Linux RAID 技术详解:原理、配置、管理及故障处理

本文档深入探讨 Linux 软件 RAID 技术,涵盖 RAID 原理、各种 RAID 级别、mdadm 命令详解、配置步骤、管理方法以及高级故障处理和性能调优策略。

一、 RAID 原理与架构

RAID (Redundant Arrays of Independent Disks,独立磁盘冗余阵列) 技术并非单一技术,而是一组将多个物理硬盘虚拟化为一个逻辑卷的技术。其核心目标是通过数据冗余和并行 I/O 操作来提升存储性能、可靠性和可用性。一个 RAID 系统主要由以下组件构成:

  • 物理硬盘 (Physical Drives): 构成 RAID 阵列的基本单元,通常为 SATA、SAS、NVMe 或其他接口的硬盘。硬盘的性能、容量和可靠性直接影响 RAID 阵列的整体表现。

  • RAID 控制器 (RAID Controller): 负责管理和控制 RAID 阵列的硬件或软件组件。硬 RAID 使用专用硬件控制器,软 RAID 由操作系统软件 (例如 Linux 内核的 md 模块) 实现。控制器负责数据条带化、奇偶校验计算、冗余数据管理以及故障检测和恢复。

  • 逻辑卷 (Logical Volume): 由 RAID 控制器创建的虚拟磁盘,对操作系统而言,它就是一个普通的块设备,例如 /dev/md0。应用程序和操作系统通过访问逻辑卷来读写数据。

  • 数据条带化 (Striping): 将数据分成多个数据块 (stripe),并将其分布到多个物理硬盘上,提高数据读写速度,实现 I/O 并行化。条带大小 (stripe size) 是一个关键参数,会影响性能。

  • 冗余技术 (Redundancy): 通过数据镜像或奇偶校验等技术,在磁盘发生故障时,保证数据的完整性和可用性。不同的 RAID 级别采用不同的冗余技术。

二、 常见的 RAID 级别

不同的 RAID 级别采用不同的数据组织和冗余技术,具有不同的性能、可靠性和成本特性。选择合适的 RAID 级别需要根据实际应用需求权衡性能、可靠性和成本。

RAID0 具有低成本、高读写性能、 100% 的高存储空间利用率等优点,但是它不提供数据冗余保护,一旦数据损坏,将无法恢复。

图片

RAID1 称为镜像,它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像 磁盘,它的磁盘空间利用率为 50% 。

图片

RAID5 应该是目前最常见的 RAID 等级 ,RAID5 兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素,它可以理解为 RAID0 和 RAID1 的折中方案,是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。 RAID5 基本上可以满足大部分的存储应用需求,数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。

图片

RAID 级别数据组织方式冗余机制读性能写性能随机写性能连续写性能最小磁盘数容量利用率容错能力备注
RAID 0条带化 (Striping)非常高非常高非常高非常高2100%速度最快,无冗余,风险最高,数据丢失后无法恢复
RAID 1镜像 (Mirroring)完全镜像250%1 个磁盘故障数据完全冗余,可靠性最高,但成本最高,空间利用率低
RAID 3条带化 + 专用奇偶校验专用奇偶校验磁盘3(n-1)/n1 个磁盘故障已过时,很少使用
RAID 4条带化 + 专用奇偶校验专用奇偶校验磁盘3(n-1)/n1 个磁盘故障已过时,很少使用
RAID 5条带化 + 分布式奇偶校验分布式奇偶校验中等中等中等3(n-1)/n1 个磁盘故障综合性能最佳,广泛应用,但写性能受奇偶校验影响
RAID 6条带化 + 双分布式奇偶校验双分布式奇偶校验4(n-2)/n2 个磁盘故障容错能力最强,适用于对数据可靠性要求极高的场景,但写性能较差
RAID 10镜像 + 条带化 (RAID 1+0)镜像 + 条带化非常高450%2 个磁盘故障结合了 RAID 1 和 RAID 0 的优点,高性能和高可靠性,成本较高

(其中 n 表示磁盘数量)

三、 Linux 软件 RAID 的配置与管理 (mdadm)

Linux 系统主要使用 mdadm 命令行工具来创建、管理和维护软件 RAID。

1. 创建 RAID 阵列:

以下命令演示了使用 mdadm 创建不同 RAID 级别阵列的示例,请根据实际情况替换 /dev/sdX 为你的物理磁盘设备名称,并根据需要调整参数:

sudo mdadm --create /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sdb1 /dev/sdc1

创建 RAID 0 阵列,使用 /dev/sdb1/dev/sdc1 两个分区。--level=0 指定 RAID 级别为 0。

sudo mdadm --create /dev/md1 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdd1 /dev/sde1

创建 RAID 1 阵列,使用 /dev/sdd1/dev/sde1 两个分区。--level=1 指定 RAID 级别为 1。

sudo mdadm --create /dev/md2 --level=5 --raid-devices=3 --chunk=512 /dev/sdf1 /dev/sdg1 /dev/sdh1

创建 RAID 5 阵列,使用 /dev/sdf1, /dev/sdg1/dev/sdh1 三个分区。--level=5 指定 RAID 级别为 5,--chunk=512 指定块大小为 512KB。

sudo mdadm --create --verbose /dev/md3 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

创建 RAID 5 阵列,使用 /dev/sda, /dev/sdb, /dev/sdc,/dev/sdc 三个分区。--level=10 指定 RAID 级别为 10。

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

创建完RAID阵列后,你可以在其上创建文件系统。例如,使用ext4文件系统。

sudo mkdir -p /mnt/raid10  
sudo mount /dev/md0 /mnt/raid10

创建一个挂载点(例如/mnt/raid10),并将RAID卷挂载到该点。

注:建议使用mdadm --detail --scan命令来获取RAID配置,并将其保存到/etc/mdadm/mdadm.conf文件中,以便在系统重启时自动组装RAID阵列

2. 查看 RAID 状态:

sudo cat /proc/mdstat

查看当前 RAID 阵列的状态信息 (内存信息,重启后丢失)。此命令提供阵列的实时状态,包括活动状态、重建进度、错误信息等。

sudo mdadm --detail /dev/md0

查看指定 RAID 设备 (/dev/md0) 的详细信息,包括阵列级别、大小、状态、成员磁盘、UUID、块大小等。

sudo mdadm --query

列出所有已配置的 RAID 阵列,显示阵列设备名称、UUID 和状态。

3. 保存 RAID 配置:

为了在系统重启后保留 RAID 配置信息,必须将配置信息保存到配置文件中:

sudo mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf

这个命令会扫描系统中所有 mdadm 管理的 RAID 阵列,并将它们的详细信息追加到 /etc/mdadm/mdadm.conf 文件中。系统启动时,mdadm 会读取此文件自动组建 RAID 阵列。

4. 格式化和挂载:

创建 RAID 阵列后,需要对其进行格式化,然后才能挂载并使用:

sudo mkfs.ext4 /dev/md0  # 使用 ext4 文件系统格式化 (可以替换为其他文件系统)
sudo mkdir /mnt/raid0
sudo mount /dev/md0 /mnt/raid0

将以上挂载信息添加到 /etc/fstab 文件中,实现开机自动挂载。

5. 高级故障处理:

  • 标记故障磁盘:
sudo mdadm --fail /dev/md0 /dev/sdX1

标记/dev/sdX1磁盘在/dev/md0` 阵列中为故障。

  • 移除故障磁盘:
sudo mdadm --remove /dev/md0 /dev/sdX1

/dev/md0 阵列中移除 /dev/sdX1 磁盘。

  • 添加热备盘:
sudo mdadm --add /dev/md0 /dev/sdY1

(前提是创建 RAID 时已指定热备盘)。这需要预先配置热备盘。

  • 重建阵列: 在移除故障磁盘后,RAID 阵列会自动开始重建。
sudo watch -n 1 cat /proc/mdstat

监控重建进度。重建时间取决于阵列大小、磁盘速度和网络状况。

  • 监控阵列健康状态:
sudo mdadm --detail /dev/md0

定期使用命令检查阵列健康状态,包括磁盘状态、重建进度、错误信息等。

6. 删除 RAID 阵列:

在删除 RAID 阵列之前,务必卸载该阵列,并备份所有重要数据:

sudo umount /dev/md0
sudo mdadm --stop /dev/md0
sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdX1 /dev/sdY1  # 清除磁盘上的 RAID 信息 (替换 /dev/sdX1 和 /dev/sdY1 为实际的磁盘设备)
sudo rm -f /etc/mdadm/mdadm.conf # 删除配置文件 (可选)

五、 性能调优与最佳实践

  • 选择合适的块大小 (--chunk): RAID 5 和 RAID 6 的块大小会影响性能,需要根据实际情况进行调整。过小的块大小会增加奇偶校验计算的开销,而过大的块大小可能会降低并行度。通常建议使用 64KB 或 128KB 的块大小。

  • 使用高速硬盘: 使用高速硬盘 (例如 SSD) 可以显著提高 RAID 阵列的性能,尤其是在随机 I/O 方面。

  • 优化 I/O 调度器: 选择合适的 I/O 调度器 (例如 noopdeadline) 可以优化 RAID 阵列的 I/O 性能。这需要根据具体的应用场景和工作负载进行调整。

  • 使用缓存: 增加 RAID 控制器的缓存可以提高性能,减少 I/O 延迟。硬 RAID 通常具有内置缓存。

  • 定期备份: 即使使用了 RAID,也应定期备份重要数据,以防意外数据丢失。RAID 只能保护一部分的磁盘故障,并不能完全避免数据丢失。

  • 监控系统资源: 监控 CPU 使用率、I/O 负载、磁盘 I/O 等待时间等系统资源,避免 RAID 阵列过载。过高的 I/O 负载可能会导致性能下降。

六、 总结

RAID 技术是提高存储系统性能和可靠性的关键技术。选择合适的 RAID 级别、进行合理的配置和管理,并采取必要的安全措施,对于保证数据安全和系统稳定性至关重要。本文提供了关于 Linux 软件 RAID 的全面信息,但在实际应用中,请根据具体情况选择合适的 RAID 级别和配置,并进行充分的测试。务必定期备份重要数据,以防数据丢失。对于关键业务系统,建议使用硬 RAID 控制器,以获得更高的性能和可靠性。

注:以上命令需要 root 权限执行。请在执行任何操作之前备份数据,并仔细检查命令的正确性,避免数据丢失。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/461575.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

「C/C++」C/C++标准库 之 <cstring> 字符串操作库

✨博客主页何曾参静谧的博客📌文章专栏「C/C++」C/C++程序设计📚全部专栏「VS」Visual Studio「C/C++」C/C++程序设计「UG/NX」BlockUI集合「Win」Windows程序设计「DSA」数据结构与算法「UG/NX」NX二次开发「QT」QT5程序设计「File」数据文件格式「PK」Parasolid函数说明目…

单细胞数据分析(一):10X数据生成seurat数据对象

文章目录 介绍加载R包数据链接导入数据过滤细胞:移除双重细胞合并所有seurat数据对象输出结果系统信息介绍 在单细胞基因组学研究中,Seurat是一个流行的R包,用于单细胞基因表达数据的分析和探索。以下是如何从10X基因注释数据生成Seurat数据对象,并对该数据进行过滤的步骤…

day13:FTP服务

一,FTP概述 概述 FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议)是用于在计算机之间传输文件的协议。它工作在网络的应用层,通过 TCP 协议进行数据传输,默认端口号为 21(命令端口,另外…

从0开始的STM32学习之旅:使用中断完成等待型任务(理论部分)

目录 中断 NVIC 中断优先级 先说说一般我们聊到的中断优先级 STM32中的NVIC中断优先级表示 API CubeMx配置说明 很好,我们在之前的学习中已经完成了简单的GPIO输入输出驱动的控制,我们的下一步就是仔细了解一下中断这个事情。 中断 中断这个事情…

使用Python进行数据分析入门

文章目录 Python环境搭建安装Anaconda验证安装 必备库介绍NumPyPandasMatplotlibSciPy 数据导入与清洗导入数据清洗数据 数据探索与分析描述性统计相关性分析 数据可视化绘制直方图 高级主题机器学习深度学习 总结 随着大数据时代的到来,数据分析变得越来越重要。Py…

RabbitMQ + JMeter组合,优化你的中间件处理方式!

RabbitMQ是实现了高级消息队列协议(AMQP)的开源消息中间件,它是基于Erlang语言编写的,并发能力强,性能好,是目前主流的消息队列中间件之一。 RabbitMQ的安装可参照官网( https://www.rabbitmq.c…

python 爬虫 入门 五、抓取图片、视频

目录 一、图片、音频 二、下载视频: 一、图片、音频 抓取图片的手法在上一篇python 爬虫 入门 四、线程,进程,协程-CSDN博客里面其实有,就是文章中的图片部分,在那一篇文章,初始代码的28,29行…

Vulnhub靶机——DC-1

#环境 本次环境是利用VMware15搭建 靶机DC-1( https://download.vulnhub.com/dc/DC-1.zip) --192.168.200.131 Kali2021.1--192.168.200 将以上两个操作系统启动,并设置网卡为NAT模式 #信息收集 使用arp-scan对网段进行扫描,探测存活主机 使用nmap…

吴恩达深度学习笔记(10)12.

多任务学习 什么时候多任务学习有意义: 能从共享低级特征中获益;每个任务拥有的数据相当相似;训练一个足够大的神经网络用于所有任务。 目标定位: 分类定位(单个对象)与检测不同(多个对象&…

Android 音量调节流程分析

音量调节流程分析 按下音量键 音量键被按下后,按键事件会一路派发给Acitivity,如果无人拦截并处理,承载当前Activity的显示PhoneWindow类的onKeyDown()以及onKeyUp()函数将会被处理,从而开始通过音量键调整音量的处理流程&#x…

LLMs在股票投资组合崩溃中的时间关系推理

1. 引言 想象一下,你是一位投资经理,管理着一个多元化的股票投资组合。突然,一场前所未有的全球性事件发生了,比如2007年的金融危机或2020年的新冠疫情,这可能会对你的投资组合造成重大影响。传统的投资组合崩溃检测方…

o1驾驶无人机后空翻,OpenAI开发者日惊掉下巴!2分钟爆改代码写App

【导读】OpenAI伦敦开发者日上,首次曝出了o1五大核心能力,还有图像理解。o1两分钟构建应用驾驶无人机、电话订餐、讲解太阳系,现场演示让所有开发者沸腾。 完整版o1的解禁,离我们不远了! 就在刚刚举办的OpenAI伦敦开…

利用AWS服务轻松迁移数据上云

在数字化转型的浪潮中,越来越多的企业意识到将数据迁移至云端的重要性。云服务不仅能够提供更高的灵活性和可扩展性,还能显著降低IT成本。AWS(Amazon Web Services)作为全球领先的云服务提供商,为企业提供了一系列高效…

期货跟单、量化交易模拟演示系统

演示版可直接下载本文绑定资源。 一、跟单下单 在“排行榜”中选择要跟单的用户,合约可以跟全部,也可以指定跟该用户的某一合约操作,选定跟单的倍数(操作手数的倍数)/手数(指定手数,可以不是对…

界面控件DevExpress WPF中文教程:Data Grid——卡片视图概述

DevExpress WPF拥有120个控件和库,将帮助您交付满足甚至超出企业需求的高性能业务应用程序。通过DevExpress WPF能创建有着强大互动功能的XAML基础应用程序,这些应用程序专注于当代客户的需求和构建未来新一代支持触摸的解决方案。 无论是Office办公软件…

【数据结构二叉树】补充:C实现二叉树的层次遍历

1、层次遍历 按层次遍历二叉树的方式:按照“从上到下,从左到右”的顺序遍历二叉树,即先遍历二叉树的第一层的结点,然后是第二层的结点,直到最底层的结点,对每一层的遍历按照从左到右的次序进行。 2、层次…

供应商图纸外发:如何做到既安全又高效?

供应商跟合作伙伴、客户之间会涉及到图纸外发的场景,这是一个涉及数据安全、效率及合规性的重要环节。供应商图纸发送流程一般如下: 1.申请与审批 采购人员根据需要提出发放图纸的申请并提交审批; 采购部负责人审批发放申请,确…

MySQL 9从入门到性能优化-系统信息函数

【图书推荐】《MySQL 9从入门到性能优化(视频教学版)》-CSDN博客 《MySQL 9从入门到性能优化(视频教学版)(数据库技术丛书)》(王英英)【摘要 书评 试读】- 京东图书 (jd.com) MySQL9数据库技术_夏天又到了…

【第一个qt项目的实现和介绍以及程序分析】【正点原子】嵌入式Qt5 C++开发视频

qt项目的实现和介绍 1.第一个qt项目  (1).创建qt工程    [1].创建一个存放qt的目录    [2].新建一个qt工程    [3].编译第一个工程    发生错误时的解决方式 二.QT文件介绍  (1).工程中文件简单介绍  (2).项目文件代码流程介绍    [1].添…

推荐一款开源的免费PDF编辑工具:CubePDF Utility

CubePDF Utility是一款功能强大的开源免费PDF编辑器,它采用了基于缩略图的界面设计,为用户提供了直观且高效的PDF编辑体验。该软件特别针对那些希望以简单直观方式编辑 PDF 文件的用户而设计,支持多种操作,如合并、提取、拆分、更…