17 RAID与mdadm管理命令

　　在"14 磁盘及文件系统管理详解"中，我们详细介绍了磁盘的工作原理，但是，有一点我们一定要明白，作为现在存储数据的主要设备，机械磁盘早就是上个世纪的产品，而它的读写速度与内存、CPU比起来已经不在一个级别上，但是当前“大数据”背景下，我们有大量的数据需要进行存储，这样对磁盘的要求更加高了。

　　为了解决，或者是缓解磁盘读写存储速度慢，以及保证数据的冗余性，我们创建了RADI技术，同时，通过mdadm命令来管理软RAID。这一节内容，我们就来详细了解RAID技术和mdadm管理命令。

硬盘的分类（接口）

　　我们说电脑的核心部件为CPU、内存和I/O总线；他们之间的大概工作过程如下图：

　　　　1、我们要知道，系统要实现某一个应用的功能，就需要对应的启动这个应用的进程。而这个进程的运行与否，则取决于内核进程。所以，第一步，我们需要将内核进程调用CPU上，让内核进程调用你要实现的那个应用的进程内容。而这些进程内容默认都是存储在内存中的；

　　　　所以，我们说内存的大小直接决定了进程运行的快慢；

　　　　【这里要注意的是，我们的内存将进程分为一个一个的“页面”，而“页面”的大小正好就是2^n，所以，我们的磁盘上的数据块（block）的大小，也是以2^n来进行存储的，就是为了方便内存调用】

　　　　2、内核进程决定调用的哪个普通进程，比如，我要运行“mkdir”创建目录，则这个时候，“mkdir”的进程就会被调用到CPU上来运行；这个过程就是由内核进程来决定的；

　　　　3、“mkdir”的进程决定了调用磁盘的那些数据，而这个过程则由CPU通过控制总线来向磁盘发起控制指令；例如：运行 “mkdir /test” 则此时，CPU就会控制在 / 目录对应的磁盘来创建 test 目录；

　　　　4、如果是数据调用，则这个数据会通过数据总线，从磁盘上调用到内存中，方便应用进程来对该数据进行处理；

　　明白这个过程后，我们需要明白一个问题；不管是在数据传输、还是指令传输的时候，我们的CPU、磁盘、内存都来自于不同的厂家，而这些厂家之间的指令都是不同的。就好像一个说英语的和一个说汉语的之间无法沟通。这时候，我就需要两个东西来解决这个问题：1、驱动；2、控制器（接口）

　　驱动我们不多研究，这里我们重点说磁盘控制器：

　　主板上不同的接口，就是不同设备的控制器，他们都担任着控制指令转换的任务，也就是将CPU的控制指令装换为各个设备能够识别的控制指令。在保证指令能够读懂的情况下，来进行数据传输；

　　在硬盘设备上，我们根据不同的接口来区分不同的硬盘：

　　　　1、IDE并行总线：133Mbps

　　　　2、SATA串行总线：300Mbps、600Mbps

　　　　3、USB3.0串行接口：480Mbps

　　　　4、SCSI（small computer system interface 小型计算机系统接口）并行总线

　　　　5、SAS将SCSI并行总线接口作为串行总线接口

　　此时，我们回到我们最初提出的问题，在一台繁忙的服务器上面，单块磁盘没办法满足内存对于数据读取速度的要求了。这是候，就出现了RAID技术；

RAID的工作原理

　　RAID原理说白了，就是将多个磁盘同时为服务器提供数据读取与写入的服务；

　　原来磁盘用来连接服务器的那个接口，不再用来直接连接硬盘，而是连接一个特定的设备，而这个设备能将一个接口模拟成多个接口，用来连接硬盘，而接主机的那个口依然只有一个，这样，在CPU看来，后面接的硬盘依然是一个，而实际上已经接上了多个磁盘；

　　而这个中间设备，我们就叫做RAID（可以是硬件，也可以由软件模拟，模拟的叫软RAID，而硬件搭建的叫硬RAID，这内容我们之后再提），Redundant arrays of dependent disks 独立的磁盘冗余阵列。现在，它已经成为了一个企业级存储的标准解决方案；

条带与镜像

　　RAID如何进行数据存储呢？

　　100M的数据，将其存储于两个磁盘上，如果按照block单位来存储，则会被切分为过小的数据，不太适合，为了方便将数据存储，我们使用条带技术，将数据均匀的切分为多个“条带”；如下图，将100M的数据分为两个50M的条带分别存储于两块磁盘上；

　　在数据进行读取的时候，也是从来块次磁盘上面同时读取；

　　但是这样来存储数据也有一个问题，如果任何一个磁盘上的数据出现问题，则整个数据就无法读取了；

　　RAID如何进行数据冗余呢？（镜像）

　　为了解决条带技术带来的数据容易丢失的问题，我们又通过镜像的方式来对数据进行备份，这种方式就是将同一份数据在两个磁盘上都存放一份，其中一个磁盘数据丢失，还有另外一个磁盘的数据还在；但是，这种方式使得数据读写速度降低。

　　所以，就产生了各种级别的RAID。

RAID级别

　　首先，RAID级别仅仅只是代表磁盘的组织方式不同，没有上下之分；

　　RAID0　　条带技术，实现的即为RAID0

　　RAID1　　镜像技术，实现的即为RAID1

　　RAID10　　对磁盘先做RAID1，在对磁盘做RAID0，则是RAID10

　　　　A,B两盘做RAID1，C,D两盘做RAID1，然后再一起做RAID0；

　　RAID01

　　　　A,B两盘先做RAID0，C,D两盘先做RAID0，然后再一起做RAID1；

　　　　R10要比R01好，因为，如果A,B做的RAID1，当B盘出现故障的时候，则在数据恢复的时候就可以直接从A盘进行数据恢复；如果A,B做的是RAID0，当B盘出现故障的时候，则在数据恢复的时候，就需要从C,D两盘中获取数据进行恢复；

　　RAID4　　最少要三块盘，才能实现RAID4；其中一块校验盘，如果A,B或者校验盘任何一块盘坏了，都可以进行数据恢复。但是，在读取或者存储数据的时候都要经过校验盘，所以，这大大影响了数据的读取；于是就有了RAID5；

　　RAID5　　如下图，相对于RAID4而言，RAID5则是将校验数据分布在各个磁盘上，则时候就不会单独拿出一个磁盘来作为校验盘了。这就解决了RAID4校验盘影响数据读写速度的问题；【这是最常用的RAID方式】

　　RAID50　　磁盘先做RAID5，在做RAID0；

　　RAID6　　相对于RAID5而言，RAID5只做了一次数据校验，而RAID6则由添加了一次数据校验的过程；

　　JBOD　　磁盘大小可以不停的累加，当单个文件特别大的时候，并且在逐渐变大的时候，空间不够用了，就可以使用该技术；Hadoop就需要使用到该技术；

硬RAID与软RAID

　　硬RAID是由特定的RAID卡来完成工作的。

　　这个RAID卡上包含自己的控制芯片，自己的内存，以及供电电池；硬RAID的配置需要在BIOS里面完成；做好了RAID以后，CPU是无法看到你的真正的磁盘了，而是一些虚拟的磁盘；当CPU需要将数据写入磁盘的时候，这时现将数据缓存在RAID卡上的内存上面，然后慢慢写入到磁盘中；当CPU要读取数据的时候，这个工作就由RAID的芯片来完成；

　　软RAID的实现是通过系统内核模块md(multi disks)来完成。

　　首先md会模拟出一个逻辑设备来，这个逻辑设备就是以md开头的文件，例如/dev/md0最后的数字只是一个标号而已；再进行数据存储的时候就会通过你对应的RAID级别进行存储；所以软RAID是由你的CPU完成的，这个性能是无法保证的；

mdadm管理命令（软RAID）

mdadm（md admin）md的管理器；将任何块设备做成RAID；
　　-C 创建

　　-l 级别　　指定级别

　　-n　　设备个数

　　-c　　chunk大小

　　--add

　　--del

　　-F　　监控查看

　　-G　　增加

　　-A　　装配

　　-x　　指定空闲盘自动填充坏盘
　　　　例如：mdadm -C /dev/md0 -a yes -l 0 -n 2 /dev/sdb{1,2}

　　　　　　 【在创建这个虚拟的RAID磁盘的过程中，我们可以通过 cat /proc/mdstat 文件，看到磁盘的同步过程】
　　　　　　  cat /proc/mdstat或fdisk -l查看创建RAID的相关信息；
　　　　　　  mount /dev/md0 /mnt 挂载就能使用了

　　　　例如：mdadm -C /dev/md1 -a yes -n 2 -l 1 -x 1 /dev/sdb{1,2,3}　　　#指定/dev/md1磁盘，然后 -x 指定一个备份盘；
   　　　　　　 mke2fs -j /dev/md1  格式化
   　　　　　　 mount /dev/md1 /media/  挂载

　　　　　　    mdadm -D /dev/md1 显示磁盘阵列RAID的详细信息

　　-f　　可以模拟坏盘

　　　　　　mdadm /dev/md1 -f /dev/sdb1　　#将sdb1模拟损坏

　　-r　　移除坏盘

　　　　　　mdadm /dev/md1 -r /dev/sdb1　　#将sdb1拔出来
　　-S　　暂停运行整个磁盘阵列

　　　　　　mdadm -S /dev/md1　　#停止这个整列

　　-A　　再次启动磁盘整列
   　　　　　mdadm -A /dev/md1 /dev/sdb{1,2}  重新再启用这个RAID

watch 周期性的执行某命令，并以全屏的方式显示这个结果；

　　-n 制定周期长度

　　　　例如：watch -n 5 ‘命令’　　#将当前RAID信息保存至配置文件，以便以后进行装配
   　　　　 　　mdadm -D --scan > /etc/mdadm.conf