RAID技術(shù)在Linux系統(tǒng)中的研究與實(shí)現(xiàn)

高源

摘 要：RAID技術(shù)的合理運(yùn)用，可以有效利用磁盤的空間，提高服務(wù)器的數(shù)據(jù)容錯(cuò)能力，企業(yè)通過Linux系統(tǒng)就可以靈活的實(shí)現(xiàn)RAID陣列。本文從初學(xué)者的角度出發(fā)，在Linux環(huán)境中，研究了如何使用RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余和容錯(cuò)。

關(guān)鍵詞：RAID；冗余；容錯(cuò)；Linux

1 RAID的簡介

當(dāng)今數(shù)字信息時(shí)代，企業(yè)的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是最寶貴的。因此很多大中型企業(yè)不惜重金投入，購置昂貴的設(shè)備以期獲得較高的訪問速度和較好的安全性。磁盤陣列RAID（價(jià)格便宜具有冗余能力的磁盤陣列）技術(shù)的出現(xiàn)就是為了防止因?yàn)榇疟P故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或者導(dǎo)致系統(tǒng)不正常工作。通過RAID技術(shù)可以將重復(fù)的數(shù)據(jù)保存到多個(gè)磁盤上，采用這種方法降低了丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。常見的RAID分為硬件RAID和軟件RAID兩種，前者由硬件供應(yīng)商提供各種磁盤陣列產(chǎn)品，后者主要是整合在操作系統(tǒng)中的軟件RAID，例如：Linux系統(tǒng)中的RAID功能。

Linux提供了靈活的磁盤管理方式，很多企業(yè)系統(tǒng)管理員由于經(jīng)費(fèi)不足，無法購買相關(guān)的硬件設(shè)備，通過使用Linux系統(tǒng)，就可以用內(nèi)建的磁盤管理功能做到RAID0、RAID1 和RAID5等陣列，使空間分配更加靈活。Linux下的磁盤陣列具有以下特點(diǎn)：

①增加系統(tǒng)的存取速度；②具有冗余容錯(cuò)能力；③有效的利用磁盤利用率，提高了主機(jī)的整體工作性能。

RAID 0也叫帶區(qū)卷，它的最大特點(diǎn)是提供了最佳的讀寫能力。帶區(qū)卷可以在2到32個(gè)磁盤上創(chuàng)建，但不同的是在每個(gè)磁盤上占用空間必須相同。在向卷中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被分割成64KB的數(shù)據(jù)塊，但同時(shí)寫入每一個(gè)磁盤，由于是同時(shí)以相同速度對所有磁盤進(jìn)行寫操作，而且可以通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器共同進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。帶區(qū)卷的缺點(diǎn)是沒有容錯(cuò)能力，一個(gè)成員損壞，整個(gè)卷被破壞。

RAID 1也叫鏡像卷，它的最大特點(diǎn)是提供了冗余容錯(cuò)能力。該卷是在兩個(gè)磁盤上創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)卷，當(dāng)一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，磁盤的工作不會(huì)被中斷。在向鏡像卷中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被同時(shí)向兩個(gè)磁盤分別進(jìn)行寫入，即一份數(shù)據(jù)以兩份拷貝分別在兩個(gè)磁盤上寫入，從而提供數(shù)據(jù)冗余性，這樣當(dāng)一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)被破壞時(shí)，另一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)依然能有效，這種容錯(cuò)能力使應(yīng)用和服務(wù)的可靠性和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。

RAID 5卷的創(chuàng)建至少需要3塊磁盤，該卷具有容錯(cuò)能力。在向卷中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被分割成64KB的數(shù)據(jù)塊單元同時(shí)寫入到磁盤，在每次寫入時(shí)，總會(huì)在一個(gè)磁盤上寫入奇偶校驗(yàn)值，這樣數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)值在3個(gè)或更多的動(dòng)態(tài)磁盤上成交替的帶區(qū)分布。如果卷的某一成員磁盤失效，可以利用其他成員磁盤上的數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)值重新創(chuàng)建實(shí)效磁盤上的那一部分?jǐn)?shù)據(jù)，從而具有一定的故障恢復(fù)功能。

2 RAID軟件工具的安裝

Linux系統(tǒng)中配置動(dòng)態(tài)磁盤管理首先需要查看是否安裝了raid軟件工具包，如果沒有，可以從紅帽網(wǎng)站中下載并安裝，解壓和安裝步驟如下：

⑴解壓軟件工具包 #tar –zxvf raidtools-1.00.3.tar.gz

進(jìn)入解壓后的文件夾 #cd raidtools-1.00.3

⑵raidtools的安裝

配置 #./configure

編譯 # make

安裝 # make install

3 軟件RAID的配置過程

3.1 創(chuàng)建軟件RAID的配置文件/etc/raidtab

# vi /etc/raidtab

Sample raid-5 configuration

配置RAID5 硬件設(shè)備的名稱 raiddev /dev/md0

配置所創(chuàng)建RAID的級別 raid-level 5

配置RAID5的磁盤數(shù)量 nr-raid-disks 3

配置塊大小 chunk-size 4

配置RAID 5冗余磁盤數(shù)量 #nr-spare-disks 0

以下為創(chuàng)建Raid5的磁盤以及磁盤的編號(hào)

第一塊磁盤 device /dev/sdb1

RAID5磁盤一編號(hào) raid-disk 0

第二塊磁盤 device /dev/sdc1

RAID5磁盤二編號(hào) raid-disk 1

第三塊磁盤 device /dev/sdd1

RAID5磁盤三編號(hào) raid-disk 2

3.2 軟件RAID的配置過程

創(chuàng)建設(shè)備文件 # mkraid /dev/md0

顯示RAID設(shè)備狀況及組成 # lsraid -A -a /dev/md0

格式化該設(shè)備文件 # mkfs.ext3 /dev/md0

創(chuàng)建設(shè)備掛載文件 # mkdir /mnt/md0

掛載RAID設(shè)備 # mount /dev/md0 /mnt/md0

顯示該設(shè)備運(yùn)行狀況 # df –lh

Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on

設(shè)備 容量 已用 可用 已用% 掛載點(diǎn)

/dev/sda1 6.0G 2.1G 3.6G 35% /

none 147M 0 147M 0% /dev/shm

/dev/md0 8.9G 33M 8.5G 1% /opt

4 RAID故障演示及重建恢復(fù)

4.1 模擬磁盤sdb出現(xiàn)故障

# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb

4.2 顯示RAID5磁盤系統(tǒng)的重建過程

# mdadm -D /dev/md0

…

正常運(yùn)行的硬盤設(shè)備數(shù) Active Devices：2

工作的硬盤設(shè)備數(shù) Working Devices：3

出故障的硬盤設(shè)備數(shù) Failed Devices：1

剩下的硬盤設(shè)備數(shù) Spare Devices：1

…

Number Major Minor RaidDevice State

0 0 0 - removed

1 8 32 1active sync /dev/sdc //活動(dòng)數(shù)據(jù)盤sdc

2 8 48 2 active sync /dev/sdd //活動(dòng)數(shù)據(jù)盤sdd

3 8 64 0 spare rebuilding /dev/sde //重建數(shù)據(jù)盤sde

4 8 16 - faulty /dev/sdb //出錯(cuò)的數(shù)據(jù)盤sdb

4.3 刪除壞損的設(shè)備和添加新設(shè)備

# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb

# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb

4.4 恢復(fù)正常運(yùn)行的狀態(tài)

# mdadm -D /dev/md0

…

正常運(yùn)行的硬盤設(shè)備數(shù) Active Devices ： 3

工作的硬盤設(shè)備數(shù) Working Devices ： 4

出故障的硬盤設(shè)備數(shù) Failed Devices ： 0

剩下的硬盤設(shè)備數(shù) Spare Devices ： 1

…

Number Major Minor RaidDevice State

0 8 64 0 active sync /dev/sde // 數(shù)據(jù)盤sde取代sdb

1 8 32 1 active sync /dev/sdc //活動(dòng)數(shù)據(jù)盤sdc

2 8 48 2 active sync /dev/sdd //活動(dòng)數(shù)據(jù)盤sdd

3 8 16 - spare /dev/sdb //原來的sdb成為備用設(shè)備狀態(tài)

[參考文獻(xiàn)]

[1]張棟.Red Hat Enterprise Linux服務(wù)器配置與管理.北京：人民郵電出版社，2009.

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[3]王曉超.Linux服務(wù)器搭建完全技術(shù)寶典.北京：中國鐵道出版社， 2010.