linux系统之RAID

一、什么是RAID？
RAID，
是英文Redundant Array of Independent Disks 的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（Disk Array）。

简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份的技术。

组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels）。

常见的RAID级别包括RAID0，RAID1，RAID5，RAID6，RAID10（1+0）。
各级别对比如下：

RAID级别	最少硬盘	最大容错	可用容量	读取性能	写入性能	安全性	目的	应用产业
0	2	0	0	n	n	一个硬盘异常，全部硬盘都会异常	追求最大容量、速度	3D产业实时渲染、视频剪接、告诉缓存
1	2	n-1	1	n	n-1	最高，只需一个硬盘正常即可	追求最大安全性	个人，企业备份
5	3	1	n-1	n-1	n-1	高，允许坏一块硬盘	追求最大容量，最小预算	个人，企业备份
6	4	2	n-2	n-2	n-2	高，允许坏2块硬盘	追求高大容量，最小预算	个人，企业备份
10	4	n/2	n/2	n	n/2	安全性高	综合raid0和raid1优点，理论速度较快	大型数据库，服务器

注：
n，代表硬盘总数
raid10，是raid1和raid0的组合体，先两两制作成raid1，以保证数据安全，再将两个raid1制作成raid0，以保证最大读写性能。

二、RAID的种类
RAID可分为硬件RAID和软件RAID。
硬件RAID：通过用硬件来实现RAID功能的就是硬件RAID，如各种RAID卡，还有主板集成能够做的RAID都是硬件。

软件RAID：通过操作系统来完成RAID功能
的就是软RAID，比如：在Linux操作系统下，用3块硬盘做的RAID5。

硬件RAID和软件RAID的区别：
1、性能
这是最重要的一个方面，用RAID就是为了提高性能。从理论上说，使用RAID0可以获得使用单硬盘双倍的速度，用软／硬RAID0都可以接近这个速度。使用软RAID的CPU占用率要高一些，所以在性能上，硬RAID要领先。

2、兼容性
目前主流的服务器新版操作系统基本都支持软RAID，但是如果操作系统出了问题，软RAID就挂了。硬RAID的兼容性要好很多，万一系统出了问题，做系统维护、数据恢复也方便多了。

3、安全性
软RAID安全性不好，当有一块硬盘损坏时，它不能实现重建的功能，而且它的局限性也很在，而硬RAID有硬盘丢失时，它可以实现重建，以及如果RAID卡损坏时，它可以通过更换RAID卡，实现不丢失数据的功能。

4、稳定性
做RAID是为了追求性能，市面上主流7.2k硬盘的发热量普遍较大，同时在机箱里放上两块，散热就已经是个问题，更何况是三块。毕竟稳定压倒一切，要是硬盘被烧毁就得不偿失了。况且，有些机箱根本放不下三块硬盘。因此使用硬RAID的稳定性要高一些。

三、实验系统环境
1、系统环境：
实验环境：Vmware Workstation Pro 14
系统平台：CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)
RAID管理工具软件包：mdadm-4.0-5.el7.x86_64

2、设置磁盘
在Vmware Workstation Pro 14里模拟增加磁盘，此实验，将创建raid0、raid1、raid5。

raid0需要两块硬盘；
raid1需要两块硬盘；
raid5需要四块硬盘；

所以这里添加八块物理硬件，每块5GB。

重复7次添加。

到此添加硬盘成功，开启虚拟机。

3、安装RAID管理工具
yum install mdadm -y #这里使用的是本地yum仓库。

到此准备工作完毕，开始着手创建RAID了。

四、创建raid0
1、新建分区
直接将一个磁盘分为一个主分区

将该主分区更改分区类型：fd 是linux系统的raid类型。

查看现在的状态

同样的操作再来一次：

2、创建raid0
[root@lq1 ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -l0 -n2 /dev/sd[bc]1

注：
-C　　--create　  创建阵列；
-v 显示创建过程；
-a　　--auto　　  同意创建设备，如不加此参数时必须先使用mknod 命令来创建一个RAID设备，不过推荐使用-a yes参数一次性创建；
-l　　 --level　　　阵列模式，支持的阵列模式有 linear, raid0, raid1, raid4, raid5, raid6, raid10, multipath, faulty, container；
-n     --raid-devices    阵列中活动磁盘的数目，该数目加上备用磁盘的数目应该等于阵列中总的磁盘数目；
/dev/md0　　　　 阵列的设备名称；
/dev/sd{b,c}1　　参与创建阵列的磁盘名称；

3、查看raid0状态
[root@lq1 ~]# cat /proc/mdstat #查看raid工作状态

[root@lq1 ~]# mdadm -D /dev/md0 #查看raid0的详细信息

说明：

| Raid Level | 阵列级别 |
| -------- | -------- | -------- | 
|Array Size| 阵列容量大小；
|Raid Devices| RAID成员的个数；
|Total Devices | RAID中下属成员的总计个数，因为还有冗余硬盘或分区，也就是spare，为了RAID的正常运珩，随时可以推上去加入RAID的；
|State | clean, degraded, recovering 状态，包括三个状态，clean 表示正常，degraded 表示有问题，recovering 表示正在恢复或构建；
|Active Devices | 被激活的RAID成员个数；
|Working Devices | 正常的工作的RAID成员个数；
|Failed Devices | 出问题的RAID成员；
|Spare Devices | 备用RAID成员个数，当一个RAID的成员出问题时，用其它硬盘或分区来顶替时，RAID要进行构建，在没构建完成时，这个成员也会被认为是spare设备；
|UUID | RAID的UUID值，在系统中是唯一的；

4、创建RAID配置文件/etc/mdadm.conf
RAID 的配置文件为/etc/mdadm.conf，默认是不存在的，需要手工创建。
该配置文件的主要作用是系统启动的时候能够自动加载软RAID，同时也方便日后管理。但不是必须的，推荐对该文件进行配置。

/etc/mdadm.conf文件内容包括：
由DEVICE 选项指定用于软RAID的所有设备，和ARRAY 选项所指定阵列的设备名、RAID级别、阵列中活动设备的数目以及设备的UUID号。

创建/etc/mdadm.conf
[root@lq1 ~]# echo DEVICE /dev/sd{b,c}1 >> /etc/mdadm.conf
[root@lq1 ~]# mdadm -Evs >> /etc/mdadm.conf

5、格式化磁盘阵列
[root@lq1 ~]# mkfs.xfs /dev/md0

6、创建挂载目录并挂载
[root@lq1 ~]# mkdir /opt/md0/
[root@lq1 ~]# mount /dev/md0 /opt/md0/
[root@lq1 ~]# df -hT

从上如可以看出，/dev/md0的可用大小为10G。

7、写入/etc/fstab
为了下次开机还能正常使用RAID设备，需要将挂载的信息写入/etc/fstab 文件中。

然后重启开机测试是否自动挂载，到此raid0创建完毕。

五、创建RAID1
1、新建分区类型

2、创建raid1
[root@lq1 ~]# mdadm -C /dev/md1 -ayes -l1 -n2 /dev/sd[d,e]1

3、查看raid的状态

4、查看raid1 的信息

说明：Used Dev Size : RAID单位成员容量大小，也就是构成RAID的成员硬盘或分区的总容量的大小。

5、添加raid1到raid配置文件/etc/mdadm.conf中，并修改
[root@lq1 ~]# echo DEVICE /dev/sd{d,e}1 >> /etc/mdadm.conf
[root@lq1 ~]# mdadm -Evs >> /etc/mdadm.conf
修改成以下内容：

6、格式化raid1
[root@lq1 ~]# mkfs.xfs /dev/md1

7、建立挂载点并挂载
[root@lq1 ~]# mkdir /opt/md
[root@lq1 ~]# mount /dev/md1 /opt/md1

8、写入到/etc/fstab文件中，实现开机自动挂载

然后reboot 测试开机是否自动挂载，raid1 创建完毕。

六、创建RAID5
RAID5 至少需要三块硬盘，我们拿/dev/sdf, /dev/sdg, /dev/sdh, /dev/sdi 这四块硬盘来做实验，三块做为活动盘，另一块做为热备盘。

1、新建分区并修改分区类型

2、开始创建RAID5
mdadm -C /dev/md5 -ayes -l5 –n3 -x1 /dev/sd[f,g,h,i]1

说明：
"-x1" 或"--spare-devices=1" 表示当前阵列中热备盘只有一块，若有多块热备盘，则将"--spare-devices" 的值设置为相应的数目。

3、查看raid5 状态
cat /proc/mdstat

mdadm -D /dev/md5

4、添加raid5 到RAID配置文件/etc/mdadm.conf 并修改

echo DEVICE /dev/sd{f,g,h,i}1 >> /etc/mdadm.conf

mdadm -Evs >> /etc/mdadm.conf

5、格式化磁盘阵列
mkfs.xfs /dev/md5

6、建立挂载点并挂载

mkdir /opt/md5

mount /dev/md5 /opt/md5

7、写入/etc/fstab，实现开机自动挂载

然后reboot 测试开机是否自动挂载，raid5 创建完毕。

七、RAID维护
RAID 做好之后，还需要进行日常的维护操作，比如其中一块物理硬盘损坏，需要进行更换故障磁盘的操作，下面我们将模拟raid5 中磁盘损坏来讲解软RAID 的维护操作。

1、模拟磁盘损坏
当软RAID 检测到某个磁盘有故障时，会自动标记该磁盘为故障磁盘，并停止对故障磁盘的读写操作。

将/dev/sdh1 模拟为出现故障的磁盘，命令如下：

创建测试文件
touch /opt/md5/{1,2,3,4}.txt

mdadm /dev/md5 -f /dev/sdh1

2、查看状态
创建RAID 5过程中，设置了一个热备盘，所以当有标记为故障磁盘的时候，热备盘会自动顶替故障磁盘工作，阵列也能够在短时间内实现重建。

其中 "[3/2]" 的第一位数表示阵列所包含的设备数，第二位数表示活动的设备数，因为目前有一个故障设备，所以第二位数为2；

3、查看之前写入的测试数据是否还在

4、移除损坏的磁盘
mdadm /dev/md5 -r /dev/sdh1

5、查看md5状态

6、新加热备磁盘
实际生产中添加新的硬盘，同样需要对新硬盘进行创建分区的操作，这里为了方便，将刚才模拟损坏的硬盘再次新加到raid5 中。

7、 查看raid5 阵列状态

八、向RAID中增加存储硬盘
如果现在已经做好的RAID 空间还是不够用的话，可以向里面增加新的硬盘，来增加RAID 的空间。

1、添加新物理硬盘

2、向RAID 中新加一块硬盘
mdadm /dev/md5 -a /dev/sdj1

默认情况下，向RAID 中增加的磁盘，会被默认当作热备盘，需要把热备盘加入到RAID 的活动盘中。

3、热备盘转换成活动盘
mdadm -G /dev/md5 -n4

/dev/sdj1 已经变成了活动盘，但是Array Size : 10465280 (9.98 GiB 10.72 GB) 并没有变大，这是因为构建没有完成。

也可以用mdadm -D /dev/md5

构建完毕后的RAID 状态：

4、扩容文件系统
RAID构建完毕后，容量是增加了，但是文件系统还是没有变化，这是需要对文件系统进行扩容。

ext文件系统：
resize2fs /dev/md5

xfs文件系统：
xfs_growfs /dev/md5

查看分区情况：

可以看到文件系统已经扩容到15G，测试数据也正常，没丢失，到此新增物理硬盘成功。

5、重启测试

从上图可以看到，重启系统后，一切正常，Linux下配置软RAID成功。