RAID磁盤陣列及CentOS7系統啓動流程（week2_day3）--技術流ken

時間  2019-11-15
標籤 raid 磁盤 陣列 centos7 centos 系統 啓動 流程 week2 week day3 day 技術 ken 欄目 存儲 简体版
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RAID概念

 

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有「獨立磁盤構成的具備冗餘能力的陣列」之意。 磁盤陣列是由不少價格較便宜的磁盤，以硬件（RAID卡）或軟件（MDADM）形式組合成一個容量巨大的磁盤組，利用多個磁盤組合在一塊兒，提高整個磁盤系統效能。利用這項技術，將數據切割成許多區段，分別存放在各個硬盤上。 磁盤陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數組中任意一個硬盤故障時，仍可讀出數據，在數據。html

         注：RAID能夠預防數據丟失，可是它並不能徹底保證你的數據不會丟失，因此你們使用RAID的同時仍是注意備份重要的數據node

         RAID的建立有兩種方式：軟RAID（經過操做系統軟件來實現）和硬RAID（使用硬件陣列卡）；瞭解raid一、raid5和raid10。不過隨着雲的高速發展，供應商通常能夠把硬件問題解決掉。linux

 

RAID幾種常見的類型面試

RAID類型centos

最低磁盤個數數組

空間利用率安全

各自的優缺點服務器

級 別併發

說 明app

RAID0

條帶卷

2+

100%

讀寫速度快，不容錯

RAID1

鏡像卷

2

50%

讀寫速度通常，容錯

RAID5

帶奇偶校驗的條帶卷

3+

(n-1)/n

讀寫速度快，容錯，容許壞一塊盤

RAID10

RAID1的安全+RAID0的高速

4

50%

讀寫速度快，容錯

 

RAID基本思想：把好幾塊硬盤經過必定組合方式把它組合起來，成爲一個新的硬盤陣列組，從而使它可以達到高性能硬盤的要求

 

RAID有三個關鍵技術：

 

鏡像：提供了數據的安全性；

條帶（塊大小也能夠說是條帶的粒度），它的存在的就是提供了數據併發性

數據的校驗：提供了數據的安全

 

Raid相對於單個磁盤優勢：

 

 

 

RAID-0的工做原理

條帶 （strping），也是咱們最先出現的RAID模式

需磁盤數量:2塊以上(大小最好相同)，是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只須要2塊以上的硬盤便可.

特色:成本低，能夠提升整個磁盤的性能。RAID 0沒有提供冗餘或錯誤修復能力，速度快.

任何一個磁盤的損壞將損壞所有數據；磁盤利用率爲100%。

 

 

RAID-1

mirroring（鏡像卷），須要磁盤兩塊以上

原理:是把一個磁盤的數據鏡像到另外一個磁盤上，也就是說數據在寫入一塊磁盤的同時，會在另外一塊閒置的磁盤上生成鏡像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（鏡像卷），至少須要兩塊硬盤

磁盤利用率爲50%，即2塊100G的磁盤構成RAID1只能提供100G的可用空間。以下圖

 

 

RAID-5

須要三塊或以上硬盤，能夠提供熱備盤實現故障的恢復；只損壞一塊，沒有問題。但若是同時損壞兩塊磁盤，則數據將都會損壞。 空間利用率： (n-1)/n   2/3  以下圖所示

 

 

奇偶校驗信息的做用:

當RAID5的一個磁盤數據發生損壞後，利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。

 

擴展：異或運算

所謂的「奇偶校驗」能夠簡單理解爲二進制運算中的「異或運算」，一般用 xor 標識。

深刻淺出解釋 <wbr>raid <wbr>5 <wbr>恢復數據的原理

    最左邊的是原始數據，右邊分別是三塊硬盤，假設第二塊硬盤出了故障，經過第一塊硬盤上的 1 和第三塊硬盤上的 1 xor 2，就可以還原出 2。同理能夠還原出 3 和 8。至於 5 xor 6 則更簡單了，直接用 5 和 6 運算出來便可。
    一句話解釋 raid 5 的數據恢復原理就是：都是用公式算出來的。

 

   嵌套RAID級別

RAID-10鏡像+條帶

         RAID 10是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID1鏡像對，第二級爲RAID 0。好比咱們有8塊盤，它是先兩兩作鏡像，造成了新的4塊盤，而後對這4塊盤作RAID0；當RAID10有一個硬盤受損其他硬盤會繼續工做，這個時候受影響的硬盤只有2塊

 

 

RAID硬盤失效處理

 

通常兩種處理方法：熱備和熱插拔

熱備：HotSpare

定義：當冗餘的RAID組中某個硬盤失效時，在不干擾當前RAID系統的正常使用的狀況下，用RAID系統中另一個正常的備用硬盤自動頂替失效硬盤，及時保證RAID系統的冗餘性

全局式：備用硬盤爲系統中全部的冗餘RAID組共享

專用式：備用硬盤爲系統中某一組冗餘RAID組專用

以下圖所示：是一個全局熱備的示例，該熱備盤由系統中兩個RAID組共享，可自動頂替任何一個RAID中的一個失效硬盤

 

 

熱插拔：HotSwap

定義：在不影響系統正常運轉的狀況下，用正常的物理硬盤替換RAID系統中失效硬盤。

 

 

RAID-0-1-5-10搭建及使用-刪除RAID及注意事項

 

RAID的實現方式

面試題：咱們作硬件RAID，是在裝系統前仍是以後？ 

答：先作陣列才裝系統 ，通常服務器啓動時，有顯示進入配置Riad的提示。

硬RAID：須要RAID卡，咱們的磁盤是接在RAID卡的，由它統一管理和控制。數據也由它來進行分配和維護；它有本身的cpu，處理速度快

軟RAID：經過操做系統實現

 

Mdadm命令詳解

 

Linux內核中有一個md(multiple devices)模塊在底層管理RAID設備，它會在應用層給咱們提供一個應用程序的工具mdadm ，mdadm是linux下用於建立和管理軟件RAID的命令。

 

mdadm命令常見參數解釋：

參數

 做用

-a                                                    

檢測設備名稱

添加磁盤                                                                                           

-n

 指定設備數量

-l

 指定RAID級別                                                              

-C

 建立

-v

 顯示過程

-f

 模擬設備損壞

-r

 移除設備

-Q

 查看摘要信息

-D

 查看詳細信息

-S

 中止RAID磁盤陣列

 

互動： raid5須要3塊硬盤。  那麼使用4塊硬盤，能夠作raid5嗎？

能夠的

 

實戰搭建raid10陣列

 

新添加4塊硬盤

 

 

第一步：查看磁盤

[root@ken ~]# ls /dev/sd*
/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：下載mdadm

[root@ken ~]# yum install mdadm -y

 

第三步：建立raid10陣列

[root@ken ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 4 -l 10 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

 

第四步：格式磁盤陣列爲ext4

[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
mapper/ mcelog  md0     mem     midi    mqueue/ 
[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
2621440 inodes, 10477056 blocks
523852 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2157969408
320 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
    4096000, 7962624

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

 

第五步：掛載

[root@ken ~]# mkdir /raid10
[root@ken ~]# mount /dev/md0 /raid10
[root@ken ~]# df -h
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos-root   17G  1.2G   16G   7% /
devtmpfs                 224M     0  224M   0% /dev
tmpfs                    236M     0  236M   0% /dev/shm
tmpfs                    236M  5.6M  230M   3% /run
tmpfs                    236M     0  236M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               1014M  130M  885M  13% /boot
tmpfs                     48M     0   48M   0% /run/user/0
/dev/md0                  40G   49M   38G   1% /raid10

 

第六步：查看/dev/md0的詳細信息

[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:11:41 2019
             State : clean, resyncing 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

     Resync Status : 96% complete

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 26

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync set-A   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

 

第七步：寫入到配置文件中

[root@ken ~]# echo "/dev/md0 /raid10 ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

 

損壞磁盤陣列及修復

 

之因此在生產環境中部署RAID 10磁盤陣列，是爲了提升硬盤存儲設備的讀寫速度及數據的安全性，但因爲咱們的硬盤設備是在虛擬機中模擬出來的，所以對讀寫速度的改善可能並不直觀。

在確認有一塊物理硬盤設備出現損壞而不能繼續正常使用後，應該使用mdadm命令將其移除，而後查看RAID磁盤陣列的狀態，能夠發現狀態已經改變。

 

第一步：模擬設備損壞

[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:15:59 2019
             State : clean, degraded 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 30

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       -       0        0        0      removed
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

 

第二步：添加新的磁盤

在RAID 10級別的磁盤陣列中，當RAID 1磁盤陣列中存在一個故障盤時並不影響RAID 10磁盤陣列的使用。當購買了新的硬盤設備後再使用mdadm命令來予以替換便可，在此期間咱們能夠在/RAID目錄中正常地建立或刪除文件。因爲咱們是在虛擬機中模擬硬盤，因此先重啓系統，而後再把新的硬盤添加到RAID磁盤陣列中。

[root@ken ~]# reboot
[root@ken ~]# umount /raid10
[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdb
[root@ken ~]# mdadm -D  /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:19:14 2019
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 7% complete                                      #這裏顯示重建進度

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 35

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       8       16        0      spare rebuilding   /dev/sdb    #rebuilding重建中
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

 

再次查看發現已經構建完畢

[root@ken ~]# mdadm -D  /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 2019
        Raid Level : raid10
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 4
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:20:52 2019
             State : clean 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 51

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       8       16        0      active sync set-A   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync set-B   /dev/sdc
       2       8       48        2      active sync set-A   /dev/sdd
       3       8       64        3      active sync set-B   /dev/sde

 

實戰搭建raid5陣列+備份盤

 

爲了不多個實驗之間相互發生衝突，咱們須要保證每一個實驗的相對獨立性，爲此須要你們自行將虛擬機還原到初始狀態。另外，因爲剛纔已經演示了RAID 10磁盤陣列的部署方法，咱們如今來看一下RAID 5的部署效果。部署RAID 5磁盤陣列時，至少須要用到3塊硬盤，還須要再加一塊備份硬盤，因此總計須要在虛擬機中模擬4塊硬盤設備。

 

第一步：查看磁盤

[root@ken ~]# ls /dev/sd*
/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：建立RAID5陣列

[root@ken ~]# mdadm  -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

 

第三步：格式化爲ext4

[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
2621440 inodes, 10477056 blocks
523852 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=0
Maximum filesystem blocks=2157969408
320 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks: 
    32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
    4096000, 7962624

Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

 

第四步：掛載

[root@ken ~]# mount /dev/md0 /raid5
[root@ken ~]# df -h
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos-root   17G  1.2G   16G   7% /
devtmpfs                 476M     0  476M   0% /dev
tmpfs                    488M     0  488M   0% /dev/shm
tmpfs                    488M  7.7M  480M   2% /run
tmpfs                    488M     0  488M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               1014M  130M  885M  13% /boot
tmpfs                     98M     0   98M   0% /run/user/0
/dev/md0                  40G   49M   38G   1% /raid5

 

第五步：查看陣列信息

能夠發現有一個備份盤/dev/sde

[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:35:10 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:37:11 2019
             State : active 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : b693fe72:4452bd3f:4d995779:ee33bc77
            Events : 76

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       3       8       64        -      spare   /dev/sde

 

第六步：模擬/dev/sdb磁盤損壞

能夠發現/dev/sde備份盤當即開始構建

[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:35:10 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:38:41 2019
             State : active, degraded, recovering 
    Active Devices : 2
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 2% complete

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : b693fe72:4452bd3f:4d995779:ee33bc77
            Events : 91

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       3       8       64        0      spare rebuilding   /dev/sde
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

 

centos7系統啓動過程及相關配置文件

 

1.uefi或BIOS初始化，開始post(power on self test)開機自檢
這個過程是開機後，BIOS或UEFI進行硬件檢查的階段。

 

2.加載MBR到內存

自檢硬件沒有問題時候，這裏以BIOS爲例，BIOS將會直接找硬盤的第一個扇區，找到前446字節，將MBR加載到內存中，MBR將告訴程序下一階段去哪裏找系統的grub引導。此階段屬於grub第一階段。grub還有1.5階段和2階段。

 

3.GRUB階段

grub第1.5和第2階段，信息默認存放在扇區中，若是使用grub-install生成的第2階段的文件是存放在/boot分區中的。

爲了加載內核系統，不得不加載/boot分區，而加載/boot分區，要有/boot分區的驅動，/boot分區驅動是放在/boot分區中的啊，咱們好像進入死循環了，Linux是怎麼解決的呢？就是靠放在1.5階段中的數據，放在第一個扇區後的後續扇區中，第1.5階段和2階段總共27個扇區。

第1.5階段：mbr以後的扇區，識別stage2所在的分區上的文件系統。

第2階段：開機啓動的時候看到Grub選項、信息，還有修改GRUB背景等功能都是stage2提供的，stage2會去讀入/boot/grub/grub.conf或者menu.lst等配置文件。

 

4.加載內核和initramfs模塊

加載內核，核心開始解壓，啓動一些最核心的程序。

爲了讓內核足夠的輕小，硬件驅動並沒放在內核文件裏面。

5.內核開始初始化，使用systemd來代替centos6之前的init程序

(1)執行initrd.target

包括掛載/etc/fstab文件中的系統,此時掛載後，就能夠切換到根目錄了

(2)從initramfs根文件系統切換到磁盤根目錄

(3)systemd執行默認target配置

centos7表面是有「運行級別」這個概念，其實是爲了兼容之前的系統，每一個所謂的「運行級別」都有對應的軟鏈接指向，默認的啓動級別時/etc/systemd/system/default.target,根據它的指向能夠找到系統要進入哪一個模式 
模式：

0 ==> runlevel0.target, poweroff.target
1 ==> runlevel1.target, rescue.target
2 ==> runlevel2.target, multi-user.target
3 ==> runlevel3.target, multi-user.target
4 ==> runlevel4.target, multi-user.target
5 ==> runlevel5.target, graphical.target
6 ==> runlevel6.target, reboot.target
(4)systemd執行sysinit.target

有沒有很眼熟？是的，在CentOS6上是被叫作rc.sysint程序，初始化系統及basic.target準備操做系統

(5)systemd啓動multi-user.target下的本機與服務器服務

(6)systemd執行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local

6.Systemd執行multi-user.target下的getty.target及登陸服務

getty.target咱們也眼熟，它是啓動終端的systemd對象。若是到此步驟，系統沒有被指定啓動圖形桌面，到此就能夠結束了，若是要啓動圖形界面，須要在此基礎上啓動桌面程序

7.systemd執行graphical須要的服務

CentOS6，7啓動區別

系統啓動和服務器守護進程管理器，它不一樣於centos5的Sysv init，centos6的Upstart（Ubuntu製做出來），systemd是由Redhat的一個員工首先提出來的，它在內核啓動後，服務什麼的全都被systemd接管，kernel只是用來管理硬件資源，至關於內核被架空了，所以linus很不滿意Redhat這種作法。

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