RAID(Redundant Array of Independent Disk 獨立冗余磁盤陣列)技術是加州大學伯克利分校1987年提出,最初是為了組合小的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤,同時希望磁盤失效時不會使對數據的訪問受損 失而開發出一定水平的數據保護技術。RAID就是一種由多塊廉價磁盤構成的冗余陣列,在操作系統下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。RAID可以充分發 揮出多塊硬盤的優勢,可以提升硬盤速度,增大容量,提供容錯功能夠確保數據安全性,易於管理的優點,在任何一塊硬盤出現問題的情況下都可以繼續工作,不會 受到損壞硬盤的影響。
RAID 為 Redundant Array of Indepent Disks (獨立磁盤冗余陣列) 的縮寫,其基本思想就是把多個相對便宜的硬盤組合起來,成為一個硬盤陣列組,使性能達到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。根據選擇的版本不同,RAID比單顆硬盤有以下一個或多個方面的好處:增強數據集成度,增強容錯功能,增加處理量或容量。另外,磁盤陣列對於電腦來說,看起來就像一個單獨的硬盤或邏輯存儲單元。最常用的四種RAID為 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 10。
我們將會使用 mdadm
這個Ubuntu上的工具創建和管理磁盤陣列。
如果要查看當前機器上是否具有磁盤陣列的配置(在 /proc/mdstat
文件內),我們可以打以下的指令:
$ cat /proc/mdstat
> Output
> Personalities : [raid0] [linear] [multipath] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
> md0 : active raid0 sdc[1] sdd[0]
> 209584128 blocks super 1.2 512k chunks
>
> unused devices: <none>
從文件系統中卸載磁盤陣列:
$ sudo umount /dev/md0
然後,暫停並移除此磁盤陣列:
$ sudo mdadm --stop /dev/md0
$ sudo mdadm --remove /dev/md0
查出磁盤的結構的指令:
$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
輸出
NAME SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda 00G disk
sdb 00G disk
sdc 00G linux_raid_member disk
sdd 00G linux_raid_member disk
vda 0G disk
├─vda1 0G ext4 part /
└─vda15 M part
如果發現我們的磁盤已經做過陣列,我們需要重置它們的超級塊(Superblock),使其正常化:
$ sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdc
$ sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdd
你應該刪除所有的陣列相關的引用設置,例如在 /etc/fstab
文件內自動掛載設置
$ sudo nano /etc/fstab
# /etc/fstab
. . .
# 將這行注釋,否則會引至啟動失敗
# /dev/md0 /mnt/md0 ext4 defaults,nofail,discard 0 0
當然,你還需要在陣列定義文件 /etc/mdadm/mdadm.conf
內移除原有的陣列設置
sudo nano /etc/mdadm/mdadm.conf
# /etc/mdadm/mdadm.conf
. . .
# 注釋陣列設置
# ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=mdadmwrite:0 UUID=7261fb9c:976d0d97:30bc63ce:85e76e91
最後更新 initramfs 系統:
sudo update-initramfs -u
OK,此時一切回到沒有陣列的普通磁盤狀態了,我們就可以開始以下的嘗試了。
Initramfs 初始 ram 文件系統基於 'tmpfs ' (大小靈活、 內存中的輕量級文件系統),但是他並不是一個單獨的塊設備 (所以沒有緩存和所有額外的開銷)。就像 initrd,它包含的工具和腳本在被稱為真正的根文件系統上的二進制文件 init啟動之前被掛載 。這些工具可以解密抽象層 (用於加密的文件系統),邏輯卷管理器,軟件 raid,藍牙驅動程序基於文件系統的裝載機等。
在格式化過程中有一個點大家要注意的是,由於現在的硬盤容量越來越大,fdisk
只能硬式化2T以內的硬盤,如果你想用兩個3T的硬盤做陣列那麼還是用Parted GPT吧:
$ sudo parted /dev/sdb
這個指令按照向導來做就好了,過程極其簡單。將格式做成 ext4
就可以了。
RAID 0 即Data Stripping(數據分條技術)。整個邏輯盤的數據是被分條(stripped)分布在多個物理磁盤上,可以並行讀/寫,提供最快的速度,但沒有冗余能力。要求至少兩個磁盤。我們通過RAID 0可以獲得更大的單個邏輯盤的容量,且通過對多個磁盤的同時讀取獲得更高的存取速度。RAID 0首先考慮的是磁盤的速度和容量,忽略了安全,只要其中一個磁盤出了問題,那麼整個陣列的數據都會不保了。
在開始之前我們還是先用 lsblk
查看一下磁盤的狀態:
$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
Output
NAME SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda 00G disk
sdb 00G disk
vda 0G disk
├─vda1 0G ext4 part /
└─vda15 M part
$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sda /dev/sdb
檢查磁盤陣列的狀態:
$ cat /proc/mdstat
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid0 sdb[1] sda[0]
209584128 blocks super 1.2 512k chunks
unused devices: <none>
兩組以上的N個磁盤相互作鏡像,在一些多線程操作系統中能有很好的讀取速度,理論上讀取速度等於硬盤數量的倍數,另外寫入速度有微小的降低。只要一個磁盤正常即可維持運作,可靠性最高。其原理為在主硬盤上存放數據的同時也在鏡像硬盤上寫一樣的數據。當主硬盤(物理)損壞時,鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因為有鏡像硬盤做數據備份,所以RAID 1的數據安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但無論用多少磁盤做RAID 1,僅算一個磁盤的容量,是所有RAID中磁盤利用率最低的一個級別。
創建 RAID 1 至少要有兩個磁盤,你也可以添加更多的磁盤,磁盤數需為2,4,6,8等偶數。要添加更多的磁盤,你的系統必須有 RAID 物理適配器(硬件卡)。
這裡,我們使用軟件 RAID 不是硬件 RAID,如果你的系統有一個內置的物理硬件 RAID 卡,你可以從它的功能界面或使用 Ctrl + I 鍵來訪問它。
創建陣列
$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sda /dev/sdb
RAID Level 5是一種儲存性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。它使用的是Disk Striping(硬盤分區)技術。RAID 5至少需要三塊硬盤,RAID 5不是對存儲的數據進行備份,而是把數據和���對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上,並且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不同的磁盤上。當RAID5的一個磁盤數據發生損壞後,可以利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統提供數據安全保障,但保障程度要比鏡像低而磁盤空間利用率要比鏡像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數據讀取速度,只是因為多了一個奇偶校驗信息,寫入數據的速度相對單獨寫入一塊硬盤的速度略慢,若使用“回寫緩存”可以讓性能改善不少。同時由於多個數據對應一個奇偶校驗信息,RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高,存儲成本相對較便宜。
$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
NAME SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda 00G disk
sdb 00G disk
sdc 00G disk
vda 0G disk
├─vda1 0G ext4 part /
└─vda15 M part
創建RAID 5陣列
$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc
與RAID 5相比,RAID 6增加第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法,數據的可靠性非常高,任意兩塊磁盤同時失效時不會影響數據完整性。RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間和額外的校驗計算,相對於RAID 5有更大的IO操作量和計算量,其“寫性能”強烈取決於具體的實現方案,因此RAID6通常不會通過軟件方式來實現,而更可能通過硬件/固件方式實現。
同一數組中最多容許兩個磁盤損壞。更換新磁盤後,數據將會重新算出並寫入新的磁盤中。依照設計理論,RAID 6必須具備四個以上的磁盤才能生效。
$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
NAME SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda 00G disk
sdb 00G disk
sdc 00G disk
sdd 00G disk
vda 0G disk
├─vda1 0G ext4 part /
└─vda15 M part
創建陣列
$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=6 --raid-devices=4 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
RAID 10是先鏡射再分區數據,再將所有硬盤分為兩組,視為是RAID 0的最低組合,然後將這兩組各自視為RAID 1運作。
RAID 10(又叫RAID 1+0)特點:
在實際應用中較為常用
$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
NAME SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda 00G disk
sdb 00G disk
sdc 00G disk
sdd 00G disk
vda 0G disk
├─vda1 0G ext4 part /
└─vda15 M part
創建陣列
sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
下一步,在陣列上創建文件系統:
$ sudo mkfs.ext4 -F /dev/md0
在文件系統上創建掛載點的文件夾
$ sudo mkdir -p /mnt/md0
掛載陣列至掛載點文件夾上
$ sudo mount /dev/md0 /mnt/md0
檢查是否已具有新的磁盤空間:
$ df -h -x devtmpfs -x tmpfs
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/vda1 20G 1.1G 18G 6% /
/dev/md0 197G 60M 187G 1% /mnt/md0
現在文件系統已經成載掛載將可以訪問了。
為了確保陣列開機時被載入,我們應該調整一下 /etc/mdadm/mdadm.conf
的配置文件,我可以加以下的指令使系統在啟動自檢時掃描磁盤陣列的詳細信息:
$ sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf
另外,你可以更新 initfamfs 或者初始化RAM文件系統,這樣一來陣列會在啟動前就可以生效:
$ sudo update-initramfs -u
最重要的一點是一定要在 /etc/fstab
配置文件內加入自動掛載的設置:
$ echo '/dev/md0 /mnt/md0 ext4 defaults,nofail,discard 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab
這樣 ubuntu 啟動後就會自動將磁盤陣列掛入了。
另外,如果沒有設置自動掛載,在系統重啟後或磁盤名稱更改(插入其它硬盤會導致盤名變更的)例如 /dev/md0
變成了 /dev/md127
就可能會出現磁盤不能被掛載的問題,此時切記重新創建陣列,因這將會毀掉你的一切!重新手工掛載一下就OK了:
$ sudo mount /dev/md127 /mnt/md0
如何在Linux上構建 RAID 10陣列 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/110318.htm
Debian軟RAID安裝筆記 - 使用mdadm安裝RAID1 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/86487.htm
常用RAID技術介紹以及示例演示(多圖) http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81481.htm
Linux實現最常用的磁盤陣列-- RAID5 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/77880.htm
RAID0+1和RAID5的性能測試結果 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-07/65567.htm
Linux入門教程:磁盤陣列(RAID) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-07/104444.htm