一、背景

        RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）是一种将多个物理硬盘驱动器组合成单一逻辑单元的技术，目的是提高存储性能、可靠性和/或数据冗余度。虽然早期的名字中包含“独立”（Independent），后来通常解释为“相互依存”（Interdependent），反映了磁盘之间的相互依赖关系。

       RAID技术可以分为多个级别，每个级别有不同的特性和用途。以下是常见的几种RAID级别

1. RAID 0 (Striping):

   • 特点：数据被分割并行存储在多个磁盘上。
   • 优点：提高了数据访问速度。
   • 缺点：没有数据冗余，任意一块磁盘故障会导致所有数据丢失。

2. RAID 1 (Mirroring):

   • 特点：数据在两个或更多的磁盘上完全复制。
   • 优点：提供了数据冗余，提高了数据可靠性。
   • 缺点：存储效率较低，因为每一份数据都需要两倍的空间。

3. RAID 5 (Striping with Distributed Parity):

   • 特点：数据分布在多个磁盘上，并且每个条带组包含一个奇偶校验块。
   • 优点：提供了数据冗余，并且在单个磁盘故障时仍能保证数据完整。
   • 缺点：在重建过程中性能会下降，而且只能容忍一个磁盘故障。

4. RAID 6 (Striping with Dual Parity):

   • 特点：类似于RAID 5，但有两个奇偶校验块，可以容忍两个磁盘同时故障。
   • 优点：提供了更高的数据冗余度。
   • 缺点：存储效率比RAID 5更低。

5. RAID 10 (Striping with Mirroring):

   • 特点：结合了RAID 0和RAID 1的优点，先镜像再条带化。
   • 优点：同时拥有RAID 0的速度和RAID 1的数据保护。
   • 缺点：成本较高，因为需要四块磁盘才能形成一个有效的RAID 10阵列。

6. RAID 0+1 (Striping with Mirroring):

   • 特点：先条带化再镜像，与RAID 10类似。
   • 优点：同样结合了速度和数据保护。
   • 缺点：同样成本较高。

二、实现方式

1、硬件实现

        硬件RAID通常是通过专门的RAID控制器来实现的。这种控制器内置了处理RAID算法的专用硬件，可以直接处理磁盘数据的条带化（striping）、镜像（mirroring）或奇偶校验（parity checking）等功能，减轻主机CPU的负担。

优点

1. 性能高：由于RAID处理任务由专用硬件承担，不会占用主机CPU资源，因此通常具有较高的I/O性能。
2. 独立性：硬件RAID控制器通常是独立于主机系统的，更换操作系统或硬件时不需要重新配置RAID。
3. 热插拔：支持热插拔功能，可以在不关闭系统的情况下更换磁盘。
4. 高级特性：一些高端RAID控制器支持更高级的功能，如缓存加速、电池备份保护等。

缺点

1. 成本高：相对于软件RAID而言，硬件RAID需要额外购买RAID控制器，增加了成本。
2. 互操作性差：不同品牌或型号的RAID控制器之间可能存在兼容性问题。
3. 局限性：某些低端RAID控制器可能在处理复杂任务时表现不佳，如RAID 5或RAID 6。

2、软件实现

         软件RAID是通过操作系统内核中的驱动程序或用户空间工具来实现的。所有的RAID处理任务都是由主机CPU来完成的。Linux下的mdadm就是一个常用的软件RAID工具。

优点

1. 灵活性高：可以根据需要灵活配置RAID级别和参数。
2. 成本低：无需额外硬件，只需要支持操作系统即可。
3. 便携性强：配置文件保存在磁盘上，可以跨平台迁移。
4. 开放性好：由于是基于标准协议，所以互操作性较好。

缺点

1. 性能受限：由于RAID处理任务由主机CPU承担，因此可能会影响整体性能。
2. 依赖操作系统：如果操作系统崩溃，可能会导致RAID配置不可用。
3. 热插拔限制：虽然现代操作系统支持热插拔，但在某些情况下可能不如硬件RAID方便。

3、对比总结

        选择硬件RAID还是软件RAID，取决于具体的应用场景和需求。对于需要高性能、高可靠性的关键业务，硬件RAID可能是更好的选择。而对于成本敏感或需要高度定制化的环境，软件RAID则更为合适。在实际部署时，还需要考虑现有的硬件和软件环境，以及维护和管理的成本。

        从我实际工作来看，几乎没人会用软件实现RAID，影响性能不说，安全性也不得到保证。操作系统崩溃这些原因，也可能导致RAID数据找不回来或者访问不了了。 软件实现纯属学习用途。

        毕竟软件层面也只是记录了一下把硬件层面等东西进行抽象记录，最后模拟硬件RAID冗余原理实现数据冗余备份。 那如果操作系统哪天崩了，数据都找不回，亏大发。

        但是硬件层面的RAID阵列卡，坏的概率相对较低。毕竟没人整体去操作和碰这个硬件阵列卡。硬件阵列卡和操作系统解耦了，操作系统崩了和我本身阵列卡没关系。相互之间几乎不会收到影响。

 三、RockyLinux安装与软件RAID实验

1、安装RockyLinux

        Centos7已经已停止维护了，改用RockyLinux。

        官网: https://rockylinux.org      

         下载最小版本的ISO镜像文件。

2、安装mdadm软件

yum install mdadm -y

 

3、虚拟机添加5块硬盘

 

4、mdadm创建RAID5

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

1. --create: 创建一个新的RAID阵列。
2. /dev/md0: 指定新创建的RAID阵列的设备名称。
3. --auto=yes: 自动启动RAID阵列，不需要手动确认。
4. --level=5: 指定创建的RAID类型为RAID 5。RAID 5提供数据分布和奇偶校验信息分散在所有磁盘上，可以容忍单个磁盘的故障。
5. --chunk=256K: 指定条带（stripe）的大小为256KB。较大的条带可以改善顺序读取性能，较小的条带可以改善随机读取性能。
6. --raid-devices=4: 指定参与RAID阵列的有效磁盘数量为4。在RAID 5中，有效磁盘数量减去1等于可以容忍的故障磁盘数量。
7. --spare-devices=1: 指定使用1块磁盘作为备用磁盘（hot spare）。当某个磁盘故障时，备用磁盘会自动加入阵列并进行数据重建。
8. /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf: 指定用于创建RAID阵列的磁盘列表。在这个例子中，共有5块磁盘，其中4块用于构成RAID 5阵列，1块作为备用磁盘。

 

5、查看md0的构建情况

madm --detail /dev/md0

 

上图可以看到构建百分比，百分比进度到100%这个md0设备才能正常使用。等到100%，如图所示:   可以看到B、C、D、E  4个盘处于活跃状态， F盘处于备用状态

 6、为md0创建文件系统且初始化

mkfs.xfs -f -d su=256k,sw=3 -r extsize=768k /dev/md0

7、mount挂载使用md0

mount /dev/md0 /data/

 8、模拟B盘故障,F盘作为备用盘会自动顶上去

mdadm --fail /dev/md0 /dev/sdb

 查看md0状态:

我们发现此时F盘作为备用盘顶上来， B盘已经损坏， 数据在重新构建中。构建完毕如下:

此时再查看数据,数据正常读取和写入:

  四、总结

        通过软件实现RAID仅仅只是一个学习过程，可以模拟磁盘损坏，备用磁盘会顶上去以及各种过程。但是，生产环境基本上没人会用软件层面实现RAID，一般都会购买磁盘阵列RAID硬件卡来实现RAID，才能保证性能和安全性、可靠性。