在Linux下使用RAID（一）：RAID的级别和概念介绍

红太狼 2022-08-08 14:42 240阅读 0赞

RAID的意思是廉价磁盘冗余阵列，但现在它被称为独立磁盘冗余阵列。本文介绍什么是RAID和在实际环境大多采用哪个级别的RAID。

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RAID 的意思是廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），但现在它被称为独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Drives）。早先一个容量很小的磁盘都是非常昂贵的，但是现在我们可以很便宜的买到一个更大的磁盘。Raid 是一系列放在一起，成为一个逻辑卷的磁盘集合。

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在 Linux 中理解 RAID 设置

RAID 包含一组或者一个集合甚至一个阵列。使用一组磁盘结合驱动器组成 RAID 阵列或 RAID 集。将至少两个磁盘连接到一个 RAID 控制器，而成为一个逻辑卷，也可以将多个驱动器放在一个组中。一组磁盘只能使用一个 RAID 级别。使用 RAID 可以提高服务器的性能。不同 RAID 的级别，性能会有所不同。它通过容错和高可用性来保存我们的数据。

这个系列被命名为“在 Linux 下使用 RAID”，分为9个部分，包括以下主题：

*  第1部分：介绍 RAID 的级别和概念
 *  第2部分：在Linux中如何设置 RAID0（条带化）
 *  第3部分：在Linux中如何设置 RAID1（镜像化）
 *  第4部分：在Linux中如何设置 RAID5（条带化与分布式奇偶校验）
 *  第5部分：在Linux中如何设置 RAID6（条带双分布式奇偶校验）
 *  第6部分：在Linux中设置 RAID 10 或1 + 0（嵌套）
 *  第7部分：增加现有的 RAID 阵列并删除损坏的磁盘
 *  第8部分：在 RAID 中恢复（重建）损坏的驱动器
 *  第9部分：在 Linux 中管理 RAID

这是9篇系列教程的第1部分，在这里我们将介绍 RAID 的概念和 RAID 级别，这是在 Linux 中构建 RAID 需要理解的。

### **软件 RAID 和硬件 RAID** ###

软件 RAID 的性能较低，因为其使用主机的资源。 需要加载 RAID 软件以从软件 RAID 卷中读取数据。在加载 RAID 软件前，操作系统需要引导起来才能加载 RAID 软件。在软件 RAID 中无需物理硬件。零成本投资。

硬件 RAID 的性能较高。他们采用 PCI Express 卡物理地提供有专用的 RAID 控制器。它不会使用主机资源。他们有 NVRAM 用于缓存的读取和写入。缓存用于 RAID 重建时，即使出现电源故障，它会使用后备的电池电源保持缓存。对于大规模使用是非常昂贵的投资。

硬件 RAID 卡如下所示：

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硬件 RAID

#### **重要的 RAID 概念** ####

*  **校验**方式用在 RAID 重建中从校验所保存的信息中重新生成丢失的内容。 RAID 5，RAID 6 基于校验。
 *  **条带化**是将切片数据随机存储到多个磁盘。它不会在单个磁盘中保存完整的数据。如果我们使用2个磁盘，则每个磁盘存储我们的一半数据。
 *  **镜像**被用于 RAID 1 和 RAID 10。镜像会自动备份数据。在 RAID 1 中，它会保存相同的内容到其他盘上。
 *  **热备份**只是我们的服务器上的一个备用驱动器，它可以自动更换发生故障的驱动器。在我们的阵列中，如果任何一个驱动器损坏，热备份驱动器会自动用于重建 RAID。
 *  **块**是 RAID 控制器每次读写数据时的最小单位，最小 4KB。通过定义块大小，我们可以增加 I/O 性能。

RAID有不同的级别。在这里，我们仅列出在真实环境下的使用最多的 RAID 级别。

*  RAID0 = 条带化
 *  RAID1 = 镜像
 *  RAID5 = 单磁盘分布式奇偶校验
 *  RAID6 = 双磁盘分布式奇偶校验
 *  RAID10 = 镜像 + 条带。（嵌套RAID）

RAID 在大多数 Linux 发行版上使用名为 mdadm 的软件包进行管理。让我们先对每个 RAID 级别认识一下。

#### **RAID 0 / 条带化** ####

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条带化有很好的性能。在 RAID 0（条带化）中数据将使用切片的方式被写入到磁盘。一半的内容放在一个磁盘上，另一半内容将被写入到另一个磁盘。

假设我们有2个磁盘驱动器，例如，如果我们将数据“TECMINT”写到逻辑卷中，“T”将被保存在第一盘中，“E”将保存在第二盘，'C'将被保存在第一盘，“M”将保存在第二盘，它会一直继续此循环过程。（LCTT 译注：实际上不可能按字节切片，是按数据块切片的。）

在这种情况下，如果驱动器中的任何一个发生故障，我们就会丢失数据，因为一个盘中只有一半的数据，不能用于重建 RAID。不过，当比较写入速度和性能时，RAID 0 是非常好的。创建 RAID 0（条带化）至少需要2个磁盘。如果你的数据是非常宝贵的，那么不要使用此 RAID 级别。

*  高性能。
 *  RAID 0 中容量零损失。
 *  零容错。
 *  写和读有很高的性能。

####  ####

#### **RAID 1 / 镜像化** ####

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镜像也有不错的性能。镜像可以对我们的数据做一份相同的副本。假设我们有两个2TB的硬盘驱动器，我们总共有4TB，但在镜像中，但是放在 RAID 控制器后面的驱动器形成了一个逻辑驱动器，我们只能看到这个逻辑驱动器有2TB。

当我们保存数据时，它将同时写入这两个2TB驱动器中。创建 RAID 1（镜像化）最少需要两个驱动器。如果发生磁盘故障，我们可以通过更换一个新的磁盘恢复 RAID 。如果在 RAID 1 中任何一个磁盘发生故障，我们可以从另一个磁盘中获取相同的数据，因为另外的磁盘中也有相同的数据。所以是零数据丢失。

*  良好的性能。
 *  总容量丢失一半可用空间。
 *  完全容错。
 *  重建会更快。
 *  写性能变慢。
 *  读性能变好。
 *  能用于操作系统和小规模的数据库。

#### **RAID 5 / 分布式奇偶校验** ####

[![wKiom1XbyaTTy1RPAADZUfbHXBA661.jpg][]][wKiom1XbyaTTy1RPAADZUfbHXBA661.jpg]

RAID 5 多用于企业级。 RAID 5 的以分布式奇偶校验的方式工作。奇偶校验信息将被用于重建数据。它从剩下的正常驱动器上的信息来重建。在驱动器发生故障时，这可以保护我们的数据。

假设我们有4个驱动器，如果一个驱动器发生故障而后我们更换发生故障的驱动器后，我们可以从奇偶校验中重建数据到更换的驱动器上。奇偶校验信息存储在所有的4个驱动器上，如果我们有4个 1TB 的驱动器。奇偶校验信息将被存储在每个驱动器的256G中，而其它768GB是用户自己使用的。单个驱动器故障后，RAID 5 依旧正常工作，如果驱动器损坏个数超过1个会导致数据的丢失。

*  性能卓越
 *  读速度将非常好。
 *  写速度处于平均水准，如果我们不使用硬件 RAID 控制器，写速度缓慢。
 *  从所有驱动器的奇偶校验信息中重建。
 *  完全容错。
 *  1个磁盘空间将用于奇偶校验。
 *  可以被用在文件服务器，Web服务器，非常重要的备份中。

#### **RAID 6 双分布式奇偶校验磁盘** ####

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RAID 6 和 RAID 5 相似但它有两个分布式奇偶校验。大多用在大数量的阵列中。我们最少需要4个驱动器，即使有2个驱动器发生故障，我们依然可以更换新的驱动器后重建数据。

它比 RAID 5 慢，因为它将数据同时写到4个驱动器上。当我们使用硬件 RAID 控制器时速度就处于平均水准。如果我们有6个的1TB驱动器，4个驱动器将用于数据保存，2个驱动器将用于校验。

*  性能不佳。
 *  读的性能很好。
 *  如果我们不使用硬件 RAID 控制器写的性能会很差。
 *  从两个奇偶校验驱动器上重建。
 *  完全容错。
 *  2个磁盘空间将用于奇偶校验。
 *  可用于大型阵列。
 *  用于备份和视频流中，用于大规模。

#### **RAID 10 / 镜像+条带** ####

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[![wKioL1Xby-DBBfQhAADrXo4oJK0407.jpg][]][wKioL1Xby-DBBfQhAADrXo4oJK0407.jpg]

RAID 10 可以被称为1 + 0或0 +1。它将做镜像+条带两个工作。在 RAID 10 中首先做镜像然后做条带。在 RAID 01 上首先做条带，然后做镜像。RAID 10 比 01 好。

假设，我们有4个驱动器。当我逻辑卷上写数据时，它会使用镜像和条带的方式将数据保存到4个驱动器上。

如果我在 RAID 10 上写入数据“TECMINT”，数据将使用如下方式保存。首先将“T”同时写入两个磁盘，“E”也将同时写入另外两个磁盘，所有数据都写入两块磁盘。这样可以将每个数据复制到另外的磁盘。

同时它将使用 RAID 0 方式写入数据，遵循将“T”写入第一组盘，“E”写入第二组盘。再次将“C”写入第一组盘，“M”到第二组盘。

*  良好的读写性能。
 *  总容量丢失一半的可用空间。
 *  容错。
 *  从副本数据中快速重建。
 *  由于其高性能和高可用性，常被用于数据库的存储中。

### **结论** ###

在这篇文章中，我们已经了解了什么是 RAID 和在实际环境大多采用哪个级别的 RAID。希望你已经学会了上面所写的。对于 RAID 的构建必须了解有关 RAID 的基本知识。以上内容可以基本满足你对 RAID 的了解。

在接下来的文章中，我将介绍如何设置和使用各种级别创建 RAID，增加 RAID 组（阵列）和驱动器故障排除等。

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