磁盤陣列

磁盤陣列

磁盤陣列（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。

         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

         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。

 

RAID幾種常見的類型

RAID類型		最低磁盤個數	空間利用率	各自的優缺點
級 別	說 明
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（至關於複製）：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相對於單個磁盤優勢：容量大、性能高、可靠性高

 

RAID-0的工做原理

條帶卷 （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)

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。

 

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。

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Raid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

 

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：-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

-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 files

ystem 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

2.加載MBR到內存

3.GRUB階段

4.加載內核和initramfs模塊

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。