linux学习之路之磁盘阵列RAID及硬件RAID和软件RAID的区别

    我们知道单个磁盘存储数据的容量是有限的，为了让磁盘的容量增大，我们可以将多个较小的磁盘组合在一起，形成一个较大的磁盘装置，这就是RAID（独立式磁盘阵列），RAID不仅可以提高数据的存储容量，也可以提高数据保护功能，不同级别的RAID，所提供的的功能各不一样。

RAID常见的级别有RAID0，RAID1，RAID5，RAID10，RAID01，RAID5，RAID50

下面逐个介绍这些级别的工作原理。

RAID0：首先将磁盘分成等量的数据块(CHUNK),然后在将存储的数据切分成符合CHUNK大小的块，依次放在每一个磁盘上。以条带的形式均匀的存储在阵列中的每一个磁盘上。

存储方式如图所示：

所谓条带的大小就是通过CHUNK的大小除以block的大小得到的。默认CHUNK为64k。

RAID0具有以下特性：

    1、至少有2块磁盘才能组合成RAID，最好相同的磁盘

    2、数据被均匀的存储在每一个磁盘上，因此读写性能提升

    3、这样存储的数据不具有冗余性，因此其中任意一个磁盘损坏，数据就坏了。

    4、磁盘的利用率为100%

RAID1：由于RAID0没有提供数据的冗余机制，因此当其中一个磁盘损坏了，数据就恢复不了了。而RAID1的存储机制与RAID不同，RAID1则是通过镜像冗余的方式，将一份数据同时存储在两个磁盘上。这样当其中一块磁盘损坏了，还可以通过另一个磁盘来工作。

存储方式如下：

RAID1将具有以下特性：

    1、至少有2块磁盘组合成RAID1，最好磁盘相同

    2、由于数据时保存在每一个磁盘上的，因此磁盘的写性能下降，读性能提升

    3、这种存储方式具有冗余性

    4、磁盘的空间利用率为50%

从上面知道，RAID0不具有冗余性，当一个磁盘损坏，所有数据也就损坏了。而RAID1虽然具有冗余性，但是磁盘的利用率下降了，磁盘的写性能也下降了。那么可不可以将RAID0和RAID1组合起来使用，同时具有RAID0和RAID1的特性呢？

将RAID0和RAID1组合起来的整列有2中RAID10和RAID01

RAID10：就是先将磁盘组合成RAID1，再讲RAID0组合成RAID0。

存储方式如下：

RAID10具有以下的特性：

    1、至少4颗磁盘才能组成。，因为RAID1和RAID0至少要两个磁盘才能组成。

    2、因为RAID1的原因，因此性能下降，读性能提升

    3、由于RAID1的原因，因此这样组合具有冗余性

    4、磁盘利用率为50%

RAID01：现将磁盘组合成RAID0，再将RAID0组合成RAID1

存储方式如下：

RAID5：将至少需要三个磁盘才能组合成RAID5，其中一个磁盘用来存放同位检查码的，且以轮循的方式存放在每一个磁盘上。而数据则是均匀等量的依次存放在其他磁盘上。

当其中某一个磁盘损坏了，可以利用同位检查码来恢复另一个磁盘的数据。

存储方式为如下：

RAID5具有以下特性：

    1、由于其中一个磁盘要存放同位检查码，因此至少需要三个磁盘才能形成RADI5

    2、由于同位检查码的存在，因此磁盘的写性能下降，读性能提升

    3、由于可以用同位检查码来恢复磁盘的数据，因此具有冗余性

    4、磁盘的空间利用率为(n-1)/n

RAID50:将磁盘先组合成RAID5，再将组合成的RAID5组合成RAID0

RAID50将具有以下特性：

    1、由于RAID5的原因，因此需要至少6颗磁盘才能组合成RAID50

    2、由于有同位检查码，因此磁盘写性能下降，读性能提升

    3、具有冗余功能

    4、磁盘利用率为(n-2)/n

另外还有一种磁盘组合机制jobd技术

jbod：就是将多个磁盘堆叠形成一个大的逻辑磁盘，且当第一个磁盘容量用完时，才使用第二个磁盘。

因此jbod具有以下特性：

    1、至少需要2颗磁盘才可以组合成jbod

    2、数据是从第一个磁盘依次存储的，因此读写性能没有提升

    3、没有提供冗余机制，当其中一块磁盘损坏时，数据就会损坏

    4、磁盘利用率为100%

上面主要介绍了几种常见级别的RAID原理，RAID可以通过硬件和软件来组合成，那么硬件RAID和软件RAID有什么区别呢？

硬件RAID：有专门的RAID控制处理器和I/O处理芯片来完成RAUD任务的，不需要占用主机CPU的资源

软件RAID：通过软件来仿真达到磁盘阵列的功能，因此没有第三方控制处理器和I/O芯片来处理，其功能

          主要靠CPU来完成。

软件RAID是依靠mdadm这套软件来完成的，他可以将任何块设备文件做成RAID。使用mdadm命令可以将两个以上分区或者磁盘做成我们所想要的磁盘阵列。

由于软件RAID是仿真的，因此创建的RAID装置名为系统的装置文件：/dev/md{0,1,2...}

而硬件RAID的装置文件名为/dev/sd[a-p]

在这里不讲述如何创建硬件RAID，只讲述如何创建软件RAID。由于软件RAID是依靠mdadm软件来完成的，因此在这里只介绍如何使用mdadm来组合磁盘达到磁盘阵列的功能。

mdadm是一个模式化的命令，因此在mdadm环境下有多种模式来管理磁盘阵列。

madam的模式有一下几种：

创建模式、管理模式、监控模式、增长模式、装配模式

在创建模式下的mdadm的语法格式为：

mdadm [option] 分区或磁盘

-C,--create:用来创建RAID

-l #,--level=#:指定RAID的级别

-n #,--raid-devices=#:指定创建RAID的设备个数

-a yes|no,--auto=yes|no:是否自动为其创建RAID文件，即/dev/md0

-c #,--chunk=#:指定CHUNK的大小，默认为64k

-x #,--spare-devices=#:指定空闲的磁盘个数 

在管理模式下的mdadm的语法格式：

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