本節內容
1. 磁盤陣列
RAID0： 條帶卷 2+ 100% 讀寫速度快，不容錯
RAID1： 鏡像卷 2 50% 讀寫速度慢，容錯
RAID5: 奇偶校驗條帶卷 3 讀寫速度快，容錯，只允許錯一塊
RAID10： RAID0+RAID1 4 50% 讀寫速度快，容錯
2. 創建陣列方式
硬件：磁盤陣列盒
軟件： mdadm
3. mdadm命令
-C: 創建
-v: 顯示創建過程
-a: 添加磁盤、自動檢測設備
-l: 陣列級別
-n: 磁盤數量
-x: 備份盤數量
-f: 模擬損壞
-D：查看陣列詳細信息
-S：停止陣列
-r: 移除磁盤
4. 創建RAID10
mdadm -Cv /dev/md10 -n 4 -l 10 /dev/sd{b,c,d,e}
5. 模擬損壞
mdadm /dev/md10 -f /dev/sdd
6. 磁盤損壞后的操作
poweroff
移除壞磁盤
新硬盤添加
虛擬機操作： mdadm /dev/md10 -a /dev/sdd
7. 搭建RAID5+熱備盤
mdadm -Cv /dev/md5 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}
8. 自動掛載
echo "/dev/md5 /ken xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab
9. 系統啟動
1. BISO初始化，post開機自檢
2. 加載MBR到內存
3. grub階段
4. 加載內核和initramfs模塊
5. 內核初始化，使用centos7系統使用的是systemd替換了centos6當中的init
10. dd if=/dev/zero of=/dev/swap bs=XM count=2048
磁盤陣列
一、概念
1、什么是RAID
RAID全稱Redundant Array of Inexpensive Disks，廉價冗余磁盤陣列，通過多塊磁盤組成一種模式，來提高吞吐量和可靠性。磁盤陣列是由很多價格較便宜的磁盤，以硬件（RAID卡）或軟件（MDADM）形式組合成一個容量巨大的磁盤組，利用多個磁盤組合在一起，提升整個磁盤系統效能。
RAID可以把硬盤整合成一個大磁盤，還可以在大磁盤上再分區，放數據；還有一個大功能，多塊盤放在一起可以有冗余（備份）。
RAID的創建有兩種方式：軟RAID（通過操作系統軟件來實現）和硬RAID（使用硬件陣列卡）
RAID基本思想：把好幾塊硬盤通過一定組合方式把它組合起來，成為一個新的硬盤陣列組，從而使它能夠達到高性能硬盤的要求。
2、磁盤陣列功能
A 整合閑置磁盤空間
B 提高磁盤讀取效率
C 提供容錯功能
3、磁盤陣列等級
- RAID-0：要求磁盤的容量相同，總容量為所有磁盤容量的和
- RAID-1：要求磁盤容量相同，總容量為一塊硬盤容量
- RAID-1+0：請參考RAID-0/1
- RAID-5：要求容量相同，總容量為磁盤容量減一
- 備用磁盤：閑着沒用，用於頂替壞盤
| RAID類型 |
最低磁盤個數 |
空間利用率 |
各自的優缺點 |
|
| 級別 |
說明 |
|||
| RAID0 |
條帶卷 |
2+ |
100% |
讀寫速度快，不容錯 |
| RAID1 |
鏡像卷 |
2 |
50%（1/n） |
讀寫速度一般，容錯 |
| RAID5 |
帶奇偶校驗的條帶卷 |
3+ |
（n-1）/n |
讀寫速度快，容錯，允許壞一塊盤 |
| RAID10 |
RAID1的安全+RAID0的高速 |
4 |
50% |
讀寫速度快，容錯 |
4、RAID三個關鍵技術
鏡像：提供了數據的安全性；
條帶（塊大小也可以說是條帶的粒度），它的存在就是提供了數據並發性
數據的校驗：提供了數據的安全
5、RAID等級詳解
（1）RAID-0的工作原理
條帶（strping），也是我們最早出現的RAID模式，需磁盤數量2塊以上(大小最好相同)，是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤即可。
特點：成本低，可以提高整個磁盤的性能。RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復能力，速度快。
任何一個磁盤的損壞將損壞全部數據；磁盤利用率為100%。
（2）RAID-1的工作原理
RAID 1 mirroring（鏡像卷），至少需要兩塊硬盤。
原理：是把一個磁盤的數據鏡像到另一個磁盤上，也就是說數據在寫入一塊磁盤的同時，會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件，(同步)
磁盤利用率為50%，即2塊100G的磁盤構成RAID1只能提供100G的可用空間。
缺點：浪費資源，成本高
（3）RAID-5的工作原理
需要三塊或以上硬盤，可以提供熱備盤實現故障的恢復；只損壞一塊，沒有問題。但如果同時損壞兩塊磁盤，則數據將都會損壞。 空間利用率： (n-1)/n
特點：讀寫性能一般，讀還好一點，寫不好
奇偶檢驗：raid5的數據恢復原理就是用公式算出來的
最左邊的是原始數據，右邊分別是三塊硬盤，假設第二塊硬盤出了故障，通過第一塊硬盤上的 1 和第三塊硬盤上的 1 xor 2，就能夠還原出 2。同理可以還原出 3 和 8。至於 5 xor 6 則更簡單了，直接用 5 和 6 運算出來即可。
RAID硬盤失效處理：熱備和熱插拔
a、熱備：HotSpare
定義：當冗余的RAID組中某個硬盤失效時，在不干擾當前RAID系統的正常使用的情況下，用RAID系統中另外一個正常的備用硬盤自動頂替失效硬盤，及時保證RAID系統的冗余性
全局式：備用硬盤為系統中所有的冗余RAID組共享
專用式：備用硬盤為系統中某一組冗余RAID組專用
b、熱插拔：HotSwap
定義：在不影響系統正常運轉的情況下，用正常的物理硬盤替換RAID系統中失效硬盤。
（4）RAID-10鏡像+條帶（嵌套RAID級別）
RAID 10是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID1鏡像對，第二級為RAID 0。比如我們有8塊盤，它是先兩兩做鏡像，形成了新的4塊盤，然后對這4塊盤做RAID0；當RAID10有一個硬盤受損其余硬盤會繼續工作，這個時候受影響的硬盤只有2塊。
6、三種RAID的排序
冗余從好到壞：RAID1 RAID10 RAID5 RAID0
性能從好到壞：RAID0 RAID10 RAID5 RAID1
成本從低到高：RAID0 RAID5 RAID1 RAID10
二、硬件磁盤陣列介紹
不需要CPU處理的磁盤陣列就叫硬件磁盤陣列
面試題：我們做硬件RAID，是在裝系統前還是之后？
答：先做陣列才裝系統 ，一般服務器啟動時，有顯示進入配置Riad的提示。
硬RAID：需要RAID卡，我們的磁盤是接在RAID卡的，由它統一管理和控制。數據也由它來進行分配和維護；它有自己的cpu，處理速度快
軟RAID：通過操作系統實現
三、軟件磁盤陣列
1、mdadm命令詳解
Linux內核中有一個md(multiple devices)模塊在底層管理RAID設備，它會在應用層給我們提供一個應用程序的工具mdadm ，mdadm是linux下用於創建和管理軟件RAID的命令。
Mdadm命令常見參數：
| 參數 |
全寫 |
作用 |
| -a |
--add --auto{=yes，md，mdp，part，p} |
添加磁盤 檢測設備名稱； |
| -n |
--raid-devices=N |
指定設備數量 |
| -x |
--spare-devices=N |
指定冗余設備數量 |
| -l |
--level=[0 1 5] |
指定RAID級別 |
| -C |
--create |
創建 |
| -v |
--verbose |
顯示過程 |
| -f |
--fail |
模擬設備損壞 |
| -r |
--remove |
移除設備 |
| -Q |
--query |
查看摘要信息 |
| -D |
--detail |
查看詳細信息 |
| -S |
--stop |
停止RAID磁盤陣列 |
2、實戰搭建raid10陣列
第一步：新添加4塊硬盤，查看磁盤
[root@renyz08 ~]# ls /dev/sd*
/dev/sda /dev/sda1 /dev/sda2 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
第二步：下載mdadm
[root@renyz08 ~]# yum install mdadm -y
第三步：創建raid10陣列
[root@renyz08 ~]# mdadm --create --verbose /dev/md10 --auto=yes --raid-devices=4 --level=10 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: layout defaults to n2
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md10 started.
第四步：格式化磁盤陣列為ext4
[root@renyz08 ~]# mkfs.ext4 /dev/md10
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
文件系統標簽=
OS type: Linux
塊大小=4096 (log=2)
分塊大小=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
2621440 inodes, 10477056 blocks
523852 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一個數據塊=0
Maximum filesystem blocks=2157969408
320 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
4096000, 7962624
Allocating group tables: 完成
正在寫入inode表: 完成
Creating journal (32768 blocks): 完成
Writing superblocks and filesystem accounting information: 完成
第五步：掛載
[root@renyz08 ~]# mkdir /raid10
[root@renyz08 ~]# mount /dev/md10 /raid10
[root@renyz08 ~]# df -h
文件系統 容量 已用 可用 已用% 掛載點
/dev/mapper/centos-root 17G 1.2G 16G 7% /
devtmpfs 475M 0 475M 0% /dev
tmpfs 487M 0 487M 0% /dev/shm
tmpfs 487M 7.6M 479M 2% /run
tmpfs 487M 0 487M 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 1014M 133M 882M 14% /boot
tmpfs 98M 0 98M 0% /run/user/0
/dev/md10 40G 49M 38G 1% /raid10
第六步：查看/dev/md0的詳細信息
[root@renyz08 ~]# mdadm --detail /dev/md10
/dev/md10:
Version : 1.2
Creation Time : Thu Jul 18 10:44:59 2019
Raid Level : raid10
Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
Raid Devices : 4
Total Devices : 4
Persistence : Superblock is persistent
Update Time : Thu Jul 18 10:49:20 2019
State : clean
Active Devices : 4
Working Devices : 4
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Layout : near=2
Chunk Size : 512K
Consistency Policy : resync
Name : renyz08:10 (local to host renyz08)
UUID : 8c2449e5:889b6950:3c8643c7:5a7cb07d
Events : 19
Number Major Minor RaidDevice State
0 8 16 0 active sync set-A /dev/sdb
1 8 32 1 active sync set-B /dev/sdc
2 8 48 2 active sync set-A /dev/sdd
3 8 64 3 active sync set-B /dev/sde
第七步：寫入配置文件
[root@renyz08 ~]# echo "/dev/md10 /raid10 ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab
3、損壞磁盤陣列及修復
之所以在生產環境中部署RAID 10磁盤陣列，是為了提高硬盤存儲設備的讀寫速度及數據的安全性，但由於我們的硬盤設備是在虛擬機中模擬出來的，因此對讀寫速度的改善可能並不直觀。
在確認有一塊物理硬盤設備出現損壞而不能繼續正常使用后，應該使用mdadm命令將其移除，然后查看RAID磁盤陣列的狀態，可以發現狀態已經改變。
第一步：模擬設備損壞
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat #查看設備運行狀態
Personalities : [raid10]
md10 : active raid10 sde[3] sdd[2] sdc[1] sdb[0]
41908224 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/4] [UUUU]
unused devices: <none>
[root@renyz08 ~]# mdadm /dev/md10 --fail /dev/sdb #損壞磁盤sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md10
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid10]
md10 : active raid10 sde[3] sdd[2] sdc[1] sdb[0](F)
41908224 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/3] [_UUU]
unused devices: <none>
第二步：添加新的磁盤
在RAID 10級別的磁盤陣列中，當RAID 1磁盤陣列中存在一個故障盤時並不影響RAID 10磁盤陣列的使用。當購買了新的硬盤設備后再使用mdadm命令來予以替換即可，在此期間我們可以在/RAID目錄中正常地創建或刪除文件。由於我們是在虛擬機中模擬硬盤，所以先重啟系統，然后再把新的硬盤添加到RAID磁盤陣列中。
[root@renyz08 ~]# reboot
[root@renyz08 ~]# umount /raid10
[root@renyz08 ~]# mdadm /dev/md10 -a /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdb
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid10]
md10 : active raid10 sdb[4] sde[3] sdd[2] sdc[1]
41908224 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [4/3] [_UUU]
[==============>......] recovery = 71.4% (14966144/20954112) finish=0.1min speed=650701K/sec
unused devices: <none>
第三步：再次查看，已經構建完成
[root@renyz08 ~]# mdadm -D /dev/md10
4、實戰搭建raid5陣列+備份盤
第一步：創建raid5磁盤陣列
[root@renyz08 ~]# ls /dev/sdb*
/dev/sdb /dev/sdb1 /dev/sdb2 /dev/sdb3 /dev/sdb4 /dev/sdb5
[root@renyz08 ~]# mdadm -C -a yes /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sdb{1,2,3,5}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md5 started.
第二步：格式化
[root@renyz08 ~]# mkfs.xfs /dev/md5
第三步：掛載
[root@renyz08 ~]# mkdir /raid5
[root@renyz08 ~]# mount /dev/md5 /raid5
[root@renyz08 ~]# df -h
文件系統 容量 已用 可用 已用% 掛載點
/dev/md5 8.0G 33M 8.0G 1% /raid5
第四步：查看
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat #查詢運行狀態
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdb3[4] sdb5[3](S) sdb2[1] sdb1[0]
8376320 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
unused devices: <none>
[root@renyz08 ~]# mdadm -D /dev/md5 #查詢磁盤陣列信息
第五步：模擬錯誤
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
md5 : active raid5 sdb1[5](S) sdb5[3] sdb2[1] sdb3[4]
[root@renyz08 ~]# mdadm /dev/md5 -f /dev/sdb2
mdadm: set /dev/sdb2 faulty in /dev/md5
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdb1[5] sdb5[3] sdb2[1](F) sdb3[4]
第六步：移除磁盤
[root@renyz08 ~]# mdadm --manage /dev/md5 -r /dev/sdb2
mdadm: hot removed /dev/sdb2 from /dev/md5
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdb1[5] sdb5[3] sdb3[4]
第七步：增加磁盤
[root@renyz08 ~]# mdadm --manage /dev/md5 -a /dev/sdb2
mdadm: added /dev/sdb2
[root@renyz08 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md5 : active raid5 sdb2[6](S) sdb1[5] sdb5[3] sdb3[4]
第八步：停用磁盤陣列
[root@renyz08 ~]# mdadm -S /dev/md5 #未取消掛載，停用操作無用
mdadm: Cannot get exclusive access to /dev/md5:Perhaps a running process, mounted filesystem or active volume group?
[root@renyz08 ~]# umount /dev/md5 /raid5 #先取消掛載
umount: /raid5：未掛載
[root@renyz08 ~]# mdadm -S /dev/md5 #停用磁盤陣列
mdadm: stopped /dev/md5
四、centos7系統啟動過程及相關配置文件
1. uefi或BIOS初始化，開始post(power on self test)開機自檢；這個過程是開機后，BIOS或UEFI進行硬件檢查的階段。
2. 加載MBR到內存
自檢硬件沒有問題時候，這里以BIOS為例，BIOS將會直接找硬盤的第一個扇區，找到前446字節，將MBR加載到內存中，MBR將告訴程序下一階段去哪里找系統的grub引導。此階段屬於grub第一階段。grub還有1.5階段和2階段。
3. GRUB階段
grub第1.5和第2階段，信息默認存放在扇區中，如果使用grub-install生成的第2階段的文件是存放在/boot分區中的。
為了加載內核系統，不得不加載/boot分區，而加載/boot分區，要有/boot分區的驅動，/boot分區驅動是放在/boot分區中的啊，我們好像進入死循環了，Linux是怎么解決的呢？就是靠放在1.5階段中的數據，放在第一個扇區后的后續扇區中，第1.5階段和2階段總共27個扇區。
第1.5階段：mbr之后的扇區，識別stage2所在的分區上的文件系統。
第2階段：開機啟動的時候看到Grub選項、信息，還有修改GRUB背景等功能都是stage2提供的，stage2會去讀入/boot/grub/grub.conf或者menu.lst等配置文件。
4. 加載內核和initramfs模塊
加載內核，核心開始解壓，啟動一些最核心的程序。
為了讓內核足夠的輕小，硬件驅動並沒放在內核文件里面。
5. 內核開始初始化，使用systemd來代替centos6以前的init程序
(1)執行initrd.target
包括掛載/etc/fstab文件中的系統,此時掛載后，就可以切換到根目錄了
(2)從initramfs根文件系統切換到磁盤根目錄
(3)systemd執行默認target配置
centos7表面是有“運行級別”這個概念，實際上是為了兼容以前的系統，每個所謂的“運行級別”都有對應的軟連接指向，默認的啟動級別時/etc/systemd/system/default.target,根據它的指向可以找到系統要進入哪個模式
模式：
0 ==> runlevel0.target, poweroff.target
1 ==> runlevel1.target, rescue.target
2 ==> runlevel2.target, multi-user.target
3 ==> runlevel3.target, multi-user.target
4 ==> runlevel4.target, multi-user.target
5 ==> runlevel5.target, graphical.target
6 ==> runlevel6.target, reboot.target
(4)systemd執行sysinit.target
有沒有很眼熟？是的，在CentOS6上是被叫做rc.sysint程序，初始化系統及basic.target准備操作系統
(5)systemd啟動multi-user.target下的本機與服務器服務
(6)systemd執行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local
6. Systemd執行multi-user.target下的getty.target及登錄服務
getty.target我們也眼熟，它是啟動終端的systemd對象。如果到此步驟，系統沒有被指定啟動圖形桌面，到此就可以結束了，如果要啟動圖形界面，需要在此基礎上啟動桌面程序
7. systemd執行graphical需要的服務
CentOS6，7啟動區別
系統啟動和服務器守護進程管理器，它不同於centos5的Sysv init，centos6的Upstart（Ubuntu制作出來），systemd是由Redhat的一個員工首先提出來的，它在內核啟動后，服務什么的全都被systemd接管，kernel只是用來管理硬件資源，相當於內核被架空了，因此linus很不滿意Redhat這種做法。
五、如何不用新分區添加swap（dd）
在之前的教程中我們提到過如何去添加一個swap分區，以及如何給你的swap進行擴容。在教程中我們使用的是新分區的方式，也就是新添加一塊硬盤，或在原有硬盤空余空間的基礎上新建一個分區，然后將其格式化為交換分區，最后進行掛載。
現在很多朋友使用的都是雲主機，雲主機一般不會設置swap（如某里雲）購買之后一般使用的都是贈送的磁盤空間，且因為數據量小的原因並不會購買數據盤，導致沒有可用分區轉換為swap，有沒有什么辦法可以不用分區即可添加或擴容swap呢？今天就來教大家個方法！
首先使用dd命令生成一個固定大小的文件，文件的大小就是添加或擴容swap的大小：
- dd if=/dev/zero of=/opt/swap bs=1M count=2048
然后使用mkswap命令將其格式化：
- mkswap /opt/swap
使用swapon命令掛載：
- swapon /opt/swap
看下一下，交換分區是不是變大了？
[root@renyz08 ~]# free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 972M 85M 766M 7.6M 119M 741M
Swap: 2.0G 0B 2.0G
[root@renyz08 ~]# dd if=/dev/zero of=/opt/swap bs=1M count=2048
記錄了2048+0 的讀入
記錄了2048+0 的寫出
2147483648字節(2.1 GB)已復制，20.2102 秒，106 MB/秒
[root@renyz08 ~]# mkswap /opt/swap
正在設置交換空間版本 1，大小 = 2097148 KiB
無標簽，UUID=88cbe933-fdc6-495c-9155-deea9b0b8948
[root@renyz08 ~]# swapon /opt/swap
swapon: /opt/swap：不安全的權限 0644，建議使用 0600。
[root@renyz08 ~]# chmod 600 /opt/swap
[root@renyz08 ~]# free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 972M 84M 60M 7.6M 826M 712M
Swap: 4.0G 0B 4.0G
原理：Linux中皆是文件，swap對於linux系統來說也是一個文件，/opt/swap對於linux系統來說也是一個文件，這樣概念就對等了。實際上這些文件就像一個筆記本，它是一個實體也是一個載體，我們是可以在筆記本中記錄內容，如同可以在/opt/swap中寫入數據的。
/dev/null 黑洞文件（不保存）
/dev/zero 白洞文件源源不斷的向外輸出文件
轉換和拷貝文件
if=file
從 file 中讀而不是標准輸入。
of=file
寫到 file 里去而不是標准輸出
bs=bytes
一次讀和寫 bytes 字節
count=blocks
只拷貝輸入文件的前 blocks 塊