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Ubuntu 上创建常用磁盘阵列

来源: 网络整理  作者: Ray-liang

RAID(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列)技术是加州大学伯克利分校1987年提出,最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损 失而开发出一定水平的数据保护技术。RAID就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列,在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID可以充分发 挥出多块硬盘的优势,可以提升硬盘速度,增大容量,提供容错功能够确保数据安全性,易于管理的优点,在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作,不会 受到损坏硬盘的影响。

RAID 为 Redundant Array of Indepent Disks (独立磁盘冗余阵列) 的缩写,其基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来,成为一个硬盘阵列组,使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘。根据选择的版本不同,RAID比单颗硬盘有以下一个或多个方面的好处:增强数据集成度,增强容错功能,增加处理量或容量。另外,磁盘阵列对于电脑来说,看起来就像一个单独的硬盘或逻辑存储单元。最常用的四种RAID为 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 10。

我们将会使用 mdadm 这个Ubuntu上的工具创建和管理磁盘阵列。

必要的准备

如果要查看当前机器上是否具有磁盘阵列的配置(在 /proc/mdstat 文件内),我们可以打以下的指令:

$ cat /proc/mdstat
> Output
> Personalities : [raid0] [linear] [multipath] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10] 
> md0 : active raid0 sdc[1] sdd[0]
>       209584128 blocks super 1.2 512k chunks
>
>            unused devices: <none>

从文件系统中卸载磁盘阵列:

$ sudo umount /dev/md0

然后,暂停并移除此磁盘阵列:

$ sudo mdadm --stop /dev/md0
$ sudo mdadm --remove /dev/md0

查出磁盘的结构的指令:

$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
输出
NAME     SIZE FSTYPE            TYPE MOUNTPOINT
sda      00G                   disk 
sdb      00G                   disk 
sdc      00G linux_raid_member disk 
sdd      00G linux_raid_member disk 
vda       0G                   disk 
├─vda1    0G ext4              part /
└─vda15    M                   part 

如果发现我们的磁盘已经做过阵列,我们需要重置它们的超级块(Superblock),使其正常化:

$ sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdc
$ sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdd

你应该删除所有的阵列相关的引用设置,例如在 /etc/fstab 文件内自动挂载设置

$ sudo nano /etc/fstab
# /etc/fstab
. . .
# 将这行注释,否则会引至启动失败
# /dev/md0 /mnt/md0 ext4 defaults,nofail,discard 0 0

当然,你还需要在阵列定义文件 /etc/mdadm/mdadm.conf 内移除原有的阵列设置

sudo nano /etc/mdadm/mdadm.conf
# /etc/mdadm/mdadm.conf
. . .

# 注释阵列设置
# ARRAY /dev/md0 metadata=1.2 name=mdadmwrite:0 UUID=7261fb9c:976d0d97:30bc63ce:85e76e91

最后更新 initramfs 系统:

sudo update-initramfs -u

OK,此时一切回到没有阵列的普通磁盘状态了,我们就可以开始以下的尝试了。

Initramfs 初始 ram 文件系统基于 'tmpfs ' (大小灵活、 内存中的轻量级文件系统),但是他并不是一个单独的块设备 (所以没有缓存和所有额外的开销)。就像 initrd,它包含的工具和脚本在被称为真正的根文件系统上的二进制文件 init启动之前被挂载 。这些工具可以解密抽象层 (用于加密的文件系统),逻辑卷管理器,软件 raid,蓝牙驱动程序基于文件系统的装载机等。

格式化

在格式化过程中有一个点大家要注意的是,由于现在的硬盘容量越来越大,fdisk 只能硬式化2T以内的硬盘,如果你想用两个3T的硬盘做阵列那么还是用Parted GPT吧:

$ sudo parted /dev/sdb

这个指令按照向导来做就好了,过程极其简单。将格式做成 ext4 就可以了。

RAID 0

RAID 0 即Data Stripping(数据分条技术)。整个逻辑盘的数据是被分条(stripped)分布在多个物理磁盘上,可以并行读/写,提供最快的速度,但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过RAID 0可以获得更大的单个逻辑盘的容量,且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。RAID 0首先考虑的是磁盘的速度和容量,忽略了安全,只要其中一个磁盘出了问题,那么整个阵列的数据都会不保了。

在开始之前我们还是先用 lsblk 查看一下磁盘的状态:

$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
Output
NAME     SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda      00G        disk
sdb      00G        disk
vda       0G        disk 
├─vda1    0G ext4   part /
└─vda15    M        part

创建阵列

$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sda /dev/sdb

检查磁盘阵列的状态:

$ cat /proc/mdstat
Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10] 
md0 : active raid0 sdb[1] sda[0]
      209584128 blocks super 1.2 512k chunks

            unused devices: <none>

RAID 1

两组以上的N个磁盘相互作镜像,在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度,理论上读取速度等于硬盘数量的倍数,另外写入速度有微小的降低。只要一个磁盘正常即可维持运作,可靠性最高。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘(物理)损坏时,镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份,所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但无论用多少磁盘做RAID 1,仅算一个磁盘的容量,是所有RAID中磁盘利用率最低的一个级别。

  • 磁盘利用率为50%。也就是说,如果我们有两个磁盘每个500GB,总共是1TB,但在镜像中它只会显示500GB。
  • 在镜像如果一个磁盘发生故障不会有数据丢失,因为两个磁盘中的内容相同。
  • 读取性能会比写入性能更好。

创建 RAID 1 至少要有两个磁盘,你也可以添加更多的磁盘,磁盘数需为2,4,6,8等偶数。要添加更多的磁盘,你的系统必须有 RAID 物理适配器(硬件卡)。

这里,我们使用软件 RAID 不是硬件 RAID,如果你的系统有一个内置的物理硬件 RAID 卡,你可以从它的功能界面或使用 Ctrl + I 键来访问它。

创建阵列

$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sda /dev/sdb

RAID 5

RAID Level 5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(硬盘分区)技术。RAID 5至少需要三块硬盘,RAID 5不是对存储的数据进行备份,而是把数据和���对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5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。RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障,但保障程度要比镜像低而磁盘空间利用率要比镜像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度,只是因为多了一个奇偶校验信息,写入数据的速度相对单独写入一块硬盘的速度略慢,若使用“回写缓存”可以让性能改善不少。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息,RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高,存储成本相对较便宜。

$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
NAME     SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda      00G        disk
sdb      00G        disk
sdc      00G        disk
vda       0G        disk 
├─vda1    0G ext4   part /
└─vda15    M        part

创建RAID 5阵列

$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc

RAID 6

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。RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间和额外的校验计算,相对于RAID 5有更大的IO操作量和计算量,其“写性能”强烈取决于具体的实现方案,因此RAID6通常不会通过软件方式来实现,而更可能通过硬件/固件方式实现。

同一数组中最多容许两个磁盘损坏。更换新磁盘后,数据将会重新算出并写入新的磁盘中。依照设计理论,RAID 6必须具备四个以上的磁盘才能生效。

$ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT
NAME     SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda      00G        disk
sdb      00G        disk
sdc      00G        disk
sdd      00G        disk
vda       0G        disk 
├─vda1    0G ext4   part /
└─vda15    M        part

创建阵列

$ sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=6 --raid-devices=4 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

RAID 10

RAID 10是先镜射再分区数据,再将所有硬盘分为两组,视为是RAID 0的最低组合,然后将这两组各自视为RAID 1运作。

RAID 10(又叫RAID 1+0)特点:

  • 最少需要4块磁盘
  • 先按RAID 0分成两组,再分别对两组按RAID 1方式镜像
  • 兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布)
  • 在实际应用中较为常用

    $ lsblk -o NAME,SIZE,FSTYPE,TYPE,MOUNTPOINT

NAME     SIZE FSTYPE TYPE MOUNTPOINT
sda      00G        disk
sdb      00G        disk
sdc      00G        disk
sdd      00G        disk
vda       0G        disk 
├─vda1    0G ext4   part /
└─vda15    M        part

创建阵列

sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

挂载文件系统

下一步,在阵列上创建文件系统:

$ sudo mkfs.ext4 -F /dev/md0

在文件系统上创建挂载点的文件夹

$ sudo mkdir -p /mnt/md0

挂载阵列至挂载点文件夹上

$ sudo mount /dev/md0 /mnt/md0

检查是否已具有新的磁盘空间:

$ df -h -x devtmpfs -x tmpfs
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/vda1        20G  1.1G   18G   6% /
/dev/md0        197G   60M  187G   1% /mnt/md0

现在文件系统已经成载挂载将可以访问了。

开机自动挂载

为了确保阵列开机时被载入,我们应该调整一下 /etc/mdadm/mdadm.conf 的配置文件,我可以加以下的指令使系统在启动自检时扫描磁盘阵列的详细信息:

$ sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf

另外,你可以更新 initfamfs 或者初始化RAM文件系统,这样一来阵列会在启动前就可以生效:

$ sudo update-initramfs -u

最重要的一点是一定要在 /etc/fstab 配置文件内加入自动挂载的设置:

$ echo '/dev/md0 /mnt/md0 ext4 defaults,nofail,discard 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

这样 ubuntu 启动后就会自动将磁盘阵列挂入了。

另外,如果没有设置自动挂载,在系统重启后或磁盘名称更改(插入其它硬盘会导致盘名变更的)例如 /dev/md0 变成了 /dev/md127 就可能会出现磁盘不能被挂载的问题,此时切记重新创建阵列,因这将会毁掉你的一切!重新手工挂载一下就OK了:

$ sudo mount /dev/md127 /mnt/md0

Tags:磁盘阵列 常用
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