磁盘阵列

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一、RAID 简介

RAID 是英文Redundant Array of Independent Disks 的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（Disk Array）。

简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份的技术。

组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels），常见的RAID Level 包括raid0, raid1, raid5, raid10。各level 对比如下：

说明：n 代表硬盘总数

关于RAID的详细介绍，请参考：http://zh.wikipedia.org/wiki/RAID

二、系统环境

实验环境：Oracle VM VirtualBox

系统平台：CentOS release 6.3 (Final)

mdadm 版本：mdadm - v3.2.6 - 25th October 2012

三、设置磁盘

在Oracle VM VirtualBox 里模拟物理增加磁盘，在这篇文章中，我们将创建RAID0, RAID1, RAID5分区，RAID0 需要两块硬盘，RAID1 需要两块硬盘，RAID5需要四块硬盘，所以在这里添加了八块物理硬盘，每块5.00 GB.

在Linux 系统里使用fdisk –l 命令查看。

四、安装mdadm

mdadm 是multiple devices admin 的简称，它是Linux下的一款标准的软件RAID 管理工具。

4.1 查看是否安装了mdadm软件

# rpm -qa|grep mdadm

4.2 如果未安装，则使用yum 方式安装。

准备工作完毕，下面可以着手创建raid 了。

五、创建RAID0

5.1 新建分区

创建RAID0 需要两块硬盘，所以我们拿/dev/sdb 和/dev/sdc 来实验。

# fdisk /dev/sdb        //对sdb 进行分区

输入"m", 获取帮助，输入"p", 查看分区前磁盘状态，其他Command action 具体含义请自行Google, Baidu。

输入"n" 新建分区，这里我们将整个磁盘都划分成一个分区，然后输入"p" 查看分区情况。

5.2 修改分区类型

默认新建分区的类型是Linux，代号83，我们需要将其修改为raid 类型。输入"t" ，然后输入"L" 列出所有的文件格式，这里我们选择"fd Linux raid auto", 输入"fd"，然后再输入"p" 查看分区情况，这是分区格式已经变成了Linux raid autodetect.

5.3 保存分区

输入"w" 保存分区。

使用同样方法对/dev/sdc 进行分区操作。

5.4 同步分区情况

使用partprobe 命令同步分区情况。

5.5 查看现在的状态

# fdisk -l /dev/sdb /dev/sdc

5.6 开始创建RAID0

# mdadm -C /dev/md0 -ayes -l0 -n2 /dev/sd[b,c]1

说明：

-C　　--create　  创建阵列；

-a　　--auto　　  同意创建设备，如不加此参数时必须先使用mknod 命令来创建一个RAID设备，不过推荐使用-a yes参数一次性创建；

-l　　 --level　　　阵列模式，支持的阵列模式有 linear, raid0, raid1, raid4, raid5, raid6, raid10, multipath, faulty, container；

-n     --raid-devices    阵列中活动磁盘的数目，该数目加上备用磁盘的数目应该等于阵列中总的磁盘数目；

/dev/md0　　　　 阵列的设备名称；

/dev/sd{b,c}1　　参与创建阵列的磁盘名称；

5.7 查看raid0 状态

# cat /proc/mdstat

# mdadm -D /dev/md0

说明：Raid Level : 阵列级别； 

　　　Array Size : 阵列容量大小；

　　　Raid Devices : RAID成员的个数；

　　　Total Devices : RAID中下属成员的总计个数，因为还有冗余硬盘或分区，也就是spare，为了RAID的正常运珩，随时可以推上去加入RAID的；

　　　State : clean, degraded, recovering 状态，包括三个状态，clean 表示正常，degraded 表示有问题，recovering 表示正在恢复或构建；

　　　Active Devices : 被激活的RAID成员个数；

　　　Working Devices : 正常的工作的RAID成员个数；

　　　Failed Devices : 出问题的RAID成员；

　　　Spare Devices : 备用RAID成员个数，当一个RAID的成员出问题时，用其它硬盘或分区来顶替时，RAID要进行构建，在没构建完成时，这个成员也会被认为是spare设备；

　　　UUID : RAID的UUID值，在系统中是唯一的；

5.8 创建RAID 配置文件/etc/mdadm.conf

RAID 的配置文件为/etc/mdadm.conf，默认是不存在的，需要手工创建。

该配置文件的主要作用是系统启动的时候能够自动加载软RAID，同时也方便日后管理。但不是必须的，推荐对该文件进行配置。

我们这里需要创建这个文件，测试中发现，如果没有这个文件，则reboot 后，已经创建好的md0 会自动变成md127。

/etc/mdadm.conf 文件内容包括：

由DEVICE 选项指定用于软RAID的所有设备，和ARRAY 选项所指定阵列的设备名、RAID级别、阵列中活动设备的数目以及设备的UUID号。

5.8.1 创建/etc/mdadm.conf

# echo DEVICE /dev/sd{b,c}1 >> /etc/mdadm.conf

# mdadm –Ds >> /etc/mdadm.conf

5.8.2 修改配置文件

当前生成的/etc/mdadm.conf 文件内容并不符合所规定的格式，所以也是不生效的，这时需要手工修改该文件内容为如下格式：

# cat /etc/mdadm.conf

DEVICE /dev/sdb1 /dev/sdc1

ARRAY /dev/md0 level=raid0 num-devices=2 UUID=5160ea40:cb2b44f1:c650d2ef:0db09fd0

5.9 格式化磁盘阵列

# mkfs.ext4 /dev/md0

5.10 建立挂载点并挂载

# mkdir /raid0

# mount /dev/md0 /raid0/

可以看到，/dev/md0 的可用大小为9.9G。

5.11 写入/etc/fstab

为了下次开机还能正常使用我们的RAID设备，需要将挂载的信息写入/etc/fstab 文件中。

然后reboot 测试开机是否自动挂载，raid0 创建完毕。

六、创建RAID1

和创建raid0 类似，我们拿/dev/sdd 和/dev/sde 这两块硬盘来做实验。

6.1 新建分区并修改分区类型

使用同样方法对/dev/sde 进行分区操作，分区结果如下：

6.2 开始创建RAID1

# mdadm -C /dev/md1 -ayes -l1 -n2 /dev/sd[d,e]1

6.3 查看raid1 状态

# cat /proc/mdstat

# mdadm -D /dev/md1

说明：Used Dev Size : RAID单位成员容量大小，也就是构成RAID的成员硬盘或分区的容量的大小；

可以看到，raid1 正在创建，待创建完毕，状态如下：

6.4 添加raid1 到RAID 配置文件/etc/mdadm.conf 并修改

# echo DEVICE /dev/sd{b,c}1 >> /etc/mdadm.conf

# mdadm –Ds >> /etc/mdadm.conf

6.5 格式化磁盘阵列

# mkfs.ext4 /dev/md1

6.6 建立挂载点并挂载

# mkdir /raid1

# mount /dev/md1 /raid1/

可以看到，/dev/md1 的可用大小为4.9G。

6.7 写入/etc/fstab

然后reboot 测试开机是否自动挂载，raid1 创建完毕。

七、创建RAID5

RAID5 至少需要三块硬盘，我们拿/dev/sdf, /dev/sdg, /dev/sdh, /dev/sdi 这四块硬盘来做实验，三块做为活动盘，另一块做为热备盘。

7.1 新建分区并修改分区类型

分区结果如下：

7.2 开始创建RAID5

# mdadm -C /dev/md5 -ayes -l5 –n3 -x1 /dev/sd[f,g,h,i]1

说明："-x1" 或"--spare-devices=1" 表示当前阵列中热备盘只有一块，若有多块热备盘，则将"--spare-devices" 的值设置为相应的数目。

7.3 查看raid5 状态

# cat /proc/mdstat

# mdadm -D /dev/md5

说明：Rebuild Status : RAID 的构建进度；

         4 8 113 2 spare rebuilding /dev/sdh1 注：未被激活，正在构建中的成员，正在传输数据；

         3 8 129 - spare /dev/sdi1 热备盘

raid5 正在创建，而且速度很慢，待创建完毕，状态如下：

7.4 添加raid5 到RAID配置文件/etc/mdadm.conf 并修改

# echo DEVICE /dev/sd{f,g,h,i}1 >> /etc/mdadm.conf

# mdadm –Ds >> /etc/mdadm.conf

7.5 格式化磁盘阵列

# mkfs.ext4 /dev/md5

7.6 建立挂载点并挂载

# mkdir /raid5

# mount /dev/md5 /raid5/

raid5 的可用大小为9.9G，即（3-1）x 5G.

向 /raid5 里面写入测试数据：

# touch test_raid5.failed 
# touch test_raid5.fail 
# ls

7.7 写入 /etc/fstab

然后reboot 测试开机是否自动挂载，raid5 创建完毕。

八、RAID维护

RAID 做好之后，还需要进行日常的维护操作，比如其中一块物理硬盘损坏，我们需要进行更换故障磁盘的操作，下面我们将模拟raid5 中磁盘损坏来讲解软RAID 的维护操作。

8.1 模拟磁盘损坏

在实际中，当软RAID 检测到某个磁盘有故障时，会自动标记该磁盘为故障磁盘，并停止对故障磁盘的读写操作。在这里我们将/dev/sdh1 模拟为出现故障的磁盘，命令如下：

# mdadm /dev/md5 -f /dev/sdh1

8.2 查看重建状态

在上面创建RAID 5过程中，我们设置了一个热备盘，所以当有标记为故障磁盘的时候，热备盘会自动顶替故障磁盘工作，阵列也能够在短时间内实现重建。通过查看"/proc/mdstat" 文件可以看到当前阵列的状态，如下：

以上信息表明阵列正在重建，当一个设备出现故障或被标记故障时，相应设备的方括号后将被标以(F)，如 "sdh1[4](F)"。

其中 "[3/2]" 的第一位数表示阵列所包含的设备数，第二位数表示活动的设备数，因为目前有一个故障设备，所以第二位数为2；

这时的阵列以降级模式运行，虽然该阵列仍然可用，但是不具有数据冗余；

而 "[UU_]" 表示当前阵列可以正常使用的设备是/dev/sdf1 和/dev/sdg1，如果是设备 “/dev/sdf1” 出现故障时，则将变成[_UU]。

8.3 查看之前写入的测试数据是否还在

数据正常，未丢失。

8.4 重建完毕后查看阵列状态

当前的RAID 设备又恢复了正常。

8.5 移除损坏的磁盘

移除刚才模拟出现故障的/dev/sdh1，操作如下：

8.6 再次查看md5的状态

/dev/sdh1 已经移除了。

8.7 新加热备磁盘

如果是实际生产中添加新的硬盘，同样需要对新硬盘进行创建分区的操作，这里我们为了方便，将刚才模拟损坏的硬盘再次新加到raid5 中。

8.8 查看raid5 阵列状态

/dev/sdh1 已经变成了热备盘。

8.9 查看测试数据

数据正常，未丢失。故障切换测试完毕。

九、向RAID中增加存储硬盘

如果现在已经做好的RAID 空间还是不够用的话，那么我们可以向里面增加新的硬盘，来增加RAID 的空间。

9.1 在虚拟机中添加物理硬盘

上面我们已经在虚拟机中添加了八块硬盘，这里需要模拟新增硬盘，所以首先将虚拟机关闭，然后在存储里再次新增一块5GB的硬盘。然后分区等等操作，这里不再赘述。

9.2 向RAID 中新加一块硬盘

# mdadm /dev/md5 -a /dev/sdj1

查看此时的RAID 状态

默认情况下，我们向RAID 中增加的磁盘，会被默认当作热备盘，我们需要把热备盘加入到RAID 的活动盘中。

9.3 热备盘转换成活动盘

# mdadm -G /dev/md5 -n4

查看此时RAID 状态

/dev/sdj1 已经变成了活动盘，但是Array Size : 10465280 (9.98 GiB 10.72 GB) 并没有变大，这是因为构建没有完成，图中也可以看出Status 为clean, reshaping。

等RAID 完成构建后，RAID的容量就会改变为（4-1）x 5GB，查看进度可以参考Reshape Status，也可以参考/proc/mdstat.

构建完毕后的RAID 状态：

Array Size : 15697920 (14.97 GiB 16.07 GB)，磁盘容量已经增加了。

9.4 扩容文件系统

RAID 构建完毕后，阵列容量增加，但是文件系统还没有增加，这时我们还需要对文件系统进行扩容。

# df –TH

# resize2fs /dev/md5

# df –TH

文件系统已经扩容到15G，而且测试数据正常，未丢失，新增物理硬盘成功。

9.5 修改RAID 配置文件/etc/mdadm.conf

9.6 reboot 测试

重启系统后，一切正常，Linux下配置软RAID成功。

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