RAID 的意思是廉價(jià)磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks），但現(xiàn)在它被稱為獨(dú)立磁盤冗余陣列（Redundant Array of Independent Drives）。早先一個(gè)容量很小的磁盤都是非常昂貴的，但是現(xiàn)在我們可以很便宜的買到一個(gè)更大的磁盤。Raid 是一系列放在一起，成為一個(gè)邏輯卷的磁盤集合。

在 Linux 中理解 RAID 設(shè)置

RAID 包含一組或者一個(gè)集合甚至一個(gè)陣列。使用一組磁盤結(jié)合驅(qū)動(dòng)器組成 RAID 陣列或 RAID 集。將至少兩個(gè)磁盤連接到一個(gè) RAID 控制器，而成為一個(gè)邏輯卷，也可以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)器放在一個(gè)組中。一組磁盤只能使用一個(gè) RAID 級(jí)別。使用 RAID 可以提高服務(wù)器的性能。不同 RAID 的級(jí)別，性能會(huì)有所不同。它通過容錯(cuò)和高可用性來保存我們的數(shù)據(jù)。

這個(gè)系列被命名為“在 Linux 下使用 RAID”，分為9個(gè)部分，包括以下主題：

• 第1部分：介紹 RAID 的級(jí)別和概念
• 第2部分：在Linux中如何設(shè)置 RAID0（條帶化）
• 第3部分：在Linux中如何設(shè)置 RAID1（鏡像化）
• 第4部分：在Linux中如何設(shè)置 RAID5（條帶化與分布式奇偶校驗(yàn)）
• 第5部分：在Linux中如何設(shè)置 RAID6（條帶雙分布式奇偶校驗(yàn)）
• 第6部分：在Linux中設(shè)置 RAID 10 或1 + 0（嵌套）
• 第7部分：增加現(xiàn)有的 RAID 陣列并刪除損壞的磁盤
• 第8部分：在 RAID 中恢復(fù)（重建）損壞的驅(qū)動(dòng)器
• 第9部分：在 Linux 中管理 RAID

這是9篇系列教程的第1部分，在這里我們將介紹 RAID 的概念和 RAID 級(jí)別，這是在 Linux 中構(gòu)建 RAID 需要理解的。

軟件 RAID 和硬件 RAID

軟件 RAID 的性能較低，因?yàn)槠涫褂弥鳈C(jī)的資源。 需要加載 RAID 軟件以從軟件 RAID 卷中讀取數(shù)據(jù)。在加載 RAID 軟件前，操作系統(tǒng)需要引導(dǎo)起來才能加載 RAID 軟件。在軟件 RAID 中無需物理硬件。零成本投資。

硬件 RAID 的性能較高。他們采用 PCI Express 卡物理地提供有專用的 RAID 控制器。它不會(huì)使用主機(jī)資源。他們有 NVRAM 用于緩存的讀取和寫入。緩存用于 RAID 重建時(shí)，即使出現(xiàn)電源故障，它會(huì)使用后備的電池電源保持緩存。對(duì)于大規(guī)模使用是非常昂貴的投資。

硬件 RAID 卡如下所示：

硬件 RAID

重要的 RAID 概念

• 校驗(yàn)方式用在 RAID 重建中從校驗(yàn)所保存的信息中重新生成丟失的內(nèi)容。 RAID 5，RAID 6 基于校驗(yàn)。
• 條帶化是將切片數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)到多個(gè)磁盤。它不會(huì)在單個(gè)磁盤中保存完整的數(shù)據(jù)。如果我們使用2個(gè)磁盤，則每個(gè)磁盤存儲(chǔ)我們的一半數(shù)據(jù)。
• 鏡像被用于 RAID 1 和 RAID 10。鏡像會(huì)自動(dòng)備份數(shù)據(jù)。在 RAID 1 中，它會(huì)保存相同的內(nèi)容到其他盤上。
• 熱備份只是我們的服務(wù)器上的一個(gè)備用驅(qū)動(dòng)器，它可以自動(dòng)更換發(fā)生故障的驅(qū)動(dòng)器。在我們的陣列中，如果任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)器損壞，熱備份驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)用于重建 RAID。
• 塊是 RAID 控制器每次讀寫數(shù)據(jù)時(shí)的最小單位，最小 4KB。通過定義塊大小，我們可以增加 I/O 性能。

RAID有不同的級(jí)別。在這里，我們僅列出在真實(shí)環(huán)境下的使用最多的 RAID 級(jí)別。

• RAID0 = 條帶化
• RAID1 = 鏡像
• RAID5 = 單磁盤分布式奇偶校驗(yàn)
• RAID6 = 雙磁盤分布式奇偶校驗(yàn)
• RAID10 = 鏡像 + 條帶。（嵌套R(shí)AID）

RAID 在大多數(shù) Linux 發(fā)行版上使用名為 mdadm 的軟件包進(jìn)行管理。讓我們先對(duì)每個(gè) RAID 級(jí)別認(rèn)識(shí)一下。

RAID 0 / 條帶化

條帶化有很好的性能。在 RAID 0（條帶化）中數(shù)據(jù)將使用切片的方式被寫入到磁盤。一半的內(nèi)容放在一個(gè)磁盤上，另一半內(nèi)容將被寫入到另一個(gè)磁盤。

假設(shè)我們有2個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，例如，如果我們將數(shù)據(jù)“TECMINT”寫到邏輯卷中，“T”將被保存在***盤中，“E”將保存在第二盤，'C'將被保存在***盤，“M”將保存在第二盤，它會(huì)一直繼續(xù)此循環(huán)過程。（LCTT 譯注：實(shí)際上不可能按字節(jié)切片，是按數(shù)據(jù)塊切片的。）

在這種情況下，如果驅(qū)動(dòng)器中的任何一個(gè)發(fā)生故障，我們就會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因?yàn)橐粋€(gè)盤中只有一半的數(shù)據(jù)，不能用于重建 RAID。不過，當(dāng)比較寫入速度和性能時(shí)，RAID 0 是非常好的。創(chuàng)建 RAID 0（條帶化）至少需要2個(gè)磁盤。如果你的數(shù)據(jù)是非常寶貴的，那么不要使用此 RAID 級(jí)別。

• 高性能。
• RAID 0 中容量零損失。
• 零容錯(cuò)。
• 寫和讀有很高的性能。

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RAID 1 / 鏡像化

鏡像也有不錯(cuò)的性能。鏡像可以對(duì)我們的數(shù)據(jù)做一份相同的副本。假設(shè)我們有兩個(gè)2TB的硬盤驅(qū)動(dòng)器，我們總共有4TB，但在鏡像中，但是放在 RAID 控制器后面的驅(qū)動(dòng)器形成了一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器，我們只能看到這個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器有2TB。

當(dāng)我們保存數(shù)據(jù)時(shí)，它將同時(shí)寫入這兩個(gè)2TB驅(qū)動(dòng)器中。創(chuàng)建 RAID 1（鏡像化）最少需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器。如果發(fā)生磁盤故障，我們可以通過更換一個(gè)新的磁盤恢復(fù) RAID 。如果在 RAID 1 中任何一個(gè)磁盤發(fā)生故障，我們可以從另一個(gè)磁盤中獲取相同的數(shù)據(jù)，因?yàn)榱硗獾拇疟P中也有相同的數(shù)據(jù)。所以是零數(shù)據(jù)丟失。

• 良好的性能。
• 總?cè)萘縼G失一半可用空間。
• 完全容錯(cuò)。
• 重建會(huì)更快。
• 寫性能變慢。
• 讀性能變好。
• 能用于操作系統(tǒng)和小規(guī)模的數(shù)據(jù)庫。

RAID 5 / 分布式奇偶校驗(yàn)

RAID 5 多用于企業(yè)級(jí)。 RAID 5 的以分布式奇偶校驗(yàn)的方式工作。奇偶校驗(yàn)信息將被用于重建數(shù)據(jù)。它從剩下的正常驅(qū)動(dòng)器上的信息來重建。在驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，這可以保護(hù)我們的數(shù)據(jù)。

假設(shè)我們有4個(gè)驅(qū)動(dòng)器，如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障而后我們更換發(fā)生故障的驅(qū)動(dòng)器后，我們可以從奇偶校驗(yàn)中重建數(shù)據(jù)到更換的驅(qū)動(dòng)器上。奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)在所有的4個(gè)驅(qū)動(dòng)器上，如果我們有4個(gè) 1TB 的驅(qū)動(dòng)器。奇偶校驗(yàn)信息將被存儲(chǔ)在每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的256G中，而其它768GB是用戶自己使用的。單個(gè)驅(qū)動(dòng)器故障后，RAID 5 依舊正常工作，如果驅(qū)動(dòng)器損壞個(gè)數(shù)超過1個(gè)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。

• 性能卓越
• 讀速度將非常好。
• 寫速度處于平均水準(zhǔn)，如果我們不使用硬件 RAID 控制器，寫速度緩慢。
• 從所有驅(qū)動(dòng)器的奇偶校驗(yàn)信息中重建。
• 完全容錯(cuò)。
• 1個(gè)磁盤空間將用于奇偶校驗(yàn)。
• 可以被用在文件服務(wù)器，Web服務(wù)器，非常重要的備份中。

RAID 6 雙分布式奇偶校驗(yàn)磁盤

RAID 6 和 RAID 5 相似但它有兩個(gè)分布式奇偶校驗(yàn)。大多用在大數(shù)量的陣列中。我們最少需要4個(gè)驅(qū)動(dòng)器，即使有2個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障，我們依然可以更換新的驅(qū)動(dòng)器后重建數(shù)據(jù)。

它比 RAID 5 慢，因?yàn)樗鼘?shù)據(jù)同時(shí)寫到4個(gè)驅(qū)動(dòng)器上。當(dāng)我們使用硬件 RAID 控制器時(shí)速度就處于平均水準(zhǔn)。如果我們有6個(gè)的1TB驅(qū)動(dòng)器，4個(gè)驅(qū)動(dòng)器將用于數(shù)據(jù)保存，2個(gè)驅(qū)動(dòng)器將用于校驗(yàn)。

• 性能不佳。
• 讀的性能很好。
• 如果我們不使用硬件 RAID 控制器寫的性能會(huì)很差。
• 從兩個(gè)奇偶校驗(yàn)驅(qū)動(dòng)器上重建。
• 完全容錯(cuò)。
• 2個(gè)磁盤空間將用于奇偶校驗(yàn)。
• 可用于大型陣列。
• 用于備份和視頻流中，用于大規(guī)模。

RAID 10 / 鏡像+條帶

RAID 10 可以被稱為1 + 0或0 +1。它將做鏡像+條帶兩個(gè)工作。在 RAID 10 中首先做鏡像然后做條帶。在 RAID 01 上首先做條帶，然后做鏡像。RAID 10 比 01 好。

假設(shè)，我們有4個(gè)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)我邏輯卷上寫數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)使用鏡像和條帶的方式將數(shù)據(jù)保存到4個(gè)驅(qū)動(dòng)器上。

如果我在 RAID 10 上寫入數(shù)據(jù)“TECMINT”，數(shù)據(jù)將使用如下方式保存。首先將“T”同時(shí)寫入兩個(gè)磁盤，“E”也將同時(shí)寫入另外兩個(gè)磁盤，所有數(shù)據(jù)都寫入兩塊磁盤。這樣可以將每個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制到另外的磁盤。

同時(shí)它將使用 RAID 0 方式寫入數(shù)據(jù)，遵循將“T”寫入***組盤，“E”寫入第二組盤。再次將“C”寫入***組盤，“M”到第二組盤。

• 良好的讀寫性能。
• 總?cè)萘縼G失一半的可用空間。
• 容錯(cuò)。
• 從副本數(shù)據(jù)中快速重建。
• 由于其高性能和高可用性，常被用于數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)中。

結(jié)論

在這篇文章中，我們已經(jīng)了解了什么是 RAID 和在實(shí)際環(huán)境大多采用哪個(gè)級(jí)別的 RAID。希望你已經(jīng)學(xué)會(huì)了上面所寫的。對(duì)于 RAID 的構(gòu)建必須了解有關(guān) RAID 的基本知識(shí)。以上內(nèi)容可以基本滿足你對(duì) RAID 的了解。

在接下來的文章中，我將介紹如何設(shè)置和使用各種級(jí)別創(chuàng)建 RAID，增加 RAID 組（陣列）和驅(qū)動(dòng)器故障排除等。