RAID级别和实现实例操作详解

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一、RAID简史

   1.RAID由来

Berkeley:伯克利提出：A casefor Redundent Arrays of Inexpensive Disks 为RAID(廉价冗余阵列)

如今：Redundant Arrays of Independent Disks 独立冗余阵列

   2.优点和表现方式

        1)通过磁盘并行读写，提高IO能力：

        2)通过磁盘冗余(容错)机制来实现提高耐用性：

   3.级别：多块磁盘组织在一起的工作方式有所不同

RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID10、RAID01、RAID50、JBOD

   4.实现方式

        (1)软件模拟实现：Software RAID，结合内核中的md(multidevices)工具

生产环境中一般没有人使用

        (2)硬件实现：硬件级别的RAID配置多块硬盘在bios中实现

外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力

内接式RAID：主板集成RAID控制器

  1)可以通过SAS接口的适配器接口扩展出串行端口附加存储，以logical unit  number逻辑单元号表现

窄带：8个接口，7target

宽带：16个接口，15个target

  2)RAID控制器需要系统驱动使用，在BIOS中可以设置，通过适配器连接到RAID磁盘阵列

  3)RAID控制器本身有CPU，还可以有内存来加速，另外设置电源方式断电时候的应急写入

二、RAID级别和工作模式

         常用级别：RAID-0, RAID-1,RAID-5, RAID-10, RAID-50, JBOD

   1.RAID-0：0, 条带卷，strip;

性能：读、写性能提升；无容错能力

空间使用：N*min(S1,S2,...)，

最少需要磁盘数量：至少两块

条带：会以磁盘容量最小的磁盘为主分块制作条带

   2.RAID-1: 1,镜像卷，mirror;

性能：读性能提升、写性能略有下降；有冗余能力

空间使用：1*min(S1,S2,...)，每块存储内容都一样

空间利用率：1/2

最少需要硬盘数量：至少两块

   3.RAID-4：单块硬盘作为集中校验盘

         采用独立存取方式，将条带由RAID3的小数据块改为更大的数据块

          校验较为迅速，但写入速度极差，控制器的设计更加复杂

通过异或运算将其中一块硬盘，集中存放校验码

允许有一块硬盘损坏，但因为集中校验会导致性能瓶颈

   4.RAID-5：循环校验存储机制

    性能：读、写性能提升，有容错能力：1块磁盘

    空间使用：(N-1)*min(S1,S2,...) 短板效应

     空间利用率：(n-1)/n

    最少磁盘数：至少三块，可降级使用

   5.RAID-6：循环校验存储机制，一块硬盘专门做校验盘，校验码存储两次

性能：读、写性能提升；有容错能力：2块磁盘

空间使用：(N-2)*min(S1,S2,...)

最少磁盘数：最少四块

   6.RAID-7：商业版

新的RAID标准，一个独立的“存储计算机”，自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可以完全独立与主机运行，不占用主机CPU资源

   7.RAID-10：先做镜像，再做条带

性能：读、写提升，有冗余能力

空间利用率：1/2

最少磁盘数：至少需要4块

   8.RAID-01：先做条带，再做镜像

性能：读、写提升，有冗余能力

空间利用率：1/2

最少磁盘数：至少需要4块

   9.RAID-50：

性能：读、写提升；有冗余能力

空间利用率：(n-2)/n

最少磁盘数：至少需要6块

   10.JBOD：Just a Bunch OfDisks 将多块磁盘的空间合并一个大的连续空间使用

性能表现：无提升；无冗余能力

空间使用：磁盘大小之和sum(S1,S2,...)

空间利用率：100%

最少磁盘数：至少需要2块

三、RAID内核实现观测相关命令

CentOS6上的软件RAID的实现

   1.md(multidevices)工具，mdadm：模式化的工具

命令的语法格式：mdadm[mode] <raiddevice> [options] <component-devices>

支持的RAID级别：LINEAR线性方式,RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6, RAID10;

模式：创建：-C；装配: -A；监控: -F；管理：-f, -r, -a

<raiddevice>:/dev/md#

<component-devices>:任意块设备

(1)-C: 创建模式

-n#: 使用#个块设备来创建此RAID；

-l#：指明要创建的RAID的级别；

-a{yes|no}：自动创建目标RAID设备的设备文件；

-c CHUNK_SIZE: 指明块大小； 默认512k

-x#: 指明空闲盘的个数；

(2) 管理模式：

-f:标记指定磁盘为损坏；

-a:添加磁盘

-r:移除磁盘

(3)-D：显示raid的详细信息；      mdadm -D /dev/md#

          (4)观察md的状态： cat /proc/mdstat

(5)停止md设备：mdadm -S /dev/md#

   2.watch:动态观测命令运行过程

格式：watch -n# 'COMMAND'

-n#: 刷新间隔，单位是秒；