在Redhat Linux AS 4下实现软件RAID

山东省蓬莱市电业公司信息中心 孙开云  
    
  通常情况下人们在服务器端采用各种冗余磁盘阵列（RAID）技术来保护数据，中高档的服务器一般都提供了昂贵的硬件RAID控制器。对于资金实力有限的中小企业来讲，在Linux下通过软件来实现硬件的RAID
功能，这样既节省了投资，又能达到很好的效果。何乐而不为呢？

作为一个面向服务器的网络型操作系统，Linux对数据的安全和存取速度给予了高度重视，从2.4版内核开始Linux就实现了对软件RAID的支持（关于RAID的背景知识请见附文），这让我们可以不必购买昂贵的硬件RAID设备，就能享受到增强的磁盘I/O性能和可靠性，进一步降低了系统的总体拥有成本。下面就让我们看一个Redhat Linux AS 4下的软件RAID配置实例吧。

系统配置情况

假设某单位新上了一套使用Oracle数据库的能量采集系统，该系统数据量极大并且读写非常频繁，实时性要求高，高峰时有近40名用户在线，对数据库服务器的磁盘子系统提出了很高的要求。由于预算比较紧张，经过多方比较，最终选择了采用Linux系统做软件RAID5的方案。

其配置情况如下：

● 操作系统为RedHat Linux AS 4；

● 内核版本为2.6.9-5.EL；

● 支持RAID0、RAID1、RAID4、RAID5、RAID6；

● 五块36GB SCSI接口的磁盘，其中RedHat AS 4安装在第一块磁盘，其它四块组成RAID 5用来存放Oracle数据库。

在RedHat AS 4下实现软件RAID是通过mdadm工具实现的，其版本为1.6.0，它是一个单一的程序，创建、管理RAID都非常方便，而且也很稳定。而在早期Linux下使用的raidtools，由于维护起来很困难，而且其性能有限，在RedHat AS 4下已经不支持了。

实现过程

1．创建分区

五块SCSI磁盘分别对应/dev/sda、/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde。其中第一块磁盘/dev/sda分两个区，用于安装RedHat AS 4和做交换分区，其他四块磁盘每块只分一个主分区，分别为/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1，并且将分区类型指定为“fd”，这将使Linux内核能将它们识别为RAID分区，且在每次引导时自动被检测并启动。创建分区使用fdisk命令。

# fdisk /dev/sdb

进入fdisk命令行后，使用命令n创建分区，命令t改变分区类型，命令w保存分区表并退出，命令m为帮助。

2．创建RAID 5

这里使用了/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1四个设备创建RAID 5，其中/dev/sde1作为备份设备，其他为活动设备。备份设备主要起备用作用，一旦某一设备损坏可以立即用备份设备替换，当然也可以不使用备份设备。命令格式如下：

# mdadm -Cv /dev/md0 -l5 -n3 -x1 -c128 /dev/sd[b,c,d,e]1

命令中各参数分别表示如下作用：“-C”指创建一个新的阵列；“/dev/md0”表示阵列设备名称；“-l5”表示设置阵列模式，可以选择0、1、4、5、6，它们分别对应于RAID0、RAID1、RAID4、RAID5、RAID6，这里设为RAID5模式；“-n3”指设置阵列中活动设备的数目，该数目加上备用设备的数目应等于阵列中的总设备数; “-x1”设置阵列中备份设备的数目，当前阵列中含有1个备份设备；“-c128”指设置块的尺寸为128KB，缺省为64KB；“/dev/sd[b,c,d,e]1”指当前阵列中包含的所有设备标识符，也可以分开来写，中间用空格分开，其中最后一个为备份设备。

3．查看阵列状态

当创建一个新阵列或者阵列重构时，设备需要进行同步操作，这一过程需要一定时间，可以通过查看/proc/mdstat文件，来显示阵列的当前状态以及同步进度、所需时间等。

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdd1[3] sde1[4] sdc1[1] sdb1[0]

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/2] [UU_]

[>....................] recovery = 4.3% (1622601/37734912) finish=1.0min speed=15146K/sec

unused devices:

当新建或重构完成后，再次查看/proc/mdstat文件:

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[3] sdc1[1] sdb1[0]

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]

unused devices:

通过以上内容，可以很清楚地看出当前阵列的状态，各部分所代表的意思如下：“[3/3]”中的第一位数表示阵列所包含的设备数，第二位数表示活动的设备数，如果有一个设备损坏，则第二位数将减1；“[UUU]”标记当前阵列可以正常使用的设备情况，现假设/dev/sdb1出现故障，则该标记将变成[_UU]，这时的阵列以降级模式运行，即该阵列仍然可用，但是不再具有任何冗余；“sdd1[2]”指阵列所包含的设备数为n，若方括号内的数值小于n，则表示该设备为活动设备，若数值大于等于n，则该设备为备份设备，当一个设备出现故障的时候，相应设备的方括号后将被标以(F)。 
 
 

4．生成配置文件

mdadm的缺省配置文件为/etc/mdadm.conf，它主要是为了方便阵列的日常管理而设置的，对于阵列而言不是必须的，但是为了减少日后管理中不必要的麻烦，还是应该坚

在mdadm.conf文件中要包含两种类型的行：一种是以DEVICE开头的行，它指明在阵列中的设备列表；另一种是以ARRAY开头的行，它详细地说明了阵列的名称、模式、阵列中活动设备的数目以及设备的UUID号。格式如下：

DEVICE /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1

ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=3 UUID=8f128343:715a42df: baece2a8: a5b878e0

以上的这些信息可以通过扫描系统的阵列来获取，命令为：

# mdadm -Ds

ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=3 UUID=8f128343:715a42df: baece2a8: a5b878e0

devices=/dev/sdb1,/dev/sdc1,/dev/sdd1,/dev/sde1

使用vi命令，按照规定的格式编辑修改/etc/mdadm.conf文件

# vi /etc/mdadm.conf

5．创建文件系统并挂接(mount)使用

RAID5已经启动并处于运行状态，现在要做的就是在其上创建一个文件系统，这里使用mkfs命令，文件系统类型为ext3。命令如下：

# mkfs -t ext3 /dev/md0

当新的文件系统生成之后，就可以将/dev/md0挂接到指定的目录了。命令如下：

# mount /dev/md0 /mnt/raid

为了让系统在启动时自动将/dev/md0挂接到/mnt/raid，还需要修改/etc/fstab文件，添加如下内容：

/dev/md0 /mnt/raid ext3 defaults 0 0

故障模拟

上面的实例，让我们对Redhat Linux AS 4的软件RAID功能有了一定的认识，并且通过详细的步骤说明了如何创建RAID5。有了RAID做保障，电脑里的数据看起来似乎已经很安全了，然而现有的情况还是不能让我们高枕无忧，想一想，万一磁盘出现故障怎么办？下面我们模拟一个更换RAID5故障磁盘的完整过程，希望以此丰富大家处理RAID5故障的经验，提高管理和维护水平。

我们仍然沿用上面的RAID5配置，首先往阵列中拷贝一些数据，接下来开始模拟/dev/sdb1设备故障。不过，对于无备份设备的RAID5的模拟过程也要经过如下三步，只是阵列重构和数据恢复是发生在新设备添加到阵列中之后，而不是设备损坏时。

1．将/dev/sdb1标记为已损坏的设备

# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1

查看当前阵列状态

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[3] sdc1[1] sdb1[4](F)

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/2] [_UU]

[=>...................] recovery = 8.9% (3358407/37734912) finish=1.6min speed=9382K/sec

unused devices:

因为有备份设备，所以当阵列中出现设备损坏时，阵列能够在短时间内实现重构和数据的恢复。从当前的状态可以看出，阵列正在重构，且运行在降级模式，sdb1[4]的后面已经标上了(F)，活动设备数也降为2个。

经过几分钟后，再次查看当前阵列状态。

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[0] sdc1[1] sdb1[3](F)

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]

unused devices:

此时阵列重构已经完成，数据恢复完毕，原有的备份设备sde1成为了活动设备。

2．移除损坏的设备

# mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1

查看当前阵列的状态：

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdd1[2] sde1[0] sdc1[1]

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]

unused devices:

损坏的sdb1已经从阵列中移掉。

3．将新设备添加到阵列中

因为是模拟操作，可以通过下面的命令再次将/dev/sdb1添加到阵列中。如果是实际操作则要注意两点：一是在添加之前要对新磁盘进行正确的分区；二是添加时要用所添加设备的设备名替换/dev/sdb1。

# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1

查看当前阵列的状态：

# more /proc/mdstat

Personalities : [raid5]

md0 : active raid5 sdb1[3] sdd1[2] sde1[0] sdc1[1]

75469842 blocks level 5, 128k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]

unused devices:

这时sdb1作为备份设备再次出现在阵列中

常用阵列维护命令

1．启动阵列

# mdadm -As /dev/md0

该命令指启动/dev/md0阵列，其中“-A”指装载一个已存在的阵列；“-s”指查找mdadm.conf文件中的配置信息，并以此为依据启动阵列。

#mdadm -As

该命令指启动mdadm.conf文件中的所有阵列。

#mdadm -A /dev/md0 /dev/sd[b,c,d,e]1

如果没有创建mdadm.conf文件则可以采用上面这种启动方式。

2．停止阵列

# mdadm -S /dev/md0

3．显示指定阵列的详细信息

# mdadm -D /dev/md0

链接

RAID简介

RAID是冗余磁盘阵列（Redundant Array of Inexpensive Disk）的简称。它是把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘使用。它将数据以分段(striping)的方式分散存储在不同的磁盘中，通过多个磁盘的同时读写，来减少数据的存取时间，并且可以利用不同的技术实现数据的冗余，即使有一个磁盘损坏，也可以从其他的磁盘中恢复所有的数据。简单地说，其好处就是：安全性高、速度快、数据容量大。

磁盘阵列根据其使用的技术不同而划分了等级，称为RAID level，目前公认的标准是RAID 0～RAID 5。其中的level并不代表技术的高低，RAID 5并不高于RAID 4 ，RAID 0并不低于RAID 2 ，至于选择哪一种RAID需视用户的需求而定。下面分别对常用的RAID 0、RAID 1、RAID 5进行简单的介绍。

1．RAID 0

特点：它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存取数据时，将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。但没有数据冗余，阵列中任何一个磁盘坏掉，意味着所有数据丢失。

磁盘利用数：n(假设有n个磁盘)。

配置条件：最低两块磁盘，且分区大小尽量相同。

应用领域：对高磁盘容量及高速磁盘存取有特殊需求，而又不计较其高故障率的工作。当然，如果你正在使用集群，RAID 0 无疑是提高磁盘I/O性能的最好方法，因为在这种情况下，你就不用担心冗余的问题了。

2．RAID 1

特点：使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术，在一个磁盘上存放数据的同时也在另一个磁盘上写一样的数据。因为有了备份磁盘，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。尽管其写入数据的速度比较慢，但因其数据是以分段的方式作储存，因而在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。

磁盘利用数：n/2。

配置条件：最低两块磁盘，且分区大小尽量相同。

应用领域：数据库、金融系统等一些对数据有着高可靠性要求的领域。再者就是系统中写数据量比较少，而读数据量又比较多的情况下可以采用这一模式。

3．RAID 5

特点：以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个磁盘上。这样，任何一个磁盘损坏，都可以根据其他磁盘上的校验位来重建损坏的数据。并行读写数据，性能也很高。

磁盘利用数：n-1。

配置条件：最低三块硬盘，且分区大小尽量相同。

应用领域：适合于事务处理环境，例如民航售票处、销售系统等。