RAID的类型以及在Linux上组RAID

2022-01-14

本文将介绍RAID的类型，并在Linux系统上组软RAID。
本文参考：

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/RAID

https://raid.wiki.kernel.org/index.php/A_guide_to_mdadm

https://computingforgeeks.com/configuring-raid-storage-on-centos-linux/

https://wiki.debian.org/SoftwareRAID

http://www.gienginali.idv.tw/modules/tad_book3/page.php?tbsn=7&tbdsn=236

https://iter01.com/270127.html

一、RAID简介

RAID全称Redundant Array of Independent Disks，独立硬盘冗余阵列。

简单来说，RAID把多个硬盘组合成为一个逻辑硬盘，因此，操作系统只会把它当作一个实体硬盘。RAID常被用在服务器电脑上，并且常使用完全相同的硬盘作为组合。

RAID分为两种硬RAID和软RAID

软RAID：损耗CPU资源，价格低。
- 基于主板芯片组的RAID功能
- 硬件辅助RAID，通过驱动使用CPU运算
- 操作系统内置RAID功能
硬RAID：性能高，不占资源，不依赖操作系统。断电后使用备份电池以及非易失性存储器保存硬盘日志。

二、RAID类型

1.RAID0（常用）

raid0

RAID 0既没有冗余功能，也不具备容错能力。

速度是最快的，读写时都可以并行处理。

RAID0的容量计算公式：

raid0_size

2.RAID1（常用）

raid1

RAID1的磁盘互为镜像，读取速度快，与RAID0相同。写入速度微小降低。

利用率最低，安全性最好。

RAID1的容量计算公式：

raid1_size

3.RAID2

RAID0改进版，使用汉明码纠错。

4.RAID3

数据交错存储

5.RAID4

块交织技术

6.RAID5（常用）

raid5

是一种储存性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。它使用的是Disk Striping（硬盘分割）技术。

至少需要三个硬盘，使用奇偶校验，并且存放在不同的磁盘上。

当RAID 5的一个磁盘数据发生损坏后，可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

RAID5的容量计算公式：

raid5_size

7.RAID6（常用）

raid6

与RAID 5相比，RAID 6增加第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，任意两块磁盘同时失效时不会影响数据完整性。

通常通过硬件方式实现。RAID 6至少需要四个硬盘。

RAID6的容量计算公式：

raid6_size

8.RAID10（常用）

raid10_size

综合RAID 0/1优点，理论速度较快，可靠性高。

RAID10与RAID01的区别

当RAID 10有一个硬盘受损，其余硬盘会继续运作。RAID 01只要有一个硬盘受损，同组RAID 0的所有硬盘都会停止运作，只剩下其他组的硬盘运作，可靠性较低。

raid01_size

三、在Linux上组建软RAID

1.mdadm命令

https://man7.org/linux/man-pages/man8/mdadm.8.html

2.mkfs命令

用于在特定的分区上建立 linux 文件系统。

#在 /dev/hda5 上建一个 msdos 的档案系统，同时检查是否有坏轨存在，并且将过程详细列出来
mkfs -V -t msdos -c /dev/hda5

mkfs -t ext3 /dev/sda6 #将sda6分区格式化为ext3格式

mkfs -v #显示版本信息和使用方法

3.实验环境

在虚拟机中新建5块128M的磁盘。

┌──(shilela㉿kali)-[~]
└─$ sudo fdisk -l 
Disk /dev/sdb: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors

Disk /dev/sdf: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors

Disk /dev/sde: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors

Disk /dev/sdd: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors

Disk /dev/sdc: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors

Disk /dev/sda: 64 GiB, 68719476736 bytes, 134217728 sectors

Device     Boot     Start       End   Sectors  Size Id Type
/dev/sda1  *         2048 132216831 132214784   63G 83 Linux
/dev/sda2       132218878 134215679   1996802  975M  5 Extended
/dev/sda5       132218880 134215679   1996800  975M 82 Linux swap / Solaris

4.组软RAID0后移除

5.组软RAID1并模拟损坏恢复后移除

$ sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc
mdadm: Note: this array has metadata at the start and
    may not be suitable as a boot device.  If you plan to
    store '/boot' on this device please ensure that
    your boot-loader understands md/v1.x metadata, or use
    --metadata=0.90
Continue creating array? y
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.

$ sudo mkfs.ext4 /dev/md0
mke2fs 1.46.5 (30-Dec-2021)
Creating filesystem with 130048 1k blocks and 32512 inodes
Filesystem UUID: f2afc360-01bd-4a1e-9d38-4decbc425b39
Superblock backups stored on blocks: 
        8193, 24577, 40961, 57345, 73729

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (4096 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

1
2
3

$ mdadm --query /dev/sdb
/dev/sdb: is not an md array
/dev/sdb: device 0 in 2 device active raid1 /dev/md0.  Use mdadm --examine for more detail.

$ sudo mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 17 15:02:04 2022
        Raid Level : raid1
        Array Size : 130048 (127.00 MiB 133.17 MB)
     Used Dev Size : 130048 (127.00 MiB 133.17 MB)
      Raid Devices : 2
     Total Devices : 2
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 17 15:02:25 2022
             State : clean 
    Active Devices : 2
   Working Devices : 2
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

Consistency Policy : resync

              Name : kali:0  (local to host kali)
              UUID : 217569ad:b4bd324f:5dd71de7:060ffa33
            Events : 18

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc

$ sudo mdadm --examine /dev/sdb
/dev/sdb:
          Magic : a92b4efc
        Version : 1.2
    Feature Map : 0x0
     Array UUID : 217569ad:b4bd324f:5dd71de7:060ffa33
           Name : kali:0  (local to host kali)
  Creation Time : Thu Feb 17 15:02:04 2022
     Raid Level : raid1
   Raid Devices : 2

 Avail Dev Size : 260096 sectors (127.00 MiB 133.17 MB)
     Array Size : 130048 KiB (127.00 MiB 133.17 MB)
    Data Offset : 2048 sectors
   Super Offset : 8 sectors
   Unused Space : before=1968 sectors, after=0 sectors
          State : clean
    Device UUID : 04b490fa:c149b144:d30cfed2:665203fb

    Update Time : Thu Feb 17 15:02:25 2022
  Bad Block Log : 512 entries available at offset 16 sectors
       Checksum : fbbc3578 - correct
         Events : 18


   Device Role : Active device 0
   Array State : AA ('A' == active, '.' == missing, 'R' == replacing)

$ lsblk
NAME   MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE  MOUNTPOINTS
sda      8:0    0   64G  0 disk  
├─sda1   8:1    0   63G  0 part  /
├─sda2   8:2    0    1K  0 part  
└─sda5   8:5    0  975M  0 part  [SWAP]
sdb      8:16   0  128M  0 disk  
└─md0    9:0    0  127M  0 raid1 
sdc      8:32   0  128M  0 disk  
└─md0    9:0    0  127M  0 raid1

$ cat /proc/mdstat         
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10] 
      
md0 : active raid1 sdc[1] sdb[0]
      130048 blocks super 1.2 [2/2] [UU]