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磁盤陣列模擬實(shí)踐-raid{0,1,5,10}

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磁盤陣列模擬實(shí)踐-raid{0,1,5,10}

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簡  介

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），即“獨(dú)立磁盤構(gòu)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(dú)立的磁盤組合成一個大容量的磁盤組，從而實(shí)現(xiàn)將個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果用以提升整個磁盤系統(tǒng)效能的目的，可以利用這種技術(shù)將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份冗余的功能。
目前 RAID技術(shù)大致分為兩種：基于硬件的RAID技術(shù)和基于軟件的RAID技術(shù)。
常用的磁盤陣列(RAID)主要有raid0，raid1，raid5，raid10.
-- RAID相對優(yōu)缺點(diǎn)：
-- RAID選擇策略：
-- RAID優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)工具：vmware虛擬機(jī)
操作系統(tǒng)：centos6.7
實(shí)驗(yàn)方式：利用添加磁盤進(jìn)行分區(qū)的方式模擬進(jìn)行軟raid創(chuàng)建

raid0  （沒有奇偶校驗(yàn)的條帶模式）

-- 原理：

RAID0（stripe沒有奇偶校驗(yàn)的條帶模式）將多個小磁盤組合成一個大的磁盤組，把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個磁盤上進(jìn)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(shù)據(jù)都無法使用！磁盤利用率為100%。

-- 方法步驟：

1. 創(chuàng)建raid0；
2. 導(dǎo)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(jìn)行永久掛載。

-- 實(shí)驗(yàn)演示：

1. 添加磁盤/dev/sdb，并分兩個主分區(qū)（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(chuàng)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(xì)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(qū)：
[root@003-64bit3 ~]# fdisk /dev/md0
7. 跟磁盤分區(qū)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(shè)置開機(jī)自動掛載：
[root@003-64bit3 ~]# vim /etc/fstab
/dev/md0p1 /raid0 ext4 defaults 0 0
11. 核驗(yàn)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(jié)構(gòu)）

-- 原理:

RAID 1 （鏡像Mirroring），利用成對的獨(dú)立磁盤以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份，具有全冗余，但是數(shù)據(jù)有效容量只有總?cè)萘康囊话耄虼顺杀靖撸辉跇I(yè)務(wù)繁忙時，可以從鏡像中讀取數(shù)據(jù)，因此一定程度上可以提高讀性能。

-- 方法步驟

1. 創(chuàng)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(shí)驗(yàn)演示

1. 添加磁盤如/dev/sdc,分3個主分區(qū)：
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(chuàng)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(shè)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(shè)備且是備用盤；sdc3[1]是此陣列第二個設(shè)備；sdc3[0]是此陣列第一個設(shè)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(yùn)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(qū)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(jī)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(tài)：
[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(tài)：
[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(tài)：
[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(biāo)記，sdc3去掉了(S)備用標(biāo)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?jīng)]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(xiàn)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(yàn)的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)）

-- 原理：

RAID5將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊的形式分布到各個硬盤上，同時通過各磁盤的奇偶校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)的一一對應(yīng)；當(dāng)單個磁盤出問題時，可以通過剩余磁盤的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼來恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。

-- 方法步驟

1. 創(chuàng)建raid5；
2. 停止陣列，重新激活陣列；
3. 添加熱備盤，擴(kuò)展陣列容量，從3個磁盤擴(kuò)展到4個。

-- 實(shí)驗(yàn)演示

1. 添加/dev/sde磁盤，然后分區(qū)/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(chuàng)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(kuò)展，所以不寫4，寫5。
3. 查看陣列狀態(tài)：
[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(kuò)展raid5為4塊磁盤：
先將/dev/md5進(jìn)行分區(qū)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(qū)/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(tài)：
[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(tài)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(xù)重啟發(fā)生故障：
[root@mycat ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf
要實(shí)現(xiàn)開機(jī)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(jié)構(gòu)）

-- 原理：

RAID10可以理解為RAID1+RAID0的組合體，通過綜合兩種結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)缺點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)高效高速高安全的目的，但是成本非常高。

-- 方法

1. 先創(chuàng)建兩個底層的raid1， 然后再創(chuàng)建一個上層的raid0。
添加磁盤/dev/sdc,分區(qū)。
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(chuàng)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(chuàng)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(qū)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(biāo)識：
# mdadm --misc --zero-superblock /dev/sda5
-- 參數(shù)說明：
mdadm --misc options... devices    #報告或修改各種MD相關(guān)的設(shè)備；
zero-superblock   #擦除設(shè)備中的MD超級塊。


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