一文详解RAID技术

RAID 定义

RAID（Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高硬盘的读写性能和数据安全性。

根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别：

级别	说明
RAID 0	数据条带化，无校验
RAID 1	数据镜像，无校验
RAID 3	数据条带化读写，检验信息存放于专用硬盘
RAID 5	数据条带化，检验信息分布式存放
RAID 6	数据条带化，分布式校验并提供两级冗余

同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别：

级别	说明
RAID 0+1	先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像
RAID 10	类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID1，后做RAID 0
RAID 50	先做RAID 5，后座RAID 0，能有效提高RAID 5的性能

RAID 0

定义：

RAID 0既没有容错设计的条带硬盘阵列（(Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中

优点：

极高的读写效率

速度快，由于不存在校验，所以不占用CPU资源

部署简单

缺点：

无冗余，通常和其他RAID级别混合使用

不适合用于关键数据

最小硬盘数：2

RAID 1

定义：

RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写道主硬盘和镜像硬盘

优点：

提供过了很高的数据安全性和可用性

100%的数据冗余

设计、使用简单

不做校验计算，CPU占用资源少

缺点：

空间利用率只有1/2

相对于单个硬盘，无法提高写能力

RAID 5

定义：

RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息不存在不同硬盘上。RAID 5是最长用的RAID方式之一。

优点：

高读取速率，中等写速率

提供一定程度的数据安全

缺点：

RAID组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能大幅下降

最小硬盘数：3

常用RAID比较

RAID级别	RAID 0	RAID 1	RAID 3	RAID 5	RAID 10	RAID 0+1
别名	条带	镜像	专用奇偶位条带	分布奇偶位条带	镜像阵列条带	条带阵列镜像
容错性	无	有	有	有	有	有
冗余类型	无	复制	奇偶校验	奇偶校验	复制	复制
热备盘选项	无	有	有	有	有	有
读性能	高	低	高	高	一般	高
随机写能力	高	低	最低	低	一般	一般
连续写能力	高	低	低	低	一般	一般
最小硬盘数	2块	2块	3块	3块	4块	4块
可用容量	N* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16	(N/2)* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16	(N-1)* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16	(N-1)* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16	(N/2)* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16	(N/2)* 单块硬盘容量，N为RAID组成员，一般不大于16
典型应用环境	迅速读写，安全性要求不高，如图形工作站等	随机数据写入，安全性能要求高，如服务器、数据库存储领域	连续数据传输，安全性要求高，如视频编辑、大型数据库等	随即数据传输，安全性要求高，如金融、数据库、存储等	数据量大，安全性要求高，如银行、金融领域	高性能和高安全性，如视频服务器

常用RAID选择

RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比RAID1低而磁盘空间利用率要比RAID1高。

RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低。

热备盘

1. 热备：Hot Spare

定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性。

全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享

专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

可用容量由(N -1) * 单块硬盘容量降为(N -2) * 单块硬盘容量（以Raid5为例）

2. 热插拔：Hot Swap

定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的硬盘物理替换RAID系统中失效硬盘

关键在于热插拔时电子器件的保护机制

实验目标

在服务器上添加4块硬盘，实现使用RAID 5级别将4块盘组成磁盘阵列

实验命令

lsblk
mdadm -Cv /dev/md0 -n 4 -l 10 /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf  
# 设置RAID实例
mdadm -Q /dev/md0 
# 查看它是否是一个md设备；它是否是一个md阵列的组件。显示有关所发现内容的信息。
mdadm -D /dev/md0
mkfs.ext4 /dev/md0 
# 分配文件系统
mkdir /Raid
mount /dev/md0 /Raid/ 
# 挂载
df -h

使用/dev/sd{b,c,d,e}创建RAID5磁盘阵列

mdadm -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -a yes -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}
# -C：创建 /dev/md0 的磁盘阵列
# -v：显示过程
# -n：使用的磁盘数量（小于等于实际的磁盘数量）
# -l：--level；使用的RAID级别
# -a：自动为其创建设备文件
# -x：指定空闲盘（热备磁盘）个数，空闲盘（热备磁盘）能在工作盘损坏后自动顶替
# 注意 n+x 等于实际使用的物理磁盘数量
mdadm -D /dev/md0 
# -D：查看创建RAID的信息

模拟RAID中磁盘损坏

mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
# 模拟 /dev/md0 中的 /dev/sdb 磁盘损坏
# 观察RAID阵列的情况

格式化+挂载

mkfs.[想要的系统格式] /dev/md0
# 可以直接通过mkfs对RAID阵列进行格式化
mount /dev/md0 /mnt/md0
# 将其挂载到 /mnt/md0 上
df -Th
# 查看挂载情况
# 可以写入 /etc/fstab 中，开机自动挂载；注意使用 mount -a 检查

删除磁盘阵列

注意数据的备份

umount /mnt/md0 /dev/md0
# 首先对其进行卸载操作
mdadm -s /dev/md0
mdadm -r /dev/md0
# -s：停止指定RAID运行
# -r：删除指定RAID阵列
# 此时数据依旧保存在磁盘中。

以下是一些常用的 Linux 磁盘相关命令：

df：显示磁盘使用情况。可以使用 "df -h" 命令以人类可读的格式查看。

du：显示文件或目录的磁盘使用情况。可以使用 "du -h" 命令以人类可读的格式查看。

fdisk：磁盘分区工具，用于创建、删除和修改磁盘分区表。

mkfs：用于创建文件系统。mkfs 后需要加上文件系统类型（如 ext4、ntfs 等）和设备名称（如 /dev/sda1）。

mount：将一个文件系统挂载到指定的挂载点上。

umount：卸载已经挂载的文件系统。

lsblk：以树形结构查看块设备的信息，包括磁盘、分区和挂载点等。

blkid：显示块设备的 UUID 和文件系统类型。

badblocks：检查并标记坏块。

smartctl：用于读取磁盘的 SMART 信息，从而判断磁盘的健康状态。

链接：https://www.cnblogs.com/Anzi-0524/p/17402693.html