磁盘阵列简介

磁盘阵列(Redundant Array of independent Disks, RAID)是由美国加州大学柏克莱分校于1987年提出的，其概念是将多个硬盘组成一个逻辑虚拟的硬盘。操作上和操作单一的一块硬盘没有差别。不过实际上，数据是存储在不同硬盘上的。
磁盘阵列的好处
整合多个硬盘：能将多个小的硬盘整合为一个大的硬盘。
数据具有较高的安全性：磁盘阵列具有修改错误的能力。他将校验码（parity）放在不同的硬盘上，当数据发生问题，即会用到校验码来恢复原始数据。
提高存取效率：当数据写入的时候，会切割成多个小块，同时写在不同的硬盘中，这样读数据的时候，能从不同的物理硬盘中读取，加快了磁盘的I/O速度。
磁盘阵列的分类
Linux磁盘阵列根据文件的存储位置分为七种。
Linear：数据会先放在第一块硬盘，当此用盘空间使用完是，再依次存储至第2，3……..个硬盘，当数据或硬盘发生故障，此模式不具有容错的能力。
RAID-0：当写入数据时，会将数据切割为非常多小块，并将这些块的数据分别存储到每一块硬盘上。和Linear方式不同，RAID会把数据平均分配到不同的硬盘。因此不具有容错能力。
RAID-1：此模式会把数据在每一个硬盘上存储一份，每一个硬盘的数据都一摸相同。
RAID-2：数据会以bit为单位分割，并分别存储到各个硬盘中，但存储时此方式会额外保留若干数量的硬盘。，写入数据时，磁盘阵列会同步计算存储到各个硬盘的校验码，然后有将此校验码放在保留的硬盘上。当有硬盘损坏时，就可利用此校验码恢复正确地数据，达到容错的目的。
RAID-3：一份数据会以字节byte为单位分割，分别存储到各个硬盘中。此方式会特别保留一个固定的硬盘存储同位校验码。但由于是将同位校验码存储在同一个硬盘中，因此该硬盘应该有较快的传输速度。否则会影响系统性能。
RAID-4：一份数据会被切割成固定大小的区块，并且分别存储到每一个硬盘中。此方式和RAID-3比较，除了分割方式不同以外，其他相同，也具有容错功能。
RAID-5：一份数据会被分割成固定大小的区块，并分别存储到每个硬盘中。虽然此方式和RAID-4相同以区块为单位分割数据，不同的是，RAID-5并不特别保留固定的一个硬盘来存储校验码，而是将校验码分散存储在所有硬盘中。因此，此方式不会因为存储校验码在一块硬盘上，而影响系统的性能。
4 Linux支持的磁盘阵列
    目前Linux支持Linear、 RAID-0、RAID-1、RAID-4、RAID-5五种磁盘阵列模式。在五种模式中，RAID-4和RAID-5运行方式相近。接下来将周详介绍Linear、RAID-1、RAID-5磁盘阵列创建过程。
1、 创建linear磁盘阵列
硬件需求：两块或以上的硬盘。
创建linear磁盘阵列：
设置文件为/etc/raidtab
文件格式如下：
raiddev /dev/md0              指定磁盘阵列的设备名称
raid-level       Linear        指定采用的是Linear模式
nr-raid-disks     2           此磁盘阵列由2个硬盘所组成
chunk-size        32         当数据写入磁盘阵列时，每个写入区块的大小
（单位为KB,且必须为2的次方）。由于在Linear
模式中，写入数据并不分块，而是循序写入到同
一磁盘中。
persistent-superblock  1        设置是否要写入磁盘的superblock，设置成“1”
表示写入，设置“0”不写入。
device            /dev/sda2  按实际的情况，指定第一个硬盘分区的名称
raid-disk          0         设置上述的分区是次磁盘阵列所使用的第一个
硬盘。编号“0”开始。
device            /dev/sdb1  按实际情况，指定第二块硬盘分区的名称。
raid-disk         1          设置上述的分区是此磁盘阵列所使用的第二块
硬盘。
创建好设置文件后，执行下面命令，初始化刚刚创建的/dev/md0磁盘阵列。
＃mkraid /dev/mdo
#mke2fs ?j /dev/md0 格式化磁盘阵列
#mount ?t ext3 /dev/md0  mnt/md0将md0装载到/mnt/md0下。
    检查磁盘阵列状态记录文件，停止和启动磁盘阵列。
    停止磁盘阵列：首先卸下装载的磁盘阵列
                  #umount  /dev/md0
                  #raidstop  /dev/md0
    启动磁盘阵列：
                  #raidstart  /dev/md0
    查看磁盘阵列使用状态：
                  #more /proc/mdstat
    personalities：[linear]
    read_head 1024 sectors
    md0：active linear sda2(1) sdb(0)
    20483524  blocks 32k  rounding
    unused devices：
    上述状态是磁盘阵列处于运行状态时的相关信息。当磁盘阵列没有处于启动状态的时候，显示的状态如下：
    personalities：[linear]
    read_ahead 1024 sectors
unused devices：
  删除磁盘阵列：首先停止磁盘阵列，然后删除/etc/raidtab文件即可。
2、 创建RAID-1磁盘阵列
RAID-1磁盘阵列存储方式，是将同一份数据同时写到每个硬盘中，那一个硬盘所存储的数据是一模相同的。
硬件需求：要创建RAID-1磁盘阵列，至少需要2块硬盘，每一块硬盘最佳大小一致。这是因为每一个硬盘存储相同的数据，因此有一个硬盘比其他的容量大时，磁盘着烈也无法使用多出来的硬盘空间。
创建磁盘阵列：本例采用2个硬盘的分区 sda1和sdb1创建磁盘阵列。以下是/etc/raidtab内容。
raiddev /dev/md0              指定磁盘阵列的设备名称
raid-level       1            指定采用的是RAID-1模式
nr-raid-disks     2           此磁盘阵列由2个硬盘所组成
nr-spare-disks    0           磁盘阵列备用磁盘数目
chunk-size        4         当数据写入磁盘阵列时，每个写入区块的大小
（单位为KB,且必须为2的次方）。由于在Linear
模式中，写入数据并不分块，而是循序写入到同
一磁盘中。
persistent-superblock  1        设置是否要写入磁盘的superblock，设置成“1”
表示写入，设置“0”不写入。
device            /dev/sda1  按实际的情况，指定第一个硬盘分区的名称
raid-disk          0         设置上述的分区是次磁盘阵列所使用的第一个
硬盘。编号“0”开始。
device            /dev/sdb1  按实际情况，指定第二块硬盘分区的名称。
raid-disk         1          设置
创建好设置文件后，创建文件系统、启动、查看运行状态等方法和Linear相同。
3、 创建RAID-5磁盘阵列
在此介绍RAID-5，是在RAID-0和RAID-1中取一个平衡点，同时具有容错能力，也不会浪费太多硬盘空间，并有助于提高磁盘的I/O性能。
硬件需求：
由于RAID-5需要存储同位校验码，因此要创建此模式的磁盘阵列，至少需要3块或以上的硬盘。
创建磁盘阵列：本例以sda1、sdb1、sdc1，3个分区组成RAID-5磁盘，下面是设置文件/etc/raidtab。
raiddev /dev/md0              指定磁盘阵列的设备名称
raid-level       5        指定采用的是Linear模式
nr-raid-disks     3          此磁盘阵列由2个硬盘所组成
nr-spare-disks    0          磁盘阵列备用磁盘数目
chunk-size        32         当数据写入磁盘阵列时，每个写入区块的大小
（单位为KB,且必须为2的次方）。由于在Linear
模式中，写入数据并不分块，而是循序写入到同
一磁盘中。
persistent-superblock  1        设置是否要写入磁盘的superblock，设置成“1”
表示写入，设置“0”不写入。
Parity-algorithm   left-symmetric 指定用哪一种算法计算同位校验码，可是用的算法有：left-symmetric，left-asymmetric,right-symmetric,right-asymmetric4种。一般采用left-symmetric有最佳的存储效率。
device            /dev/sda1  按实际的情况，指定第一个硬盘分区的名称
raid-disk          0         设置上述的分区是次磁盘阵列所使用的第一个
硬盘。编号“0”开始。
device            /dev/sdb1  按实际情况，指定第二块硬盘分区的名称。
raid-disk         1          设置
device            /dev/sdb1  按实际情况，指定第三块硬盘分区的名称。
raid-disk          2          设置
修改完毕设置文件后依次执行创建磁盘阵列、启动、停止、查看状态等操作。
在本章，我们只介绍RAID-Linear、RAID-1、RAID-5、最常用的磁盘阵列设置方法。
至于其他种类的磁盘阵列设置方法，和上面讲述的设置方法类似，请读者自行设置。
最后，我们比较一下上面三种磁盘阵列。
磁盘阵列比较：
磁盘空间：Linear模式最节省磁盘空间，磁盘阵列总空间是所有硬盘的和。
          RAID-1（磁盘映像）最浪费磁盘，因为每个硬盘存储的数据都相同。
          RAID-5将利用一个磁盘来存储同位校验码。因此磁盘容量为n-1个
          磁盘的容量。
读写性能：Linear模式中，由于数据是依次存到硬盘上，此方式和一块硬盘运行
          并没有什么不同。此模式也不会提高读写效率。如果有多个人把数据
          放在不同的硬盘上，并且同时访问，那么就能提高磁盘读写效率。
          RAID-1由于每个硬盘都存储相同的数据，需要耗费较多的CPU时间。
          就会影响写入的数度。读数据，由于能从不同硬盘读出数据，因此理论上会有较快的数度。在RAID-5模式中，由于读写数据时，是将数据分成区块，在以区块为单          位同步存储到硬盘中，明显能提高存取速度。理论速率为n-1不过实际不会达到那么高的传输效率。
容错能力：Linear磁盘阵列没有所有容错能力，如果其中一块硬盘出现故障，那么整个磁盘阵列的数据都会丢失。RAID-1有非常好的容错能力，因为每一块硬盘的数据都是相同的，所以当一块硬盘发生故障。系统仍然能继续工作。RAID-5磁盘阵列，当其中一块硬盘发生故障，此时能借助其他硬盘计算出正确地数据，只要不是2块或2块以上的硬盘同时发生故障，这是同位校验码也不足以恢复数据了，意味着数据无法挽救了。