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一、前言
1、软件RAID的概念
2、软件RAID与硬件RAID的对比
3、软件RAID的适用场景
二、Linux中的软件RAID技术
1、MD（多设备）RAID概述
2、Linux中的RAID工具：mdadm
三、配置软件RAID
1、准备工作
2、使用mdadm创建一个RAID5
一、前言
1、软件RAID的概念
软件RAID，也称为软件磁盘阵列（Software RAID），是一种在多个物理磁盘上实现数据冗余和性能提升的技术，它通过在操作系统层面或特定软件工具中实现，而不是通过专门的硬件RAID卡。软件RAID可以在各种操作系统中实现，例如Windows、Linux等，而且它不需要额外的硬件投资，因此在一些预算有限或硬件条件受限的环境中非常受欢迎。
软件RAID的工作原理是通过将多个物理磁盘组合成一个逻辑磁盘阵列，并在该阵列中实施各种RAID级别（如RAID 0、RAID 1、RAID 5等）来实现数据的冗余和性能提升。在软件RAID中，数据的存储和读取操作由操作系统或特定软件工具来管理和控制，而不是由专门的硬件RAID卡来完成。
软件RAID的优点包括：
- 无需额外硬件投资：与硬件RAID相比，软件RAID不需要专门的RAID卡，因此可以节省硬件成本。
- 灵活性高：软件RAID可以在各种操作系统中实现，并且可以根据需要选择不同的RAID级别和配置选项。
- 易于管理和维护：软件RAID的配置和管理可以通过操作系统或特定软件工具来完成，因此相对容易上手和维护。
但是，软件RAID也存在一些缺点，例如性能可能不如硬件RAID稳定，特别是在高负载或大数据量的情况下。此外，软件RAID的容错能力也可能受到操作系统或软件工具的限制。
总的来说，软件RAID是一种经济、灵活且易于管理的数据冗余和性能提升技术，适用于各种规模的环境和预算。在选择是否使用软件RAID时，需要根据具体需求和条件进行权衡和决策。
2、软件RAID与硬件RAID的对比
软件 RAID 和硬件 RAID 是两种不同类型的 RAID（冗余磁盘阵列）实现方式，它们各有优缺点。
实现方式：
- 软件RAID：通过操作系统的软件来实现，例如Linux中的mdadm工具。在软件RAID中，RAID功能由操作系统处理，硬件上只是简单地将多个硬盘连接在一起。操作系统负责RAID级别的管理、数据读写、故障检测和恢复等。
- 硬件RAID：通过专用的硬件RAID控制器来实现，该控制器通常位于计算机主板上或者作为单独的扩展卡。硬件RAID控制器负责管理RAID设备，包括RAID级别、数据读写、故障检测和恢复等。它们通常配备有自己的处理器和缓存，可以提供更好的性能。
性能：
- 软件RAID：在处理大量IO请求时，其性能可能受到操作系统或软件工具的限制，尤其是在高负载或大数据量的情况下。
- 硬件RAID：由于硬件RAID控制器具有自己的处理器和缓存，它可以独立地处理RAID操作，减少对主机系统的影响，因此在处理大量IO请求时表现更出色。
可靠性：
- 软件RAID：其可靠性可能受到操作系统或软件工具的稳定性和安全性的影响。
- 硬件RAID：具有多种数据保护机制，如磁盘冗余、热备份和错误纠正等，这些机制可以确保数据的安全性和可靠性。
管理：
- 软件RAID：配置和管理相对简单，但可能需要具备一定的技术知识和经验。
- 硬件RAID：通常配备了可视化的管理界面，方便用户进行配置和监控。由于控制器独立于主机，更换主机时不需要重新配置RAID。
成本：
- 软件RAID：无需额外的硬件设备，因此成本较低。
- 硬件RAID：需要专用的RAID控制器，对硬件要求较高，因此成本较高。
灵活性：
- 软件RAID：可以根据需要进行配置和管理，不受硬件限制，更易于扩展和升级。
- 硬件RAID：一旦安装并配置完成，其灵活性可能受到硬件限制。
综上所述，软件RAID和硬件RAID各有优缺点，选择哪种RAID方案取决于具体的应用场景、需求和预算。对于需要高性能、高可靠性和易于管理的系统，硬件RAID可能是更好的选择；而对于预算有限、需要灵活性和易于扩展的系统，软件RAID可能更合适。
3、软件RAID的适用场景
- 成本敏感的环境： 软件 RAID 不需要额外的硬件设备，因此成本较低，适合于成本敏感的环境，如小型企业、个人用户或家庭用户。
- 通用服务器： 软件 RAID 可以在几乎任何标准的服务器或计算机上运行，因此适合于通用服务器和普通工作站。
- 虚拟化环境： 软件 RAID 可以与虚拟化技术（如 VMware、Hyper-V、KVM 等）很好地集成，为虚拟机提供可靠的存储保护，并且通常与虚拟化平台配套的管理工具兼容。
- 开发和测试环境： 软件 RAID 可以轻松地在开发和测试环境中部署和管理，而无需额外的硬件投入。
- 小型办公室/家庭办公室（SOHO）环境： 对于小型办公室或家庭办公室来说，软件 RAID 是一个简单且经济实惠的选择，可以提供基本的数据保护和冗余。
- 简单数据保护需求： 对于对数据保护需求相对简单的环境，如备份、存储、文件共享等，软件 RAID 提供了一个简单且有效的解决方案。
- 教育和研究机构： 软件 RAID 在教育和研究机构中也非常常见，因为它可以轻松地在学校、大学或实验室中部署和管理，并且成本相对较低。
二、Linux中的软件RAID技术
1、MD（多设备）RAID概述
MD RAID（Multiple Device RAID）是 Linux 内核中提供的软件 RAID 实现，允许将多个磁盘设备组合成一个逻辑卷，并提供数据冗余和性能增强功能。MD RAID 提供了多种 RAID 级别的支持，包括 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10 等，以满足不同的性能、容错性和存储需求。
MD RAID 的主要特点：
- 软件实现： MD RAID 是 Linux 内核中的软件 RAID 实现，不需要额外的 RAID 控制器或硬件设备，完全依赖于操作系统来执行 RAID 计算和管理。
- 多种 RAID 级别： MD RAID 支持多种 RAID 级别，包括 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10 等，每种级别都具有不同的数据保护和性能特性。
- 磁盘设备支持： MD RAID 支持多种磁盘设备，包括 SATA、SAS、SCSI、NVMe 等，可以将不同类型和规格的磁盘设备组合成一个逻辑卷。
- 灵活性和扩展性： MD RAID 具有较高的灵活性和扩展性，可以根据需要添加或删除磁盘设备，扩展或缩减逻辑卷的容量，并支持在线重新配置和重新同步。
- 性能优化： MD RAID 支持多种性能优化功能，如延迟写入、读写缓存、数据条带化等，可以提高磁盘存储的性能和效率。
- 数据保护： MD RAID 提供了数据冗余功能，可以通过镜像、奇偶校验、条带镜像等方式保护数据的完整性，并在发生磁盘故障时恢复数据。
- 管理工具： MD RAID 提供了一组管理工具，如 mdadm 命令行工具和 mdadm.conf 配置文件，用于管理 RAID 设备、监控 RAID 状态、配置 RAID 参数等。
总的来说，MD RAID 是 Linux 系统中一种功能强大且灵活的软件 RAID 实现，可以满足各种不同的存储需求，并提供了良好的性能、可靠性和扩展性。它是一个经济实惠且可靠的数据保护解决方案，适用于各种企业、个人和开发者的应用场景。
2、Linux中的RAID工具：mdadm
mdadm是Linux下的一个标准的软件RAID管理工具，全称为Multiple Devices Admin。它是由Neil Brown开发的，能够诊断、监控和收集详细的阵列信息。mdadm是一个单独集成化的程序，而不是一些分散程序的集合，因此它对不同RAID管理命令有共通的语法。此外，mdadm能够执行几乎所有的功能而不需要配置文件（也没有默认的配置文件）。
在Linux系统中，可以使用mdadm工具来配置和管理RAID。它可以帮助用户创建、管理和监控RAID数组，是一个强大的RAID管理工具。如果你使用的是Ubuntu系统，可以使用命令“sudo apt install mdadm”来安装mdadm。在CentOS和RHEL系统中，可以使用“yum install mdadm”命令进行安装。
三、配置软件RAID
1、准备工作
准备1台Linux服务器，并为其准备5块硬盘，这里以Centos为例
安装 mdadm工具
[root@localhost ~]# yum install mdadm -y
2、使用mdadm创建一个RAID5
[root@localhost ~]# mdadm --create /dev/md0 --auto=yes --level=5 --chunk=256K --raid-devices=4 --spare-devices=1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf
这个命令创建了一个 RAID 5 阵列，并指定了以下参数：
- /dev/md0: 这是创建的 RAID 阵列的名称，通常以 /dev/md 开头，后面跟着数字标识符，例如 /dev/md0。
- --auto=yes: 这个参数指定在创建 RAID 时是否自动扫描并使用新的或移除的设备。在此情况下，设定为 yes。
- --level=5: 这个参数指定了 RAID 的级别，即 RAID 5。
- --chunk=256K: 这个参数指定了 RAID 阵列的数据块大小，设置为 256KB。
- --raid-devices=4: 这个参数指定了 RAID 阵列中的磁盘设备数量，即包括 4 个数据设备。
- --spare-devices=1: 这个参数指定了 RAID 阵列中的备用设备数量，即包括 1 个备用设备。
- /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf: 这是指定了参与 RAID 阵列的数据磁盘设备的列表，包括 /dev/sdb, /dev/sdc, /dev/sdd, /dev/sde 和 /dev/sdf。
这个命令将创建一个 RAID 5 阵列，它由 4 个数据设备和 1 个备用设备组成，数据块大小为 256KB。 RAID 5 阵列通过条带化和奇偶校验提供数据冗余和容错能力，其中一个磁盘故障时，数据可以被恢复。
查看新创建的出来的数据盘
[root@localhost ~]# mdadm --detail /dev/md0 
- Version: 1.2: RAID 阵列的元数据版本号为 1.2。
- Creation Time: Mon May 13 21:02:48 2024: RAID 阵列创建的时间是 2024 年 5 月 13 日 21:02:48。
- Raid Level: raid5: RAID 阵列的级别是 RAID 5。
- Array Size: 3139584 (2.99 GiB 3.21 GB): RAID 阵列的总大小是约 3.21 GB。
- Used Dev Size: 1046528 (1022.00 MiB 1071.64 MB): RAID 阵列中每个磁盘设备的使用大小是约 1071.64 MB。
- Raid Devices: 4: RAID 阵列中的磁盘设备数量是 4。
- Total Devices: 5: RAID 阵列中的总设备数量是 5（包括 4 个数据设备和 1 个备用设备）。
- Active Devices: 4: RAID 阵列中当前活动的设备数量是 4。
- Working Devices: 5: RAID 阵列中当前工作的设备数量是 5。
- Failed Devices: 0: RAID 阵列中失败的设备数量是 0。
- Spare Devices: 1: RAID 阵列中备用设备的数量是 1。
- Layout: left-symmetric: RAID 阵列的布局是左对称的。
- Chunk Size: 256K: RAID 阵列的数据块大小是 256KB。
- Consistency Policy: resync: RAID 阵列的一致性策略是重新同步。
- Name: localhost.localdomain:0: RAID 阵列的名称是 localhost.localdomain:0。
- UUID: 71c10608:31ca710b:87164784:d72bbd11: RAID 阵列的唯一标识符是 71c10608:31ca710b:87164784:d72bbd11。
- Events: 18: RAID 阵列发生了 18 个事件。
- 每个活动的设备的详细信息，包括设备号、主要和次要编号、RAID 设备状态和名称。
根据输出，我们可以确认 RAID 阵列已成功创建，其中有 4 个活动的数据设备和 1 个备用设备。
接下来，格式化并挂载使用RAID
执行格式化
[root@localhost ~]# mkfs.xfs -f -d su=256k,sw=3 -r extsize=768k /dev/md0创建挂载点
[root@localhost ~]# mkdir /test挂载
[root@localhost ~]# mount /dev/md0 /test/查看挂载状态
[root@localhost ~]# df -h
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