RedHat9 | RAID配置与管理

一、实验环境

1、RAID简介

RAID（Redundant Array of Independent Disks），即独立磁盘冗余阵列，是一种数据存储技术。它通过将多个独立的磁盘驱动器组合起来，形成一个逻辑上的整体，从而提高数据存储的性能、容量和数据冗余性。

RAID的基本原理

数据分割：RAID将待存储的数据分割成较小的块，然后按照某种规则（如磁盘驱动器的序号）逐个块地存储在多个磁盘上。
数据分发：根据所采用的RAID级别，RAID会将不同块的数据分散存储在不同的磁盘上。例如，在RAID 0中，数据被均匀地分布在所有磁盘驱动器上；而在RAID 5中，数据被分布在多个磁盘驱动器上，并添加了奇偶校验信息。
冗余备份：某些RAID级别（如RAID 1）提供了冗余备份功能，以增加系统的可靠性。通过同时将相同的数据保存在两个或多个磁盘驱动器上，当其中一个磁盘发生故障时，数据仍然可从另一个磁盘访问。
并行数据存取：由于数据被分散存储在多个磁盘上，因此RAID可以同时读取或写入多个磁盘的数据，从而提高了系统的整体性能。

RAID的级别

RAID主要分为基本RAID级别（如RAID 0、RAID 1、RAID 5和RAID 6）和跨区RAID级别（如RAID 10、RAID 50和RAID 60）。不同的RAID级别具有不同的性能和冗余特性，用户可以根据其需求选择适合的RAID级别。

RAID的优势

提高性能：通过数据分割和并行数据存取，RAID可以显著提高数据的读写速度。
增加容量：通过组合多个磁盘，RAID可以提供更大的存储容量。
提高数据冗余性：某些RAID级别（如RAID 1、RAID 5和RAID 6）通过冗余备份或奇偶校验信息来提高数据的可靠性

2、RAID0（带区卷）

RAID0，又称为Stripe或Striping，是一种在RAID（冗余阵列的独立磁盘）技术中的级别，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。

工作原理

RAID0的工作原理是将连续的数据分散到多个磁盘上进行存取。当系统有数据请求时，多个磁盘可以并行执行，每个磁盘处理它负责的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，从而显著提高磁盘整体存取性能。

性能特点

高性能：由于数据是在多个磁盘上同时读写，因此RAID0提供了非常高的数据传输速率。理论上，一个由n块磁盘组成的RAID0，它的读写性能是单个磁盘性能的n倍，但实际性能提升可能因总线带宽等多种因素而略低于理论值。
无数据冗余：RAID0并不提供数据冗余或校验功能。这意味着它没有任何容错能力，一旦阵列中的任何一块硬盘发生故障，将会导致整个阵列的数据丢失。
100%存储空间利用率：由于没有冗余数据，RAID0可以充分利用所有磁盘的存储空间。

适用场景

RAID0特别适用于对性能要求较高，但对数据安全不太在乎的领域，如图形工作站、视频编辑等。对于个人用户来说，如果追求硬盘存储性能的提升，RAID0也是一个选择。然而，由于它不提供数据冗余，因此在企业环境中，RAID0通常不会单独使用，除非对数据安全性要求不高或采取了其他备份措施。

RAID0以其高性能和存储空间的有效利用而著称，但缺乏数据冗余和容错能力使其在高可靠性要求的环境中不适用。在选择使用RAID0时，应充分考虑数据的重要性和可恢复性。

3、RAID1（镜像卷）

RAID1（Redundant Array of Independent Disks Level 1）是RAID技术中的一个级别，也被称为镜像RAID或RAID Mirroring。RAID1通过数据的完全冗余备份来提供数据的安全性，基本思想是将同一份数据同时写入两块或多块硬盘中，以确保在某一硬盘出现故障时，系统能够无缝地从另一块硬盘中读取数据，保证数据的完整性和业务的连续性。

工作原理

在RAID1中，数据被同时写入到两个或更多的硬盘中。每一个硬盘都包含完全相同的数据集，因此，即使其中一个硬盘发生故障，数据也不会丢失，因为可以从另一个硬盘中恢复数据。这种技术提供了数据的冗余性，增加了数据的可靠性和可用性。

性能特点

数据冗余：RAID1通过数据的完全镜像实现冗余，确保了数据的安全性。
读取性能：由于数据在多个硬盘上都有备份，因此在进行数据读取时，可以从多个硬盘中并行读取，从而提高了读取性能。
写入性能：数据写入时需要同时写入到多个硬盘中，这可能会导致写入性能相对于单个硬盘有所下降。
高可用性：即使其中一个硬盘发生故障，系统仍然可以从另一个硬盘中读取数据，从而保证了业务的连续性。
空间利用率：RAID1的空间利用率是50%（在只有两个硬盘的情况下），因为每块硬盘都存储了相同的数据。

适用场景

RAID1通常用于对数据安全性要求极高的环境，如金融、医疗等关键业务领域。在这些领域，数据的丢失或损坏可能导致严重的后果，因此，通过RAID1技术来确保数据的完整性和可靠性是非常重要的。

RAID1以其高可靠性和数据冗余性而著称，但相应地，它牺牲了部分存储空间利用率和可能的写入性能。在选择使用RAID1时，应根据具体的应用需求和成本效益进行权衡

4、RAID0+1

RAID0+1，也被称为RAID10，是RAID 0和RAID 1的组合形式。这种RAID级别旨在结合RAID 0的高性能和RAID 1的数据安全性。RAID0+1还有一种叫法RAID10。

工作原理

RAID0+1首先将数据分割成条带（Striping），类似于RAID 0的操作，以提高存取性能。然后，这些条带化的数据会被镜像复制到另一组磁盘上，这是RAID 1的特性，用以确保数据的安全性。

性能特点

高性能：由于数据被分割成条带并分散在多个磁盘上，因此可以并行读写，显著提高了磁盘的整体性能。
数据安全性：通过镜像复制，即使某个磁盘或某组磁盘出现故障，数据也可以从镜像磁盘中恢复，确保了数据的安全性。
磁盘利用率：由于RAID0+1采用了数据镜像，因此其磁盘空间利用率相对较低，与RAID 1相似，只有50%左右。

适用场景

RAID0+1特别适用于对数据安全性和存取性能都有高要求的场景，如服务器、数据库存储以及需要处理大量数据且不能容忍数据丢失的商业应用。

RAID0+1是一种兼顾存储性能和数据安全的解决方案，但相应的存储成本较高。在选择使用RAID0+1时，应根据实际应用需求、预算以及对性能和安全性的权衡来做出决定。

5、RAID5

RAID5是一种存储解决方案，它兼顾了存储性能、数据安全和存储成本。

工作原理

数据条带化：在RAID5中，数据被分割成多个块，并按照固定大小的条带分布在不同的硬盘上。每个条带包含数据块和奇偶校验块。
奇偶校验：奇偶校验块包含对应数据块的校验信息。这些信息是通过对其他硬盘上相同位置的数据块进行异或（XOR）运算得到的。当某个硬盘发生故障时，可以使用剩余的数据块和奇偶校验块重新计算出丢失的数据块。

性能特点

读取性能：RAID5可以提高数据的读取性能，因为数据读取操作可以并行进行，每个硬盘只需读取自己所负责的数据块，然后组合起来提供完整的数据。
写入性能：数据写入操作也可以并行进行，但需要额外的计算开销来更新奇偶校验信息，因此写入速度相对于单个磁盘会稍慢。
数据安全：RAID5通过奇偶校验信息提供了数据安全保障。即使一个硬盘发生故障，也能通过校验信息恢复数据。
磁盘利用率：由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID5的磁盘空间利用率高于RAID1，但低于RAID0。

适用场景

RAID5适用于需要兼顾存储性能和数据安全性的场景，同时其成本相对较低，因为可以更有效地利用硬盘容量，减少硬盘数量和成本。它适用于企业级服务器、云存储等需要高可靠性和高性能的应用场景。

故障恢复与热备

在RAID5阵列中，当一个硬盘发生故障时，系统可以利用剩下的数据和奇偶校验信息恢复被损坏的数据。此外，RAID5还支持热备份技术，即当一个硬盘出现问题时，系统可以自动切换至备用硬盘，确保数据的正常访问。

6、mdadm命令语法

常用参数

参数	作用
-C	创建阵列模式
-v	显示执行过程
-l	指定RAID设备级别
-n	指定RAID活动设备的数量
-r	将指定成员移除RAID
-x	设置初始RAID设备的备用成员数量（热备盘）
-D	显示RAID设备的详细信息
-f	将指定的RAID成员设备设置为故障模式
-S	停止RAID设备
–zero-superblock	清除RAID信息

二、RAID0的配置与管理

1、实验拓扑

编号	磁盘类型	磁盘容量	服务器	盘位	用途
01	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n2	RAID0
02	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n3	RAID0
03	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n4	RAID0
04	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n5	RAID0

在这里插入图片描述

添加硬盘

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2、Linux服务器配置步骤

2.1 创建RAID0 磁盘

创建RAID0磁盘

mdadm --create /dev/md0 --level=0 --raid-devices=4 /dev/nvme0n{2..5}

–create /dev/md0：创建RAID磁盘，磁盘名为md0
–level=0：RAID的级别，这里创建RAID0
–raid-device=4：使用4块磁盘来创建RAID
/dev/nvme0n{2…5}：创建RAID所使用的磁盘

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查看RAID0磁盘的状态

mdadm -D /dev/md0
mdadm --detail /dev/md0

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格式化磁盘使用

mkfs.xfs /dev/md0

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创建挂载点，挂载到/dev/md0，并测试写入

mkdir /raid0
mount /dev/md0 /raid0
echo clean > /md0/clean.txt

2.2 模拟磁盘故障

将nvme0n5磁盘移除，模拟故障情况

先关闭虚拟机，然后移除磁盘5

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重启开启虚拟机，可以看到RAID0的状态为inactive

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可以看到先前的文件可能丢失也可能存在，就看数据的存储位置，目前是已经丢失

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重新测试写入数据，可以看到数据还可以写入

echo inactive > /raid0/inactive.txt

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重新连接刚刚的移除的硬盘

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选择现有磁盘

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选择磁盘的原先存储位置

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重新查看硬盘的状态，可以发现状态恢复为clean

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2.3 删除RAID0

首先查看是否存在挂载，如果有挂载，需要先卸载

df -hT				# 如果没有写入/etc/fstab文件中，重启后挂载会失效

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停止RAID0

mdadm -S /dev/md0

使用零覆盖RAID设备中的超级块，也就是清除RAID信息

mdadm --zero-superblock /dev/nvme0n{2..5}

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查看磁盘信息，可以看到RAID0已经被清除掉

lsblk

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3、Windows服务器配置步骤

2.1 创建RAID0 磁盘

打开磁盘管理器

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初始化磁盘

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新建带区卷

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选择所有硬盘

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驱动器号保持默认即可

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选择执行快速格式化

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单击【是】，将选中的基本磁盘转换为动态磁盘

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2.2 删除RAID0

打开磁盘管理器，选择RAID0的成员磁盘，右键单击【删除卷】

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此时会还原为普通的基本磁盘

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三、RAID1的配置与管理

1、实验拓扑

编号	磁盘类型	磁盘容量	服务器	盘位	用途
01	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n2	RAID0
02	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n3	RAID0
03	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n4	RAID0
04	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n5	RAID0

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2、Linux服务器配置步骤

2.1 创建RAID1 磁盘

创建RAID0磁盘

mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=4 /dev/nvme0n{2..5}

–create /dev/md0：创建RAID磁盘，磁盘名为md0
–level=1：RAID的级别，这里创建RAID1
–raid-device=4：使用4块磁盘来创建RAID
/dev/nvme0n{2…5}：创建RAID所使用的磁盘

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查看RAID1磁盘状态

mdadm -D /dev/md1

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格式化磁盘

mkfs.xfs -f /dev/md1

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创建挂载点，挂载到/dev/md1，并测试写入

mkdir /raid1
mount /dev/md1 /raid1
echo clean > /raid1/clean.txt

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2.2 模拟磁盘故障

将nvme0n5磁盘移除，模拟故障情况

先关闭虚拟机，然后移除磁盘5

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重新开启虚拟机，可以看到RAID1的状态多了一个【degraded】，同时提示少了一块硬盘

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重新挂载，可以看到之前的内容还存在

mount /dev/md1 /raid1

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尝试写入数据

echo clean,degraded > /raid1/degraded.txt

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关闭虚拟机，再添加一块硬盘

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将新添加的磁盘记载到RAID1中

mdadm /dev/md1 -a /dev/nvme0n5

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查看RAID1的状态

mdadm -D /dev/md1

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2.3 删除RAID1

首先查看是否存在挂载，如挂载提前卸载

df -hT

停止RAID1

mdadm -S /dev/md1

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清除RAID信息

mdadm --zero-superblock /dev/nvme0n{2..5}

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3、Windows服务器配置步骤

2.1 创建RAID1 磁盘

打开磁盘管理器

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选择任意一个目标磁盘，右键单击，在弹出的选项框中选择【新建镜像卷】

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选择磁盘中，镜像卷只能选择两个同大小的磁盘，其中一个存储数据，一个作为备份盘

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其余选项保持默认即可，勾选【执行快速格式化】

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单击【是】，将选中的基本磁盘转换为动态磁盘

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查看镜像卷

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2.2 删除RAID1磁盘

选中RAID1磁盘的成员磁盘，右键单击，在弹出的选项框中选择【删除卷】

删除镜像：会删除掉两个磁盘之间的镜像关系，也就是复制关系
中断镜像：暂停镜像关系

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单击【是】，即可删除RAID1

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删除掉镜像后，磁盘会转化为基本磁盘

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四、RAID5的配置与管理

1、实验拓扑

编号	磁盘类型	磁盘容量	服务器	盘位	用途
01	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n2	RAID0
02	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n3	RAID0
03	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n4	RAID0
04	NVMe	10G	Linux服务器/WindowsServer服务器	nvme0n5	RAID0

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1、Linux服务器配置步骤

2.1 创建RAID5 磁盘

创建RAID0磁盘

mdadm --create /dev/md5 --level=1 --raid-devices=3 -x 1 /dev/nvme0n{2..5}

–create /dev/md0：创建RAID磁盘，磁盘名为md0
–level=1：RAID的级别，这里创建RAID1
–raid-device=4：使用4块磁盘来创建RAID
-x 1：创建一块备用盘
/dev/nvme0n{2…5}：创建RAID所使用的磁盘

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查看RAID1磁盘状态

mdadm -D /dev/md5

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格式化磁盘

mkfs.xfs -f /dev/md5

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将RAID5配置信息写入到配置文件中，配置文件默认不存在

echo 'DEVICE /dev/nvme0n{2..5}' >> /etc/mdadm.conf
mdadm -Ds >> /etc/mdadm.conf

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创建挂载点，挂载到/dev/md1，并测试写入

mkdir /raid5
mount /dev/md5 /raid5
echo clean > /raid5/clean.txt

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2.2 模拟磁盘故障

将指定RAID设备成员设置为故障模式，模拟磁盘发生故障

mdadm /dev/md5 -f /dev/nvme0n2

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再次查看RAID5的状态，发现热备的磁盘自动替换掉了故障磁盘

mdadm -D /dev/md5

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可以正常写入数据

echo clean,degraded,recovering > /raid1/degraded.txt

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将坏盘移除

mdadm /dev/md5 -r /dev/nvme0n2

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添加一块新硬盘作为热备盘

mdadm /dev/md5 -a /dev/nvme0n6

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查看RAID5的状态，可以看到新添加的硬盘自动作为了热备盘

mdadm -D /dev/md5

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2.3 删除RAID1

首先查看是否存在挂载，如挂载提前卸载

df -hT

停止RAID1

mdadm -S /dev/md5

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清除RAID信息

mdadm --zero-superblock /dev/nvme0n{2..6}

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3、Windows服务器配置步骤

2.1 创建RAID5 磁盘

打开磁盘管理器

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选择任意一个磁盘，右键单击，在弹出的提示框中选择【新建RAID-5卷】
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将所有的磁盘选中

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其余选项默认下一步即可，勾选【执行快速格式化】

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单击【是】，将选中的基本磁盘转换为动态磁盘

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查看转换后的RAID5卷，等待同步完成即可

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同步完成
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2.3 删除RAID5

单击任意一块成员磁盘，在弹出的对话框中选择【删除卷】

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单击【是】即可删除RAID5
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删除后，磁盘会转化为基本磁盘
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