第六章 使用RAID与LVM磁盘阵列技术_磁盘raid lvm

第六章 使用RAID与LVM磁盘阵列技术

一、RAID磁盘冗余阵列

1、部署磁盘阵列

（1）、RAID0、1、5、10方案技术对比

（2）、RAID0 RAID1 RAID5 RAID10介绍

RAID0技术把多块物理硬盘设备（至少两块）通过硬件或软件的方式串联在一起，组成一个大的卷组，并将数据依次写入到各个物理硬盘中。这样一来，在最理想的状态下，硬盘设备的读写性能会提升数倍，但是若任意一块硬盘发生故障将导致整个系统的数据都受到破坏。通俗来说，RAID0技术能够有效地提升硬盘数据的吞吐速度，但是不具备数据备份和错误修复能力。如图所示：数据被分别写入到不同的硬盘设备中，即硬盘A和硬盘B设备会分别保存数据资料，最终实现提升读取、写入速度的效果。

尽管RAID0技术提升了硬盘设备的读写速度，但是它是将数据依次写入到各个物理硬盘中，也就是说，它的数据是分开存放的，其中任何一块硬盘发生故障都会损坏整个系统的数据。因此，如果生产环境对硬盘设备的读写速度没有要求，而是希望增加数据的安全性时，就需要用到RAID1技术了。
如图所示的RAID1技术示意图中可以看到，它是把两块以上的硬盘设备进行绑定，在写入数据时，是将数据同时写入到多块硬盘设备上(可以将其视为数据的镜像或备份)。当其中某一块硬盘发生故障后，一般会立即自动以热交换的方式来恢复数据的正常使用。
考虑到写入操作时CPU切换硬盘的开销，速度会比RAID O有微弱的降低，但在读取数据的时候，操作系统可以分别从两块硬盘中读取信息，理论读取速度的峰值可以是硬盘数量的倍数。另外平时只要保证有一块硬盘稳定运行，数据就不会出现损坏的情况，可靠性较高。
另外RAID1技术虽然十分注重数据的安全性，但是因为是在多块硬盘设备中写入了相同的数据，因此硬盘设备的利用率得以下降，从理论上来说，图7-2所示的硬盘空间的真实可用率只有50%，由三块硬盘设备组成的RAID1磁盘阵列的可用率只有33%左右，以此类推。而且，由于需要把数据同时写入到两块以上的硬盘设备，这无疑也在一定程度上增大了系统计算功能的负载。

如图所示，RAID5技术是把硬盘设备的数据奇偶校验信息保存到其他硬盘设备中。RAID5磁盘阵列组中数据的奇偶校验信息并不是单独保存到某一块硬盘设备中，而是存储到除自身以外的其他每一块硬盘设备上，这样的好处是其中任何一设备损坏后不至于出现致命缺陷;图中parity部分存放的就是数据的奇偶校验信息，换句话说，就是RAID5技术实际上没有备份硬盘中的真实数据信息，而是当硬盘设备出现问题后通过奇偶校验信息来尝试重建损坏的数据。RAID这样的技术特性“妥协”地兼顾了硬盘设备的读写速度、数据安全性与存储成本问题。
RAID5最少由三块硬盘组成，使用的是Disk Striping硬盘切割技术。比RAID1级别好处就在于保存的是奇偶校验信息而不是一模一样的文件内容，所以当重复写入某个文件时，RAID5级别的磁盘阵列组只需要对应一个奇偶校验信息就可以，效率更高，存储成本也会随之降低。

鉴于RAID5技术是因为硬盘设备的成本问题对读写速度和数据的安全性能而有了一定的妥协，但是大部分企业更在乎的是数据本身的价值而非硬盘价格，因此生产环境中主要使用RAID10技术。
顾名思义，RAID-10技术是RAID1+RAIDO技术的一个“组合体”。如图所示，RAID10技术需要至少4块硬盘来组建，其中先分别两两制作成RAID1磁盘阵列，以保证数据的安全性;然后再对两个RAID1磁盘阵列实施RAID0技术，进一步提高硬盘设备的读写速度。这样从理论上来讲，只要坏的不是同一组中的所有硬盘，那么最多可以损坏50%的硬盘设备而不丢失数据。由于RAID10技术继承了RAIDO的高读写速度和RAID1的数据安全性，在不考虑成本的情况下RAID10的性能都超过了RAID5，因此当前成为广泛使用的一种存储技术。
细看图可以分析出，RAID10是先对信息进行分割，然后再两两一组做的镜像。也就是将RAID1作为最低级别的组合，再使用RAID0技术组合到一起，将它们视为“一整块”硬盘。而RAID01则是相反的，它回先将硬盘分为两组，使用RAID0作为最低级别的组合，再将两组硬盘通过RAID1技术组合到一起。但区别非常明显，RAID10级别中任何一块硬盘损坏都不会影响到数据安全性，其余硬盘均会正常运作。但RAID01只要有任何一—盘损坏，最低级别的RAID0硬盘组马上会停止运作，可能造成严重隐患。所以RAID10远比RAID01常见，很多主板甚至不支持RAID01。

（3）、mdadm命令

mdadm命令用于创建、调整、监控和管理RAID设备，英文全称：“multiple devices admin”。

语法格式：mdadm [参数] 硬盘名称
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（4）、mdadm命令的常用参数和作用

（5）创建RAID10并检查看摘要信息

//创建
[root@centos ~]# mdadm -C -v /dev/md10 -n 4 -l 10 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md10 started.
//查看
[root@centos ~]# mdadm -Q /dev/md10 
/dev/md10: 39.97GiB raid10 4 devices, 0 spares. Use mdadm --detail for more detail.
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（6）、格式化

//将RAID磁盘阵列格式化为ext4格式
[root@centos ~]# mkfs.ext4 /dev/md10 
mke2fs 1.45.6 (20-Mar-2020)
创建含有 10477056 个块（每块 4k）和 2621440 个inode的文件系统
文件系统UUID：37a19d4a-f16b-412d-9b0e-4fb936dba160
超级块的备份存储于下列块： 
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
	4096000, 7962624

正在分配组表： 完成                            
正在写入inode表： 完成                            
创建日志（65536 个块）完成
写入超级块和文件系统账户统计信息： 已完成 
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（7）、挂载硬盘设备

//创建文件夹
[root@centos ~]# mkdir /RAID
//挂载设备
[root@centos ~]# mount /dev/md10 /RAID/
//查看磁盘空间
[root@centos ~]# df -h
文件系统             容量  已用  可用 已用% 挂载点
devtmpfs             1.8G     0  1.8G    0% /dev
tmpfs                1.9G     0  1.9G    0% /dev/shm
tmpfs                1.9G  9.8M  1.9G    1% /run
tmpfs                1.9G     0  1.9G    0% /sys/fs/cgroup
/dev/mapper/cl-root   17G  5.4G   12G   32% /
/dev/sr0              11G   11G     0  100% /media/cdrom
/dev/sda1           1014M  351M  664M   35% /boot
tmpfs                371M   28K  371M    1% /run/user/0
/dev/md10             40G   49M   38G    1% /RAID
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（8）、查看详细信息

[root@centos ~]# mdadm -D /dev/md10 
/dev/md10:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Apr 27 15:52:48 2023
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Apr 27 15:57:12 2023
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : centos:10  (local to host centos)
              UUID : b46517fa:62c223f5:24cd68c3:e7116ee3
            Events : 19

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync set-A   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde
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2、损坏磁盘阵列及修复

（1）、模拟损坏的硬盘设备

[root@centos ~