CentOS下软件RAID配置

分类:CentOS教程 阅读:35373 次

本篇随笔将详细讲解RAID的原理基础以及Linux下软件RAID的配置

一、RAID的原理基础

在讲解RAID的原理基础之前,我们首先来了解一下传统磁盘的劣势。我们知道一台PC机种都会包含CPU、内存、主板、硬盘、网卡等硬件,影响计算机性能的组建包括:CPU、主板总线IO、内存IO、硬盘IO、网卡IO等。可能我们在一提到影响计算机的性能时,首先想到的就是CPU。但是随着计算机的发展,特别是对于现代的处理器来说,其运算速度已经是非常快的了,同时我们的内存IO速度也已经达到了非常快的地步了(差不多应该有5G每秒),而我们也知道数据都是保存硬盘上的,所以计算机其实是先将硬盘的数据传递给内存,然后CPU再从内存中加载数据来进行运算的,所以由此看来影响整个计算机性能的因素就是我们的硬盘IO速度了。我们来看看目前流行的硬盘类型及速度(数据可能不准确,不过基本差不多)

  硬盘类型     速度
  SATA  <150M/s
  SCSI <200M/s
  SAS 200M/s左右
  SSD固态硬盘   500M/s左右

我们目前的PC机上基本上都是使用SATA接口的硬盘,读的速度大概不超过150M/s,写的速度就更慢了,而生产环境下的服务基本上都是使用SAS(串行SCSI)硬盘,速度最快的是SSD固态硬盘,其速度几乎是SATA的4-5倍。但是即使是使用SSD固态硬盘,其速度在500M/s左右,也远远达不到我们内存以及CPU的处理速度。所以,硬盘是绝大多数计算机的性能的瓶颈

所以,现代磁盘的缺陷就是:I/O性能极差,稳定性极差。

I/O性能我们刚已经看到了,就算是使用SSD固态硬盘,其还是会大大影响计算机的性能,稳定性差表现在,如果一个硬盘发生了故障或者损坏,那么这块硬盘就已经不能再使用了,这如果是在对数据保存要求特别高的地方来说,其是不可想象的。正因为如此,就诞生了一种新的技术--RAID。

RAID(Redundant Array of Independent Disks)是廉价磁盘冗余阵列技术的英文缩写,它的原理就是通过多个磁盘并行运行来提高整个计算机的I/O存储性能。

RAID的评判标准有如下三个:

①速度:读写速度的提升

②磁盘使用率:多磁盘的空间使用率

③冗余性: 能够支持几块磁盘损坏而不丢失数据

所以,基于以上三个评判标准,RAID分为很多种类,称之为RAID级别,现代RAID一共有7个级别,分别是RAID0~RAID6,但是常用的RAID级别主要是以下四种:

①RAID0:提高读写性能

②RAID1:提高读写性能、冗余性

③RAID5:提高读写性能、冗余性(允许1块硬盘发生故障)

④RAID6:提高读写性能、冗余性(运行2块硬盘发生故障)

下面我们就基于RAID的三个评判标准来看看常用的这四个RAID级别各自的特点

1.RAID0

RAID的工作原理就是通过多块硬盘并行运行来提高整个计算机的I/O存储性能。所以如果是RAID0这个级别,我们至少需要2块硬盘,在读写数据时,RAID0是通过将数据分开读写到多块硬盘的方式来提高读写性能的。我们可以通过下图来看看RAID0的工作原理

CentOS下软件RAID配置

RAID0至少需要两块硬盘,当使用RAID0时,我们在读写数据的时候是将数据分开读写到多块硬盘上,所以其读写速度是最快的,但是因为多块硬盘上保存了数据的一部分,所以当一块硬盘发生损坏时,其整个RAID的数据也就损坏了。

①空间利用率:所有硬盘空间之和

②性能:所有硬盘读写速度之和

③冗余能力:无

2.RAID1

CentOS下软件RAID配置

RAID1也是至少需要2块硬盘,在写数据的时候就不同于RAID0了,RAID1在写数据时会将数据复制到多块硬盘上,即每块硬盘都会保存该数据的一个备份,在读数据时,以提高冗余性。读的时候同时从多块硬盘上读取数据,以提高读的性能。

①空间利用率:所有磁盘中最小的那块(其实在使用RAID时,最好每块硬盘的大小及型号都一样)

②性能:读性能是所有硬盘之和,写性能有所减弱

③冗余能力:只要有一块硬盘正常,数据就正常

3.RAID5

CentOS下软件RAID配置

RAID5至少需要3块硬盘,RAID5与RAID0类似,读写数据的时候会将数据分布的读写到所有硬盘上。但是在写数据的时候RAID5会对数据进行奇偶校验运算,并将校验信息也保存在了硬盘上,所以即使我们其中一块硬盘发生了损坏,RAID5也能通过其他硬盘以及校验信息对数据进行恢复使用。但是如果2块或者2块以上的硬盘发生了损坏,整个数据也就损坏了。

①空间利用率:1 - 1/n

②性能:读性能接近RAID0,写性能相比RAID0要弱一些

③冗余能力:可以接受1块硬盘的损坏

4.RAID6

CentOS下软件RAID配置

RAID6至少需要4块硬盘,RAID6与RAID5相类似,读写数据的时候会将数据分布的读写到所有硬盘上。在写数据的时候RAID5会对数据进行奇偶校验运算,并将校验信息也保存在了硬盘上,但是RAID6会比RAID5多保存一份校验信息,所以RAID6的冗余性比RAID5就有所提升,可以允许2块硬盘发生损坏。

①空间利用率:1 - 2/n

②性能:读性能接近RAID5,写性能相比RAID5还要弱一些

③冗余能力:可以接受2块硬盘的损坏

以上四种RAID级别是我们最常用的四种级别,对于个人PC机来说,可能我们最需要提高的是硬盘存储性能,所以基本上使用的是RAID0,其读写性能得到了最大的提高,但是其冗余性为0,当硬盘发生损坏时,数据也就损坏了。而在生产环境下的服务器,使用的最多是RAID5或者RAID6,其即提供了读写性能,也提供了冗余性。RAID1通常会对于那些对数据准确性要求及其严格的场合才会使用。

我们来总结一下这4个常用的RAID级别各自的优缺点:

  RAID级别           速度   冗余性     磁盘利用率  
  RAID 0       读写速度均有提升   0   所有磁盘之和
  RAID 1     读速度有提示   n   一个磁盘大小
  RAID 5     读写速度均有提升       1   1-1/n
  RAID 6     读写速度均有提升   2   1-2/n

RAID的实现有两种方式:软件RAID和硬件RAID

①软件RAID

通过系统功能或者RAID软件来实现RAID,没有独立的硬件和接口,需要占用一定的系统资源(CPU、硬盘接口速度),并且受到操作系统稳定性的影响

②硬件RAID

通过独立的RAID硬件卡实现,有些主板集成了RAID硬件,有些需要购买独立的RAID硬件卡,硬件RAID实现不需要占用其他硬件资源,稳定性和速度都比软件RAID要强,所以对于服务器来说,最好是使用硬件RAID来提高计算机的性能

二、Linux系统下软件RAID的使用

对于目前所有的操作系统,包括windows、mac os、linux等操作系统,其都有软件RAID的实现,而我们的Linux操作系统的软件RAID是通过mdadm这个程序来实现的

使用Linux下的mdadm这个软件需要注意的几点:

①mdadm 支持的RAID级别有:RAID0、RAID1、RAID4、RAID5以及RAID6。我们看到对于常用的四种RAID级别,mdadm都能够支持

②mdadm 可以基于多块硬盘、分区以及逻辑卷来创建RAID。对于硬件实现RAID来说,就只能是基于多块硬盘了

③创建好的软件RAID对应于 /dev/mdn,n表示的是第几个RAID,如第一个创建的RAID对应 /dev/md0, 第二个创建的RAID就对应 /dev/md1,当然这个名字是可以自己随便取的

④RAID的信息保存在 /proc/mdstat 文件中,或者通过 mdadm 命令来查看

接下来我就在我这台CentOS的系统上来创建我们的软件RAID

在创建软件RAID之前,我这里首先通过虚拟机模拟了4块1G的虚拟硬盘出来,当然在实际环境下,使用的就是具体的硬盘了。

我们创建软件RAID是通过mdadm这个命令来创建的,例如我们创建一个 RAID 0,其语法格式如下:

①-C  创建一个新的RAID  我们这里就是创建第一个RAID,名字叫做 /dev/md0

②-a  自动创建对应的设备  yes表示会自动在/dev下创建该RAID设备

③-l  指定要创建的RAID级别  0我们这里创建RAID 0

④-n  指定硬盘数量  2表示使用2块硬盘来创建这个RAID0,分别是 /dev/sdb 和 /dev/sdc

我们通过 mdadm 这个命令来创建软件RAID的语法格式就是这样的

我们也可以使用 -x 参数来指定一个备份磁盘,备份磁盘一般不使用,当出现一个磁盘故障的时候,指定的备份磁盘可以自动上线工作:

我们看到,我们创建了一个RAID5,使用了三块硬盘,此时我们指定了参数 -x ,表示我们指定了一块硬盘来作为备份磁盘,当其他三块磁盘中一块出现问题时,这个指定备份硬盘就可以自动上线工作了。

接下来我们通过来创建一个RAID 0来看看mdadm命令的使用:

此时我们就创建好了一个RAID 0,我们发现 /dev 下也存在了一个叫做 md0的设备了,我们可以使用mdadm -D这个命令来查看刚创建的RAID的详细信息,或者来查看/proc/mdstat这个文件来查看RAID的信息

【注意:】我们在创建好RAID以后,需要将RAID的信息保存到 /etc/mdadm.conf 这个文件里,这样在下次操作系统重新启动的时候,系统就会自动加载这个文件来启用我们的RAID

这样我们在下次系统重新启动的时候,RAID也会自动启用了

在创建了这个RAID 0以后,我们就不能再去使用 /dev/sdb 和 /dev/sdc 这个硬盘了,一旦对其进行任何操作,都会损坏我们刚创建好的RAID,所以我们此时就是使用RAID 0这个设备来对其进行文件系统格式化和挂载使用了

这个时候我们就是使用RAID来进行文件的操作了,创建的时候使用的是RAID哪个级别,那么该RAID就会具有该级别的读写特性。在创建完RAID以后,我们就可以像使用分区一样来使用这个RAID了

我们也可以通过mdadm -S这命令来关闭我们的 RAID ,当然在关闭RAID之前,我们需要先卸载掉RAID

通常如果我们要重新启动我们的RAID,可以使用mdadm -R这个命令,但是可能是由于操作系统或者是软件的版本,在关闭RAID以后,使用这个命令会提示找不到该文件

这个时候我们只需要重新启动一下操作系统即可,因为我们刚才已经经RAID的信息保存在了 /etc/mdadm.conf 这个文件里了

我们看到在重新启动操作系统后,刚才那个RAID设备又有了。

如果说我此时需要从该设备中拿走一块硬盘,或者说我要完全的删除这个RAID,从而像以前那样正常使用我们刚用作RAID的硬盘,这个时候我们应该怎么做呢?

通过mdadm --zero-superblock这个命令即可,但是我们首先必须要停止我们的RAID,即使用mdadm -S命令。例如我要将刚才创建的RAID 0 的两块硬盘完全移除,就可以使用如下命令:

这个时候,我们的RAID 0的信息就全部被清除掉了,刚才那两块硬盘我们也就能够正常的单独使用了。

我们这里再来实验一下创建一个 RAID 5,然后来讲解一下如何模拟故障的命令

【注意:】我们在创建RAID 5 或者RAID 6的时候,因为其还要对硬盘进行一些检查的操作,而且根据硬盘的大小时间可能会不同,我们在输入完 mdadm 命令以后,还必须要去查看 /proc/mdstat这个文件,查看这个文件里面的进度信息是否已经完整,例如上面创建时进度才只有 87.2% ,我们必须要等进度显示完整以后才能做接下来的操作

通过mdadm -D 可以查看RAID详细信息:

实验环境下,我们还可以通过 mdadm 命令来模拟RAID故障,通过mdadm /dev/md0 -f /dev/sdd命令

我们可以再查看一下这个RAID的信息:

我们看到 /dev/sdd 这块硬盘被标志成了坏的硬盘,因为我们使用的是RAID 5这个级别,所以一块硬盘损坏了,并不会对数据造成损坏,数据还是完好无整的

我们可以通过mdadm /dev/md0 -r /dev/sdd来移除这块硬盘

如果我们要换上新的硬盘,则可以使用mdadm /dev/md0 -a /dev/sde这个命令