RAID(Redundant Array of Independent Disks)即独立磁盘冗余阵列,是一种把多个独立的物理磁盘按不同的方式组合起来形成一个逻辑磁盘阵列的技术,以下是详细介绍:
一、RAID 的主要目的
1、提高性能
通过数据条带化(Data Striping)来实现。例如,在 RAID 0 中,数据被分割成块,并分布在多个磁盘上。当需要读取或写入数据时,多个磁盘可以同时工作。假设我们有一个 4 - disk 的 RAID 0 阵列,要读取一个大文件,系统可以同时从 4 个磁盘上读取数据块,这就大大提高了数据传输速率,类似于多车道的高速公路,比单车道能允许更多的车辆(数据)同时通过,有效提升了存储系统的 I/O 性能。
2、提供数据冗余
部分 RAID 级别采用镜像(Mirroring)或奇偶校验(Parity)的方法来保障数据的安全性。在 RAID 1 中,数据被完全复制到另一个磁盘上,形成镜像。例如,有两个磁盘组成的 RAID 1 阵列,当一个磁盘上的数据损坏时,可以从另一个磁盘中获取完整的数据,就像我们有一份重要文件的备份一样。而在 RAID 5 等级别中,通过奇偶校验信息来恢复丢失的数据。如果一个磁盘出现故障,利用剩余磁盘中的数据和奇偶校验信息可以重建丢失的数据。
二、常见的 RAID 级别及其特点
1、RAID 0
优点:具有很高的读写性能,因为数据条带化将数据分布在多个磁盘上,能够充分利用多个磁盘的 I/O 带宽。例如,在数据库应用中的频繁读写操作场景下,RAID 0 可以快速响应数据请求。
缺点:没有数据冗余功能。如果阵列中的任何一个磁盘出现故障,整个阵列的数据都会丢失。就好像一座没有备份支撑的桥梁,一旦某个关键部分损坏,整座桥(数据)就无法正常使用。
2、RAID 1
优点:数据安全性高,由于数据完全镜像,只要有一个磁盘正常工作,数据就不会丢失。适合存储重要的数据,如企业的财务数据、核心业务系统的数据等。
缺点:存储利用率只有 50%,因为数据是完全复制的。例如,使用两个 1TB 的磁盘组成 RAID 1 阵列,实际可用的存储空间只有 1TB。
3、RAID 5
优点:它结合了数据条带化和奇偶校验。存储利用率较高,为(n 为磁盘数量)。例如,在一个由 3 个磁盘组成的 RAID 5 阵列中,存储利用率为 2/3。同时,它能够容忍一个磁盘故障,在故障发生后,可以通过剩余磁盘中的数据和奇偶校验信息恢复数据。
缺点:写入性能相对较低,因为每次写入数据时都需要计算和更新奇偶校验信息。而且如果同时有两个或更多磁盘出现故障,数据将会丢失。
4、RAID 6
优点:与 RAID 5 类似,但能容忍两个磁盘同时发生故障。它通过使用两个独立的奇偶校验方案来提供更高的数据可靠性。在一些对数据安全性要求极高的环境,如数据中心存储海量重要数据时很有优势。
缺点:写入性能比 RAID 5 还要低一些,因为需要计算和更新两个奇偶校验块,而且存储利用率也相对较低。
三、RAID 的应用场景
1、企业服务器存储
企业的文件服务器、数据库服务器等通常会采用 RAID 技术。例如,对于数据库服务器,为了保证数据的高可用性和高性能,可能会选择 RAID 5 或者 RAID 6 来存储数据,这样即使一个或两个磁盘出现故障,也能保证数据库的正常运行,减少数据丢失的风险,同时还能满足大量用户对数据的读写请求。
2、存储区域网络(SAN)和网络附属存储(NAS)
在这些存储系统中,RAID 技术被广泛应用来管理大量的存储磁盘。例如,在一个中型企业的 NAS 设备中,通过使用 RAID 阵列,可以有效地组织和保护存储的文件数据,为企业内部用户提供可靠的文件共享服务。
四、实验,以下实验为RAID5技术
前期准备四块及以上磁盘
1、使用lsblk命令查看本机磁盘数量
lsblk
结果如下:
2、创建RAID5
mdadm -C /dev/md0 -l5 -n3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}
其中,-C 是创建RAID设备,-l 是RAID的等级,-n 是RAID的成员数量,-x 是热备盘的数量。
3、格式化磁盘md0
mkfs.ext4 /dev/md0
4、创建挂载目录,以raid5为例
mkdir /mnt/raid5
5、将磁盘挂载到目录/mnt/raid上
mount /dev/md0 /mnt/raid5/
6、使用命令查看挂载情况
df -Th
结果如下:
7、查看md0的详细信息
mdadm -D /dev/md0
结果如下:
8、模拟其中一块磁盘损坏,热备盘会及时顶替进行重建
mdadm /dev/md0 -f /dev/sdd -r /dev/sdd
其中,-f 为模拟磁盘sdd损坏;-r 为移除损坏的sdd盘。结果如下图:
重建成功将会变成active状态:
以上实验完成。