信息

╭─root@localhost.localdomain ~  
╰─➤  mdadm -D /dev/md0                                                                                           
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu May 16 21:11:13 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu May 16 21:18:14 2019
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 2
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : unknown

    Rebuild Status : 32% complete

              Name : localhost.localdomain:0  (local to host localhost.localdomain)
              UUID : dd9965b6:b6e3d118:d92e3fef:517bbc93
            Events : 25

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       3       8       64        1      spare rebuilding   /dev/sde
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       1       8       32        -      faulty   /dev/sdc