Linux下用mdadm实现软件RAID

一：简要介绍
数据在现今企业中占有重要的地位，数据存储的安全性有而是人们使用计算机要注意的重要问题之一。通常情况下人们在服务器端采用各种冗余磁盘阵列RAID技术来保护数据，中高档的服务器一般都提供了昂贵的硬件RAID控制器，但是很多中小企业没有足够的经费承受这笔开销。我们有没有方法可以通过软件来实现 RAID呢？
实际上在Linux下可以通过软件来实现硬件的RAID功能，这样既节省了投资，又能达到很好的效果。今天就由我为大家介绍如何在网络环境中实现带有一块Spare-disk的软RAID1（数据镜像）阵列。
小提示：什么是RAID1（数据镜像）？RAID 1是比较可靠的数据存储方式，每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘。对任何磁盘的数据写入都会被复制镜像盘中；系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据，也就是说同一个数据会被重复写入两次，这样的磁盘镜像肯定会提高系统成本。因为我们所能使用的空间只是所有磁盘容量总和的一半。
由于本文中会使用mdadm软件，而该软件一般情况下都会集成在Redhat linux中，所以可以直接使用。如果系统中没有安装可以到http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/source/mdadm来下载mdadm-1.8.1.tgz进行编译安装，也可以到http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/source/mdadm/rpm下载mdadm-1.8.1-1.i386.rpm直接安装。

 

作为一个面向服务器的网络型操作系统，Linux对数据的安全和存取速度给予了高度重视，从2.4版内核开始Linux就实现了对软件RAID 的支持，这让我们可以不必购买昂贵的硬件RAID设备，就能享受到增强的磁盘I/O性能和可靠性，进一步降低了系统的总体拥有成本。下面就让我们看一个 Redhat Linux AS 4下的软件RAID配置实例吧。
● 操作系统为RedHat Linux AS 4；
● 内核版本为2.6.9-5.EL；
● 支持RAID0、RAID1、RAID4、RAID5、RAID6；
● 五块36GB SCSI接口的磁盘，其中RedHat AS 4安装在第一块磁盘，其它四块组成RAID 5用来存放Oracle数据库。
在RedHat AS 4下实现软件RAID是通过mdadm工具实现的，其版本为1.6.0，它是一个单一的程序，创建、管理RAID都非常方便，而且也很稳定。而在早期 Linux下使用的raidtools，由于维护起来很困难，而且其性能有限，在RedHat AS 4下已经不支持了。
实现过程

－：配置RAID1
第一步：以root用户登录系统，对磁盘进行分区。
#fdisk /dev/sdb
将设备/dev/sdb上的全部磁盘空间划分给一个主分区，建立/dev/sdb1分区，并修改分区的类型标识为fd（linux raid auto）,然后对剩余的磁盘做同样的操作。创/dev/sdb1,/dev/sdc1,/dev/sdd1三个分区。
第二步：创建RAID阵列
#mdadm -Cv /dev/md0 -l1 -n2 -x1 /dev/sd{b,c,d}1
# mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 \
/dev/hda1 /dev/hdc1
小提示：-C参数为创建阵列模式。/dev/md0为阵列的设备名称。-l1为阵列模式，可以选择0，1，4，5等多种不同的阵列模式，分别对应 RAID0，RAID1，RAID4，RAID5。-n2为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。-x1为阵列中备用磁盘的数目，因为我们是RAID1所以设置当前阵列中含有一块备用磁盘。/dev/sd{b,c,d}1为参与创建阵列的磁盘名称，阵列由三块磁盘组成，其中两块为镜象的活动磁盘，一块备用磁盘提供故障后的替换。
第三步：查看RAID阵列情况
创建RAID过程需要很长时间，因为磁盘要进行同步化操作，查看/proc/mdstat文件，该文件显示RAID的当前状态和同步完成所需要的时间。
#cat /proc/mdstat
系统会显示——
personalities:[raid1]
read_ahead 1024 sectors
event:1
md0:active raid1 sdb1[0] sdc1[1] sdd1[2]
18432000 blocks [2/2] [UU]
unused devices:<none>
出现上面的提示后就表示创建的RAID1已经可以使用了。
第四步：编辑阵列的配置文件
mdadm的配置文件主要提供人们日常管理，编辑这个文件可以让RAID更好的为我们工作，当然这个步骤不是必须的。不经过编辑配置文件也可以让RAID工作。
首先扫描系统中的全部阵列
#mdadm --detail -scan
扫描结果将显示阵列的名称，模式和磁盘名称，并且列出阵列的UUID号，UUID也同时存在于阵列的每个磁盘中，缺少该号码的磁盘是不能够参与阵列的组成的。
接下来编辑阵列的配置文件/etc/mdadm.conf文件，将扫描的显示结果按照文件规定的格式修改后添加到文件的末尾。
#vi /etc/mdadm.conf
添加以下内容到mdadm.conf文件中
device /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1
array /dev/md0 level=raid1 num-devices=2 uuid=2ed2ba37:d952280c:a5a9c282:a51b48da spare-group=group1
在配置文件中定义了阵列的名称和模式，还有阵列中活动磁盘的数目与名称，另外也定义了一个备用的磁盘组group1。
第五步：启动停止RAID1阵列
启动和停止RAID1阵列的命令非常简单。启动直接执行“mdadm -as /dev/md0”即可。执行mdadm -s /dev/md0将停止RAID1阵列。另外在rc.sysinit启动脚本文件中加入命令mdadm -as /dev/md0后将设置为阵列随系统启动而启动。
总结：配置RAID1的步骤相对RAID5来说不是很烦琐，不过在使用mdadm时应该注意就是不要在一块硬盘上划分多个分区，再将多个分区组成阵列，这种方式不但不能提高硬盘的访问速度，反而会降低整体系统的性能。正确的方法是将一块硬盘分成一个或多个分区，然后将多块不同硬盘的分区组成阵列。另外系统目录如/usr最好不要放在阵列中，因为一旦阵列出现问题系统将无法正常运行。

二：配置RAID　5
1．创建分区
五块SCSI磁盘分别对应/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde。其中第一块磁盘/dev/sda分两个区，用于安装RedHat AS 4和做交换分区，其他四块磁盘每块只分一个主分区，分别为/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1，并且将分区类型指定为“fd”，这将使Linux内核能将它们识别为RAID分区，且在每次引导时自动被检测并启动。创建分区使用fdisk命令。
# fdisk /dev/sdb
进入fdisk命令行后，使用命令n创建分区，命令t改变分区类型，命令w保存分区表并退出，命令m为帮助。
2．创建RAID 5
这里使用了/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1四个设备创建RAID 5，其中/dev/sde1作为备份设备，其他为活动设备。备份设备主要起备用作用，一旦某一设备损坏可以立即用备份设备替换，当然也可以不使用备份设备。命令格式如下：
# mdadm -Cv /dev/md0 -l5 -n3 -x1 -c128 /dev/sd[b,c,d,e]1
#mdadm --create --verbose /dev/md5 --level=raid5 --raid-devices=3 --chunk=32 /dev/hda3 /dev/hdb3 /dev/hdc3

parity-algorithm left-symmetric
parity-algorithm表示raid5的奇偶效验的运算法则，可用选择有：
left-symmetric left-asymmetric right-symmetric right-asymmetric
最佳性能的是：left-symmetric
命令中各参数分别表示如下作用：“-C”指创建一个新的阵列；“/dev/md0”表示阵列设备名称；“-l5”表示设置阵列模式，可以选择0、1、4、 5、6，它们分别对应于RAID0、RAID1、RAID4、RAID5、RAID6，这里设为RAID5模式；“-n3”指设置阵列中活动设备的数目，该数目加上备用设备的数目应等于阵列中的总设备数; “-x1”设置阵列中备份设备的数目，当前阵列中含有1个备份设备；“-c128”指设置块的尺寸为128KB，缺省为64KB；“/dev/sd[b, c,d,e]1”指当前阵列中包含的所有设备标识符，也可以分开来写，中间用空格分开，其中最后一个为备份设备。
3．查看阵列状态
当创建一个新阵列或者阵列重构时，设备需要进行同步操作，这一过程需要一定时间，可以通过查看/proc/mdstat文件，来显示阵列的当前状态以及同步进度、所需时间等。
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdd1[3] sde1[4] sdc1[1] sdb1[0]
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_]
[>....................] recovery = 4.3% (1622601/37734912) finish=1.0min speed=15146K/sec
unused devices:
当新建或重构完成后，再次查看/proc/mdstat文件:
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[3] sdc1[1] sdb1[0]
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices:
通过以上内容，可以很清楚地看出当前阵列的状态，各部分所代表的意思如下：“[3/3]”中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，如果有一个设备损坏，则第二位数将减1；“[UUU]”标记当前阵列可以正常使用的设备情况，现假设/dev/sdb1出现故障，则该标记将变成 [_UU]，这时的阵列以降级模式运行，即该阵列仍然可用，但是不再具有任何冗余；“sdd1[2]”指阵列所包含的设备数为n，若方括号内的数值小于 n，则表示该设备为活动设备，若数值大于等于n，则该设备为备份设备，当一个设备出现故障的时候，相应设备的方括号后将被标以(F)。
4．生成配置文件
mdadm的缺省配置文件为/etc/mdadm.conf，它主要是为了方便阵列的日常管理而设置的，对于阵列而言不是必须的，但是为了减少日后管理中不必要的麻烦，还是应该坚持把这一步做完。
在mdadm.conf文件中要包含两种类型的行：一种是以DEVICE开头的行，它指明在阵列中的设备列表；另一种是以ARRAY开头的行，它详细地说明了阵列的名称、模式、阵列中活动设备的数目以及设备的UUID号。格式如下：
DEVICE /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1
ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=3 UUID=8f128343:715a42df: baece2a8: a5b878e0
以上的这些信息可以通过扫描系统的阵列来获取，命令为：
# mdadm -Ds
ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=3 UUID=8f128343:715a42df: baece2a8: a5b878e0
devices=/dev/sdb1,/dev/sdc1,/dev/sdd1,/dev/sde1
使用vi命令，按照规定的格式编辑修改/etc/mdadm.conf文件
# vi /etc/mdadm.conf
5．创建文件系统并挂接(mount)使用
RAID5已经启动并处于运行状态，现在要做的就是在其上创建一个文件系统，这里使用mkfs命令，文件系统类型为ext3。命令如下：
# mkfs -t ext3 /dev/md0
当新的文件系统生成之后，就可以将/dev/md0挂接到指定的目录了。命令如下：
# mount /dev/md0 /mnt/raid
为了让系统在启动时自动将/dev/md0挂接到/mnt/raid，还需要修改/etc/fstab文件，添加如下内容：
/dev/md0 /mnt/raid ext3 defaults 0 0
故障模拟
上面的实例，让我们对Redhat Linux AS 4的软件RAID功能有了一定的认识，并且通过详细的步骤说明了如何创建RAID5。有了RAID做保障，电脑里的数据看起来似乎已经很安全了，然而现有的情况还是不能让我们高枕无忧，想一想，万一磁盘出现故障怎么办？下面我们模拟一个更换RAID5故障磁盘的完整过程，希望以此丰富大家处理RAID5故障的经验，提高管理和维护水平。
我们仍然沿用上面的RAID5配置，首先往阵列中拷贝一些数据，接下来开始模拟/dev/sdb1设备故障。不过，对于无备份设备的RAID5的模拟过程也要经过如下三步，只是阵列重构和数据恢复是发生在新设备添加到阵列中之后，而不是设备损坏时。
1．将/dev/sdb1标记为已损坏的设备
# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1
查看当前阵列状态
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[3] sdc1[1] sdb1[4](F)
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/2] [_UU]
[=>...................] recovery = 8.9% (3358407/37734912) finish=1.6min speed=9382K/sec
unused devices:
因为有备份设备，所以当阵列中出现设备损坏时，阵列能够在短时间内实现重构和数据的恢复。从当前的状态可以看出，阵列正在重构，且运行在降级模式，sdb1[4]的后面已经标上了(F)，活动设备数也降为2个。
经过几分钟后，再次查看当前阵列状态。
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[0] sdc1[1] sdb1[3](F)
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices:
此时阵列重构已经完成，数据恢复完毕，原有的备份设备sde1成为了活动设备。
2．移除损坏的设备
# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1
查看当前阵列的状态：
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[0] sdc1[1]
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices:
损坏的sdb1已经从阵列中移掉。
3．将新设备添加到阵列中
因为是模拟操作，可以通过下面的命令再次将/dev/sdb1添加到阵列中。如果是实际操作则要注意两点：一是在添加之前要对新磁盘进行正确的分区；二是添加时要用所添加设备的设备名替换/dev/sdb1。
# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1
查看当前阵列的状态：
# more /proc/mdstat
Personalities : [raid5]
md0 : active raid5 sdb1[3] sdd1[2] sde1[0] sdc1[1]
75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices:
这时sdb1作为备份设备再次出现在阵列中
常用阵列维护命令
1．启动阵列
# mdadm -As /dev/md0
该命令指启动/dev/md0阵列，其中“-A”指装载一个已存在的阵列；“-s”指查找mdadm.conf文件中的配置信息，并以此为依据启动阵列。
#mdadm -As
该命令指启动mdadm.conf文件中的所有阵列。
#mdadm -A /dev/md0 /dev/sd[b,c,d,e]1
如果没有创建mdadm.conf文件则可以采用上面这种启动方式。
2．停止阵列
# mdadm -S /dev/md0
3．显示指定阵列的详细信息
# mdadm -D /dev/md0

三：几种常用RAID的简介
RAID是冗余磁盘阵列（Redundant Array of Inexpensive Disk）的简称。它是把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘使用。它将数据以分段(striping)的方式分散存储在不同的磁盘中，通过多个磁盘的同时读写，来减少数据的存取时间，并且可以利用不同的技术实现数据的冗余，即使有一个磁盘损坏，也可以从其他的磁盘中恢复所有的数据。简单地说，其好处就是：安全性高、速度快、数据容量大。
磁盘阵列根据其使用的技术不同而划分了等级，称为RAID level，目前公认的标准是RAID 0～RAID 5。其中的level并不代表技术的高低，RAID 5并不高于RAID 4 ，RAID 0并不低于RAID 2 ，至于选择哪一种RAID需视用户的需求而定。下面分别对常用的RAID 0、RAID 1、RAID 5进行简单的介绍。
1．RAID 0
特点：它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存取数据时，将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。但没有数据冗余，阵列中任何一个磁盘坏掉，意味着所有数据丢失。

磁盘利用数：n(假设有n个磁盘)。
配置条件：最低两块磁盘，且分区大小尽量相同。
应用领域：对高磁盘容量及高速磁盘存取有特殊需求，而又不计较其高故障率的工作。当然，如果你正在使用集群，RAID 0 无疑是提高磁盘I/O性能的最好方法，因为在这种情况下，你就不用担心冗余的问题了。
2．RAID 1
特点：使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术，在一个磁盘上存放数据的同时也在另一个磁盘上写一样的数据。因为有了备份磁盘，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。尽管其写入数据的速度比较慢，但因其数据是以分段的方式作储存，因而在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。

磁盘利用数：n/2。
配置条件：最低两块磁盘，且分区大小尽量相同。
应用领域：数据库、金融系统等一些对数据有着高可靠性要求的领域。再者就是系统中写数据量比较少，而读数据量又比较多的情况下可以采用这一模式。
3．RAID 5
特点：以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个磁盘上。这样，任何一个磁盘损坏，都可以根据其他磁盘上的校验位来重建损坏的数据。并行读写数据，性能也很高。

磁盘利用数：n-1。
配置条件：最低三块硬盘，且分区大小尽量相同。