RAID磁盘阵列的原理与搭建 |
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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(其中一块盘坏了,数据不丢失)。 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,在阵列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(也就是坏了一块盘,拔掉,插入新盘,数据还能恢复到新盘,利用奇偶校验) 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,所以大家使用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,阿里云,腾讯云等供应商一般可以把硬件问题解决掉。(你在用云的时候,会关注供应商底层是用什么raid类型吗) RAID几种常见的类型 RAID基本思想:把好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: 镜像:提供了数据的安全性; 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 数据的校验:保证了数据的可靠性 Raid相对于单个磁盘优点: 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%。 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 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) A值B值Xor结果000101011110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: 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(就像汽车上的备胎) 全局式:备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享 (多个汽车一个备胎) 专用式:备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用 (一个汽车一个备胎) 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。(灯变红了,有硬盘失效了,直接拔掉,插上一块新的,服务器要支持热插拔HotSwap) RAID-0-1-5-10搭建及使用-删除RAID及注意事项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 链接:https://pan.baidu.com/s/1AFY9Yb5Ic0Rt91FVxB3ChA 提取码:wo3m 无声视频 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: 互动: raid5需要3块硬盘。 那么使用4块硬盘,可以做raid5吗? 可以的 实验环境:新添加11块硬盘,每块磁盘的作用如下: 互动:磁盘达到sdz以后,名字应该如何排? sdaa 、 sdab 。。。 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 注:工作作中正常做raid全部是使用独立的磁盘来做的。为了节约资源,raid10以一块磁盘上多个分区来代替多个独立的磁盘做raid,但是这样做出来的raid没有备份数据的作用,因为一块磁盘坏了,这个磁盘上所做的raid也就都坏了。 创建RAID0实验环境: raid种类 磁盘 热备盘 raid0 sdb、sdc 1、创建raid0 [root@xuegod63 ~]#yum -y install mdadm [root@xuegod63 ~]# mdadm -C -v /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb /dev/sdc -C 创建 -v 详细信息 -l阵列级别 -n 阵列成员数量 mdadm: chunk size defaults to 512K mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata mdadm: array /dev/md0 started. [root@xuegod63 ~]# mdadm -Ds -D 打印阵列设备详细信息 s得到阵列缺失信息 2、 查看阵列信息 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Ds ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=http://xuegod63.cn:0 UUID=cadf4f55:226ef97d:565eaba5:3a3c7da4 [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md0 /dev/md0: Version : 1.2 Creation Time : Thu May 17 15:59:16 2018 Raid Level : raid0 Array Size : 41910272 (39.97 GiB 42.92 GB) 39.97按照1024计算,42.92按照1000计算 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 : http://xuegod63.cn:0 (local to host http://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 active sync:动态同步 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf #保存配置信息 [root@xuegod63 ~]# cat /proc/mdstat #从内存中查看,重启后,信息丢失,所以要保存 3、 对创建的RAID0进行文件系统创建并挂载 [root@xuegod63 ~]# mkfs.xfs /dev/md0 [root@xuegod63 ~]# mkdir /raid0 [root@xuegod63 ~]# mount /dev/md0 /raid0/ [root@xuegod63 ~]# df -Th /raid0/ 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 [root@xuegod63 ~]# echo 324 > /raid0/a.txt 4、 开机自动挂载 [root@xuegod63 ~]# blkid /dev/md0 /dev/md0: UUID="3bf9c260-dc7b-4e37-a865-a8caa21ddf2c" TYPE="xfs" [root@xuegod63 ~]# echo "UUID=5bba0862-c4a2-44ad-a78f-367f387ad001 /raid0 xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab 创建RAID1 实验内容如下: raid种类 磁盘 热备盘 raid1 sdd、sde sdf 1)创建RAID1 2)添加1个热备盘 3)模拟磁盘故障,自动顶替故障盘 4)从raid1中移出故障盘 [root@xuegod63 ~]# mdadm -C -v /dev/md1 -l 1 -n 2 -x 1 /dev/sd[d,e,f] -C 创建 -v 详细信息 -l阵列级别 -n 阵列成员数量 -x阵列备用盘数量 将RADI信息保存到配置文件 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf 查看 RAID 阵列信息: [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md1 Raid Level : raid1 Array Size : 20955136 (19.98 GiB 21.46 GB) 。。。 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 spare:备用 在RAID设备上创建文件系统 [root@xuegod63 ~]# mkfs.xfs /dev/md1 [root@xuegod63 ~]# mkdir /raid1 [root@xuegod63 ~]# mount /dev/md1 /raid1/ 准备测试文件 [root@xuegod63 ~]# cp /etc/passwd /raid1/ #模拟损坏 下面模拟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 先确定已经同步成功 [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md1 Consistency Policy : resync [root@xuegod63 ~]# mdadm /dev/md1 -f /dev/sde -f 将设备状态设为故障 查看一下阵列状态信息 [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md1 Number Major Minor RaidDevice State 0 8 48 0 active sync /dev/sdd 2 8 80 1 spare rebuilding /dev/sdf 1 8 64 - faulty /dev/sde spare rebuilding 热备重建中,也就是 sdd会把自己的数据同步到sdf rebuild Status : 13% complete 同步状态 (此时md1中的文件依然正常使用,因为sdd在工作) faulty 错误 更新配置文件 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf -D 打印阵列设备详细信息 s得到阵列缺失信息 v 查看数据是否丢失 [root@xuegod63 ~]# ls /raid1/ #数据正常,没有丢失 重要的数据如:数据库 ; 系统盘 (把系统安装到raid1的md1设备上,然后对md1做分区) 移除损坏的设备: [root@xuegod63 ~]# mdadm -r /dev/md1 /dev/sde #-r 移除设备 mdadm: hot removed /dev/sde from /dev/md1 查看信息: [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md1 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,添加一块新热备盘。 [root@xuegod63 ~]# mdadm -a /dev/md1 /dev/sde #-a 添加设备到阵列 mdadm: added /dev/sde 创建RAID5 实验环境: raid 种类 磁盘 热备盘 raid5 sdg、sdh、sdi sdj 1)创建RAID5, 添加1个热备盘,指定chunk大小为32K -x 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 (普通文件就默认就可以,如果存储大文件就调大些,如果存储小文件就调小些,这里chunk就类似簇,块一样的概念,是阵列的最小存储单位) 2)停止阵列,重新激活阵列 3)使用热备盘,扩展阵列容量,从3个磁盘扩展到4个 (1) 创建RAID-5 [root@xuegod63 ~]# mdadm -C -v /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 -c 32 /dev/sd{g,h,i,j} [root@xuegod63 ~]# 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 #同步状态,同步完,此行消失。 Name : http://xuegod63.cn:5 (local to host http://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) 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 [root@xuegod63 /]# mdadm -G /dev/md5 -n 4 -c 32 -G或--grow 改变阵列大小或形态 [root@xuegod63 ~]# 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。 [root@xuegod63 ~]# 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) (3) 停止MD5阵列 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Dsv > /etc/mdadm.conf #停止前,一定要先保存配置文件 [root@xuegod63 ~]# mdadm -D /dev/md5 ##停止前,请确认数据已经同步完(同步不完成,有时会无法激活) Consistency Policy : resync #数据已经同步完 [root@xuegod63 ~]# mdadm -S /dev/md5 #-S 停止阵列 mdadm: stopped /dev/md5 (4) 激活MD5阵列 [root@xuegod63 ~]# mdadm -As #-A 激活磁盘阵列 s扫描配置文件得到阵列信息 mdadm: /dev/md5 has been started with 3 drives and 1 spare. 创建RAID10实验环境: raid10 分区:sdk1,sdk2,sdk3.sdk4 [root@xuegod63 ~]# fdisk /dev/sdk #分4个主分区,每个分区1G大小 [root@xuegod63 ~]# ls /dev/sdk* [root@xuegod63 ~]# mdadm -C -v /dev/md10 -l 10 -n 4 /dev/sdk[1-4] [root@xuegod63 ~]# cat /proc/mdstat 删除RAID所有信息及注意事项 [root@xuegod63 ~]# umount /dev/md0 /raid0 #如果你已经挂载raid,就先卸载。 [root@xuegod63 ~]# mdadm -Ss #停止raid设备 [root@xuegod63 ~]# rm -rf /etc/mdadm.conf #删除raid配置文件 [root@xuegod63 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sdb #清除物理磁盘中的raid标识 ,MD超级块 [root@xuegod63 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sdc #清除物理磁盘中的raid标识 ,MD超级块 mdadm: Unrecognised md component device #代表已经擦除掉MD超级块,找不到raid标识的信息了,擦除MD超级快,执行两次会报这个信息。 参数:--zero-superblock : #擦除设备中的MD超级块 实战:企业中硬件raid5的配置 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 https://item.jd.com/10502926632.html?jd_pop=eef9047a-999c-421a-8f04-fd4678c9cd4c#crumb-wrap 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: |
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