Linux软件RAID：数据冗余与性能提升的完美融合

🐇明明跟你说过：个人主页

🏅个人专栏：《Linux ：从菜鸟到飞鸟的逆袭》🏅

🔖行路有良友，便是天堂🔖

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

💕💕💕每一次的分享都是一次成长的旅程，感谢您的陪伴和关注。希望这些关于Linux的文章能陪伴您走过技术的一段旅程，共同见证成长和进步！😺😺😺

🧨🧨🧨让我们一起在技术的海洋中探索前行，共同书写美好的未来！！！