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1.什么是Raid; 
2.RAID級別介紹;


2.1 RAID0的特點(diǎn)與應用;
2.2 RAID1的特點(diǎn)與應用;
2.3 RAID 3的特點(diǎn)與應用;
2.4 RAID 4的特點(diǎn)與應用;
2.5 RAID 5的特點(diǎn)與應用;
2.6  RAID 0+1﹝RAID 10﹞的特點(diǎn)與應用;


3.  怎樣選擇Raid級別;


3.1 RAID條切“striped”的存取模式;
3.2 平行存取模式;


3.2.1 并行存取的基本工作原理;
3.2.2 并行存取RAID的最佳應用;


3.3 獨立存取模式;


3.3.1 獨立存取RAID的最佳應用;




4.  創(chuàng )建和維護Raid;


4.1   mdadm;


4.1.1  創(chuàng )建分區;
4.1.2  創(chuàng )建RAID 5;
4.1.3  創(chuàng )建RAID的配置文件;
4.1.4   創(chuàng )建文件系統;


4.2  維護軟RAID;


4.2.1  模擬故障磁盤(pán);
4.2.2   移除故障磁盤(pán);
4.2.3    添加新硬盤(pán);




5. 關(guān)于本文; 
6. 更新日志;
7. 參考文檔; 
8. 相關(guān)文檔;  

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正文
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1.什么是Raid;

RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）稱(chēng)為廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列。RAID 的基本想法是把多個(gè)便宜的小磁盤(pán)組合到一起，成為一個(gè)磁盤(pán)組，使性能達到或超過(guò)一個(gè)容量巨大、價(jià)格昂貴的磁盤(pán)。
目前 RAID技術(shù)大致分為兩種：基于硬件的RAID技術(shù)和基于軟件的RAID技術(shù)。其中在Linux下通過(guò)自帶的軟件就能實(shí)現RAID功能，這樣便可省去購買(mǎi)昂貴的硬件 RAID 控制器和附件就能極大地增強磁盤(pán)的 IO 性能和可靠性。由于是用軟件去實(shí)現的RAID功能，所以它配置靈活、管理方便。同時(shí)使用軟件RAID，還可以實(shí)現將幾個(gè)物理磁盤(pán)合并成一個(gè)更大的虛擬設備，從而達到性能改進(jìn)和數據冗余的目的。當然基于硬件的RAID解決方案比基于軟件RAID技術(shù)在使用性能和服務(wù)性能上稍勝一籌，具體表現在檢測和修復多位錯誤的能力、錯誤磁盤(pán)自動(dòng)檢測和陣列重建等方面。

2.RAID級別介紹;

一般常用的RAID階層，分別是RAID 0、RAID1、RAID 3、RAID 4以及RAID 5，再加上二合一型 RAID 0+1﹝或稱(chēng)RAID 10﹞。我們先把這些RAID級別的優(yōu)、缺點(diǎn)做個(gè)比較：

RAID級別 相對優(yōu)點(diǎn) 相對缺點(diǎn)
RAID 0 存取速度最快 沒(méi)有容錯
RAID 1 完全容錯 成本高
RAID 3 寫(xiě)入性能最好 沒(méi)有多任務(wù)功能
RAID 4 具備多任務(wù)及容錯功能 Parity 磁盤(pán)驅動(dòng)器造成性能瓶頸
RAID 5 具備多任務(wù)及容錯功能 寫(xiě)入時(shí)有overhead
RAID 0+1/RAID 10 速度快、完全容錯 成本高

2.1 RAID0的特點(diǎn)與應用;

也稱(chēng)為條帶模式（striped），即把連續的數據分散到多個(gè)磁盤(pán)上存取，如圖所示。當系統有數據請求就可以被多個(gè)磁盤(pán)并行的執行，每個(gè)磁盤(pán)執行屬于它自己的那部分數據請求。這種數據上的并行操作可以充分利用總線(xiàn)的帶寬，顯著(zhù)提高磁盤(pán)整體存取性能。因為讀取和寫(xiě)入是在設備上并行完成的，讀取和寫(xiě)入性能將會(huì )增加，這通常是運行 RAID 0 的主要原因。但RAID 0沒(méi)有數據冗余，如果驅動(dòng)器出現故障，那么將無(wú)法恢復任何數據。

2.2 RAID 1 的特點(diǎn)與應用;

RAID 1又稱(chēng)為鏡像（Mirroring），一個(gè)具有全冗余的模式，如圖所示。RAID 1可以用于兩個(gè)或2xN個(gè)磁盤(pán)，并使用0塊或更多的備用磁盤(pán)，每次寫(xiě)數據時(shí)會(huì )同時(shí)寫(xiě)入鏡像盤(pán)。這種陣列可靠性很高，但其有效容量減小到總容量的一半，同時(shí)這些磁盤(pán)的大小應該相等，否則總容量只具有最小磁盤(pán)的大小。

2.3 RAID 3特點(diǎn)與應用;

RAID 3 是將數據先做XOR 運算，產(chǎn)生Parity Data后，在將數據和Parity Data 以并行存取模式寫(xiě)入成員磁盤(pán)驅動(dòng)器中，因此具備并行存取模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，RAID 3每一筆數據傳輸，都更新整個(gè)Stripe﹝即每一個(gè)成員磁盤(pán)驅動(dòng)器相對位置的數據都一起更新﹞，因此不會(huì )發(fā)生需要把部分磁盤(pán)驅動(dòng)器現有的數據讀出來(lái)，與新數據作XOR運算，再寫(xiě)入的情況發(fā)生﹝這個(gè)情況在 RAID 4和RAID 5會(huì )發(fā)生，一般稱(chēng)之為Read、Modify、Write Process，我們姑且譯為為讀、改、寫(xiě)過(guò)程﹞。因此，在所有 RAID級別中，RAID 3的寫(xiě)入性能是最好的。

RAID 3的 Parity Data 一般都是存放在一個(gè)專(zhuān)屬的Parity Disk，但是由于每筆數據都更新整個(gè)Stripe，因此，RAID 3的 Parity Disk 并不會(huì )如RAID 4的 Parity Disk，會(huì )造成存取的瓶頸。

RAID 3的并行存取模式，需要RAID 控制器特別功能的支持，才能達到磁盤(pán)驅動(dòng)器同步控制，而且上述寫(xiě)入性能的優(yōu)點(diǎn)，以目前的Caching 技術(shù)，都可以將之取代，因此一般認為RAID 3的應用，將逐漸淡出市場(chǎng)。

RAID 3 以其優(yōu)越的寫(xiě)入性能，特別適合用在大型、連續性檔案寫(xiě)入為主的應用，例如繪圖、影像、視訊編輯、多媒體、數據倉儲、高速數據擷取等等。

2.4 RAID 4特點(diǎn)與應用;

創(chuàng )建RAID 4需要三塊或更多的磁盤(pán)，它在一個(gè)驅動(dòng)器上保存校驗信息，并以RAID 0方式將數據寫(xiě)入其它磁盤(pán)，如圖所示。因為一塊磁盤(pán)是為校驗信息保留的，所以陣列的大小是（N－l）*S，其中S是陣列中最小驅動(dòng)器的大小。就像在 RAID 1中那樣，磁盤(pán)的大小應該相等。

但是由于使用單一專(zhuān)屬的Parity Disk 來(lái)存放Parity Data，因此在寫(xiě)入時(shí)，就會(huì )造成很大的瓶頸。因此，RAID 4并沒(méi)有被廣泛地應用。

2.5 RAID 5特點(diǎn)與應用;

在希望結合大量物理磁盤(pán)并且仍然保留一些冗余時(shí)，RAID 5 可能是最有用的 RAID 模式。RAID 5可以用在三塊或更多的磁盤(pán)上，并使用0塊或更多的備用磁盤(pán)。就像 RAID 4一樣，得到的 RAID5 設備的大小是（N－1）*S。

由于RAID 5 可以執行Overlapped I/O 多任務(wù)，因此當RAID 5的成員磁盤(pán)驅動(dòng)器數目越多，其性能也就越高，因為一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器再一個(gè)時(shí)間只能執行一個(gè) Thread，所以磁盤(pán)驅動(dòng)器越多，可以Overlapped 的Thread 就越多，當然性能就越高。但是反過(guò)來(lái)說(shuō)，磁盤(pán)驅動(dòng)器越多，數組中可能有磁盤(pán)驅動(dòng)器故障的機率就越高，整個(gè)數組的可靠度，或MTDL (Mean Time to Data Loss) 就會(huì )降低。

由于RAID 5將Parity Data 分散存在各個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器，因此很符合XOR技術(shù)的特性。例如，當同時(shí)有好幾個(gè)寫(xiě)入要求發(fā)生時(shí)，這些要寫(xiě)入的數據以及Parity Data 可能都分散在不同的成員磁盤(pán)驅動(dòng)器，因此RAID 控制器可以充分利用Overlapped I/O，同時(shí)讓好幾個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器分別作存取工作，如此，數組的整體性能就會(huì )提高很多。

基本上來(lái)說(shuō)，多人多任務(wù)的環(huán)境，存取頻繁，數據量不是很大的應用，都適合選用RAID 5 架構，例如企業(yè)檔案服務(wù)器、WEB 服務(wù)器、在線(xiàn)交易系統、電子商務(wù)等應用，都是數據量小，存取頻繁的應用。

2.6 RAID 0+1﹝RAID 10﹞的特點(diǎn)與應用；

RAID 0+1/RAID 10，綜合了RAID 0 和 RAID 1的優(yōu)點(diǎn)，適合用在速度需求高，又要完全容錯，當然經(jīng)費也很多的應用。 RAID 0和RAID 1的原理很簡(jiǎn)單，合起來(lái)之后還是很簡(jiǎn)單，我們不打算詳細介紹，倒是要談?wù)?，RAID 0+1到底應該是 RAID 0 over RAID 1，還是RAID 1 over RAID 0，也就是說(shuō)，是把多個(gè)RAID 1 做成RAID 0，還是把多個(gè) RAID 0 做成RAID 1？

RAID 0 over RAID 1

假設我們有四臺磁盤(pán)驅動(dòng)器，每?jì)膳_磁盤(pán)驅動(dòng)器先做成RAID 1，再把兩個(gè)RAID 1做成RAID 0，這就是RAID 0 over RAID 1：

(RAID 1) A = Drive A1 + Drive A2 (Mirrored)
(RAID 1) B = Drive B1 + Drive B2 (Mirrored)
RAID 0 = (RAID 1) A + (RAID 1) B (Striped)

RAID 1 over RAID 0

假設我們有四臺磁盤(pán)驅動(dòng)器，每?jì)膳_磁盤(pán)驅動(dòng)器先做成RAID 0，再把兩個(gè)RAID 0做成RAID 1，這就是RAID 1 over RAID 0：

(RAID 0) A = Drive A1 + Drive A2 (Striped)
(RAID 0) B = Drive B1 + Drive B2 (Striped)
RAID 1 = (RAID 1) A + (RAID 1) B (Mirrored)

在這種架構之下，如果 (RAID 0) A有一臺磁盤(pán)驅動(dòng)器故障，(RAID 0) A就算毀了，當然RAID 1仍然可以正常工作；如果這時(shí) (RAID 0) B也有一臺磁盤(pán)驅動(dòng)器故障，(RAID 0) B也就算毀了，此時(shí)RAID 1的兩磁盤(pán)驅動(dòng)器都算故障，整個(gè)RAID 1資料就毀了。

因此，RAID 0 OVER RAID 1應該比RAID 1 OVER RAID 0具備比較高的可靠度。所以我們建議，當采用RAID 0+1/RAID 10架構時(shí)，要先作RAID 1，再把數個(gè)RAID 1做成RAID 0。

3. 怎樣選擇Raid級別;

RAID 012345 到底哪一種適合你，不只是成本問(wèn)題，容錯功能和傳輸性能的考慮以及未來(lái)之可擴充性都應該符合應用的需求。
RAID 在市場(chǎng)上的的應用，已經(jīng)不是新鮮的事兒了，很多人都大略了解RAID的基本觀(guān)念，以及各個(gè)不同RAID LEVEL 的區分。但是在實(shí)際應用 面，我們發(fā)現，有很多使用者對于選擇一個(gè)合適的RAID LEVEL，仍然無(wú)法很確切的掌握，尤其是對于RAID 0+1 (10)，RAID 3， RAID 5之間的選擇取舍，更是舉棋不定。

3.1 RAID條切“striped”的存取模式;

在使用數據條切﹝Data Stripping﹞ 的RAID 系統之中，對成員磁盤(pán)驅動(dòng)器的存取方式，可分為兩種：

并行存取﹝Paralleled Access﹞
獨立存取﹝Independent Access﹞

RAID 2和RAID 3 是采取并行存取模式。

RAID 0、RAID 4、RAID 5及RAID 6則是采用獨立存取模式。

3.2 平行存取模式;

并行存取模式支持里，是把所有磁盤(pán)驅動(dòng)器的主軸馬達作精密的控制，使每個(gè)磁盤(pán)的位置都彼此同步，然后對每一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器作一個(gè)很短的I/O數據傳送，如此一來(lái)，從主機來(lái)的每一個(gè)I/O 指令，都平均分布到每一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器。

為了達到并行存取的功能，RAID 中的每一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器，都必須具備幾乎完全相同的規格：轉速必須一樣；磁頭搜尋速度﹝Access Time﹞必須相同；Buffer 或Cache的容量和存取速度要一致；CPU處理指令的速度要相同；I/O Channel 的速度也要一樣?？偠灾?，要利用并行存取模式，RAID 中所有的成員磁盤(pán)驅動(dòng)器，應該使用同一廠(chǎng)牌，相同型號的磁盤(pán)驅動(dòng)器。

3.2.1 并行存取的基本工作原理;

假設RAID中共有四部相同規格的磁盤(pán)驅動(dòng)器，分別為磁盤(pán)驅動(dòng)器A、B、C和D，我們在把時(shí)間軸略分為T(mén)0、T1、T2、T3和T4：

T0： RAID控制器將第一筆數據傳送到A的Buffer，磁盤(pán)驅動(dòng)器B、C和D的Buffer都是空的，在等待中
T1： RAID控制器將第二筆數據傳送到B的Buffer，A開(kāi)始把Buffer中的數據寫(xiě)入扇區，磁盤(pán)驅動(dòng)器C和D的Buffer都是空的，在等待中
T2： RAID控制器將第三筆數據傳送到C的Buffer，B開(kāi)始把Buffer中的數據寫(xiě)入扇區，A已經(jīng)完成寫(xiě)入動(dòng)作，磁盤(pán)驅動(dòng)器D和A的Buffer都是空的，在等待中
T3： RAID控制器將第四筆數據傳送到D的Buffer，C開(kāi)始把Buffer中的數據寫(xiě)入扇區，B已經(jīng)完成寫(xiě)入動(dòng)作，磁盤(pán)驅動(dòng)器A和B的Buffer都是空的，在等待中
T4： RAID控制器將第五筆數據傳送到A的Buffer，D開(kāi)始把Buffer中的數據寫(xiě)入扇區，C已經(jīng)完成寫(xiě)入動(dòng)作，磁盤(pán)驅動(dòng)器B和C的Buffer都是空的，在等待中

如此一直循環(huán)，一直到把從主機來(lái)的這個(gè)I/O 指令處理完畢，RAID控制器才會(huì )受處理下一個(gè)I/O 指令。重點(diǎn)是在任何一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器準備好把數據寫(xiě)入扇區時(shí)，該目的扇區必須剛剛好轉到磁頭下。同時(shí)RAID控制器每依次傳給一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器的數據長(cháng)度，也必須剛剛好，配合磁盤(pán)驅動(dòng)器的轉速，否則一旦發(fā)生 miss，RAID 性能就大打折扣。

3.2.2 并行存取RAID的最佳應用;

并行存取RAID之架構，以其精細的馬達控制和分布之數據傳輸，將數組中每一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器的性能發(fā)揮到最大，同時(shí)充分利用Storage Bus的頻寬，因此特別適合應用在大型、數據連續的檔案存取應用，例如：

影像、視訊檔案服務(wù)器
數據倉儲系統
多媒體數據庫
電子圖書(shū)館
印前或底片輸出檔案服務(wù)器
其它大型且連續性檔案服務(wù)器

由于并行存取RAID架構之特性，RAID 控制器一次只能處理一個(gè)I/O要求，無(wú)法執行Overlapping 的多任務(wù)，因此非常不適合應用在 I/O次數頻繁、數據隨機存取、每筆數據傳輸量小的環(huán)境。同時(shí)，因為并行存取無(wú)法執行Overlapping 的多任務(wù)，因此沒(méi)有辦法"隱藏"磁盤(pán)驅動(dòng)器搜尋﹝seek﹞的時(shí)間，而且在每一個(gè)I/O的第一筆數據傳輸，都要等待第一個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器旋轉延遲﹝rotational latency﹞，平均為旋轉半圈的時(shí)間，如果使用一萬(wàn)轉的磁盤(pán)驅動(dòng)器，平均就需要等待50 usec。所以機械延遲時(shí)間，是并行存取架構的最大問(wèn)題。

3.3 獨立存取模式;

相對于并行存取模式，獨立存取模式并不對成員磁盤(pán)驅動(dòng)器作同步轉動(dòng)控制，其對每個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器的存取，都是獨立且沒(méi)有順序和時(shí)間間格的限制，同時(shí)每筆傳輸的數據量都比較大。因此，獨立存取模式可以盡量地利用overlapping 多任務(wù)、Tagged Command Queuing等等高階功能，來(lái)" 隱藏"上述磁盤(pán)驅動(dòng)器的機械時(shí)間延遲﹝Seek 和Rotational Latency﹞。

由于獨立存取模式可以做overlapping 多任務(wù)，而且可以同時(shí)處理來(lái)自多個(gè)主機不同的I/O Requests，在多主機環(huán)境﹝如Clustering﹞，更可發(fā)揮最大的性能。

3.3.1 獨立存取RAID的最佳應用;

由于獨立存取模式可以同時(shí)接受多個(gè)I/O Requests，因此特別適合應用在數據存取頻繁、每筆數據量較小的系統。例如：

在線(xiàn)交易系統或電子商務(wù)應用
多使用者數據庫
ERM及MRP 系統
小文件之文件服務(wù)器

4. 創(chuàng )建和維護Raid;

4.1 mdadm;

在Linux服務(wù)器中是通過(guò)mdadm工具來(lái)創(chuàng )建和維護軟RAID的，mdadm在創(chuàng )建和管理軟RAID時(shí)非常方便，而且很靈活。mdadm常用的參數有如下：

下面將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)講述通過(guò)mdadm如何實(shí)現軟RAID的功能。

4.1.1 創(chuàng )建分區;

【實(shí)例1】

某臺機器上有4塊空閑的硬盤(pán)，分別是/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd和/dev/sde，并用這四塊硬盤(pán)來(lái)創(chuàng )建來(lái)創(chuàng )建一個(gè)RAID 5，具體操作步驟如下：

首先使用“fdisk”命令在每塊硬盤(pán)上創(chuàng )建一個(gè)分區，操作如下：

針對其余幾塊硬盤(pán)也做相同操作，按照此步驟在另外的兩塊磁盤(pán)上做同樣的操作;
全部做完后,運行 fdisk -l 應該可以看到如下信息:

看到上面三個(gè)磁盤(pán)上分別建了一個(gè)分區,分區大小都一樣;

4.1.2 創(chuàng )建RAID 5;

創(chuàng )建完/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1四個(gè)分區后，下面就可以來(lái)創(chuàng )建RAID 5了，其中設定/dev/sde1作為備用設備，其余為活動(dòng)設備，備用設備的作用是一旦某一設備損壞可以立即使用備用設備替換。操作命令如下：

4.1.3 創(chuàng )建RAID的配置文件;

RAID的配置文件名為“mdadm.conf”，默認是不存在的，所以需要手工創(chuàng )建，該配置文件存在的主要作用是系統啟動(dòng)的時(shí)候能夠自動(dòng)加載軟RAID，同時(shí)也方便日后管理。“mdadm.conf”文件內容包括：由DEVICE選項指定用于軟RAID的所有設備，和ARRAY選項所指定陣列的設備名、RAID級別、陣列中活動(dòng)設備的數目以及設備的UUID號。生成RAID配置文件操做如下：

4.1.4 創(chuàng )建文件系統;

接下來(lái)就只需要在RAID設備上創(chuàng )建文件系統就可使用了，在RAID設備上創(chuàng )建文件系統和在分區或磁盤(pán)上創(chuàng )建文件系統的方法一樣。在設備“/dev/md0”上創(chuàng )建ext3的文件系統命令如下：

4.2 維護軟RAID;

軟RAID雖然很大程度上能保證數據的可靠性，但是在日常的工作中，有時(shí)可能需要對RAID進(jìn)行調整以及不排除RAID設備物理介質(zhì)損壞的可能等相關(guān)問(wèn)題

，當遇到這些情況時(shí)，那么同樣可以通過(guò)“mdadm”命令來(lái)完成這些操作。下面也將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹更換RAID故障磁盤(pán)的完整過(guò)程。

4.2.1 模擬故障磁盤(pán);

【實(shí)例2】

以前面的【實(shí)例1】為基礎，假定其中的“/dev/sdc1”設備出現故障時(shí)，更換一個(gè)新的磁盤(pán)，整個(gè)過(guò)程的詳細說(shuō)明如下：
在實(shí)際中，當軟RAID檢測到某個(gè)磁盤(pán)有故障時(shí)，會(huì )自動(dòng)標記該磁盤(pán)為故障磁盤(pán)，并停止對故障磁盤(pán)的讀寫(xiě)操作，所以這里需要將/dev/sdc1標記為出現故障的磁盤(pán)，命令如下：

由于【實(shí)例1】中的RAID 5設置了一個(gè)備用設備，所以當有標記為故障磁盤(pán)的時(shí)候，備用磁盤(pán)會(huì )自動(dòng)頂替故障磁盤(pán)工作，陣列也能夠在短時(shí)間內實(shí)現重建。通過(guò)“/proc/mdstat”文件可查看到當前陣列的狀態(tài)，如下：

重建完數據后，再次查看陣列狀態(tài)時(shí)，就會(huì )發(fā)現當前的RAID設備又恢復了正常，如下：

4.2.2 移除故障磁盤(pán);

既然“/dev/sdc1”出現了故障，當然要移除該設備，移除故障磁盤(pán)的操作如下：

4.2.3 添加新硬盤(pán);

在添加新的硬盤(pán)前，同樣需要對新硬盤(pán)進(jìn)行創(chuàng )建分區的操作，例如，添加新硬盤(pán)的設備名為“/dev/sdc1”，則具體操作如下：

由于【實(shí)例1】中的RAID 5設置了一個(gè)備用設備，所以不需要做任何操作RAID 5也能正常運行，但是如果這時(shí)某塊磁盤(pán)再出現故障的話(huà)，會(huì )導致RAID 5沒(méi)有數據冗余功能，這對于存放重要的數據的設備來(lái)說(shuō)顯得太不安全了。那么這時(shí)增加到RAID 5中的“/dev/sdc1”則作為備用設備出現在陣列中，如下：

5. 關(guān)于本文;

本文僅僅簡(jiǎn)單介紹了Raid，屬于最基本的入門(mén)介紹，沒(méi)有涉及到高級應用，如果想深入了解請參考其它相關(guān)文檔；

6. 更新日志;

07.7.25 v0.1b

7. 參考文檔;

8. 相關(guān)文檔;