八RAID磁盘阵列及CentOS7系统启动流程

Posted 2022-02-18 wete

 

1.RAID概念

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）：（廉价冗余磁盘阵列）：多个磁盘组合成的一种形式，以提升磁盘的读写速度，可靠性。

RAID的创建有两种方式：软RAID，硬RAID

RAID几种常见的类型

RAID类型		最低磁盘个数	空间利用率	各自的优缺点
级 别	说 明
RAID0	条带卷	2+	100%	读写速度快，不容错
RAID1	镜像卷	2	50%	读写速度一般，容错
RAID5	带奇偶校验的条带卷	3+	(n-1)/n	读写速度快，容错，允许坏一块盘
RAID10	RAID1的安全+RAID0的高速	4	50%	读写速度快，容错

 

 

 2.RAID有三个关键技术：

镜像：提供了数据的安全性；

条带（块大小也可以说是条带的粒度），它的存在的就是提供了数据并发性

数据的校验：提供了数据的安全

 

3.Raid相对于单个磁盘优点：

RAID-0的工作原理

条带 （strping），也是我们最早出现的RAID模式

需磁盘数量:2块以上(大小最好相同)，是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要2块以上的硬盘即可.

特点:成本低，可以提高整个磁盘的性能。RAID 0没有提供冗余或错误修复能力，速度快.

任何一个磁盘的损坏将损坏全部数据；磁盘利用率为100%。

 

 

RAID-1的工作原理

mirroring（镜像卷），需要磁盘两块以上

原理: 是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件，(同步)

特点:  RAID 1 mirroring（镜像卷），至少需要两块硬盘

磁盘利用率为50%，即2块100G的磁盘构成RAID1只能提供100G的可用空间。如下图

 

 

 

 

 

RAID-5

需要三块或以上硬盘，可以提供热备盘实现故障的恢复；只损坏一块，没有问题。但如果同时损坏两块磁盘，则数据将都会损坏。 空间利用率： (n-1)/n   2/3  如下图所示

 

 

 

 奇偶校验信息的作用:

当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

 

扩展：异或运算

所谓的“奇偶校验”可以简单理解为二进制运算中的“异或运算”，通常用 xor 标识。

 

 

 

    最左边的是原始数据，右边分别是三块硬盘，假设第二块硬盘出了故障，通过第一块硬盘上的 1 和第三块硬盘上的 1 xor 2，就能够还原出 2。同理可以还原出 3 和 8。至于 5 xor 6 则更简单了，直接用 5 和 6 运算出来即可。

    一句话解释 raid 5 的数据恢复原理就是：都是用公式算出来的。

  

  嵌套RAID级别

RAID-10镜像+条带

         RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0。

 

 

 

 

 4.RAID硬盘失效处理

一般两种处理方法：热备和热插拔

热备：HotSpare

定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性

热插拔：HotSwap

定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的物理硬盘替换RAID系统中失效硬盘。

全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享

专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

如下图所示：是一个全局热备的示例，该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个失效硬盘

 

 

 

 

5.RAID-0-1-5-10搭建及使用-删除RAID及注意事项

RAID的实现方式

面试题：我们做硬件RAID，是在装系统前还是之后？

答：先做阵列才装系统 ，一般服务器启动时，有显示进入配置Riad的提示。

硬RAID：需要RAID卡，我们的磁盘是接在RAID卡的，由它统一管理和控制。数据也由它来进行分配和维护；它有自己的cpu，处理速度快

软RAID：通过操作系统实现

 

 6.Mdadm命令详解

 mdadm命令常见参数解释：

参数	作用
-a	检测设备名称  添加磁盘
-n	指定设备数量
-l	指定RAID级别
-C	创建
-v	显示过程
-f	模拟设备损坏
-r	移除设备
-Q	查看摘要信息
-D	查看详细信息
-S	停止RAID磁盘阵列

 

 

7.实战搭建raid10阵列

1.新添加4块硬盘

 

 第一步：查看磁盘

[[email protected] ~]# ls /dev/sd*

/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：下载mdadm

[[email protected] ~]# yum install mdadm -y

 

第三步：创建raid10阵列

[[email protected] ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 4 -l 10 /dev/sdb,c,d,e

-C:创建

V:显示过程

-a:检测设备名称添加磁盘

-n:指定设备数量

-l:指定RAID级别                       

 

 

第四步：格式磁盘阵列为xfs

 

[[email protected] ~]# mkfs.xfs /dev/md0

mapper/ mcelog  md0     mem     midi    mqueue/

 

第五步：挂载

[[email protected] ~]# mkdir /raid10

[[email protected] ~]# mount /dev/md0 /raid10

[[email protected] ~]# df -h

 

第六步：查看/dev/md0的详细信息m

[[email protected] ~]# mdadm -D /dev/md0/dev/md0:

 

第七步：写入到配置文件中

[[email protected] ~]# echo "/dev/md0 /raid10 ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

 -D：查看详细信息

 

 8.损坏磁盘阵列及修复

 

第一步：模拟设备损坏

[[email protected] ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb

-f: 模拟设备损坏

[[email protected] ~]# mdadm -D /dev/md0/dev/md0:

-D:查看详细信息

 

第二步：添加新的磁盘

[[email protected] ~]# reboot

[[email protected] ~]# umount /raid10

[[email protected] ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb

*-a:检测设备名称,添加磁盘      

[[email protected] ~]# mdadm -D  /dev/md0/dev/md0:

-D:查看详细信息

 

再次查看发现已经构建完毕

[[email protected] ~]# mdadm -D  /dev/md0/dev/md0:

 

 

 9.实战搭建raid5阵列+备份盘

 

第一步：查看磁盘

[[email protected] ~]# ls /dev/sd*

/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：创建RAID5阵列

[[email protected] ~]# mdadm  -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sdb,c,d,e

 

第三步：格式化为xfs

[[email protected] ~]# mkfs.xfs /dev/md0

 

第四步：挂载

[[email protected] ~]# mount /dev/md0 /raid5

[[email protected] ~]# df -h

 

第五步：查看阵列信息

可以发现有一个备份盘/dev/sde

[[email protected] ~]# mdadm -D /dev/md0/dev/md0:

 

第六步：模拟/dev/sdb磁盘损坏

可以发现/dev/sde备份盘立即开始构建

[[email protected] ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb

[[email protected] ~]# mdadm -D /dev/md0/dev/md0:

 

10. centos7系统启动过程及相关配置文件

1.uefi或Bios初始化，开始开机自检post(power on self test)（自检磁盘、CPU、内存）

2.加载MBR到内存（引导程序）

3.GRUB阶段（加载操作系统）

4.加载内核和initramfs模块（内核和虚拟内存）

5.内核开始初始化，使用systemd来代替centos6以前的init程序