RAID磁盘阵列及CentOS7系统启动流程（week2_day3）--技术流ken

时间  2019-11-15
标签 raid 磁盘 阵列 centos7 centos 系统 启动 流程 week2 week day3 day 技术 ken 栏目 存储 繁體版
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RAID概念

 

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具备冗余能力的阵列”之意。 磁盘阵列是由不少价格较便宜的磁盘，以硬件（RAID卡）或软件（MDADM）形式组合成一个容量巨大的磁盘组，利用多个磁盘组合在一块儿，提高整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。 磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据。html

         注：RAID能够预防数据丢失，可是它并不能彻底保证你的数据不会丢失，因此你们使用RAID的同时仍是注意备份重要的数据node

         RAID的建立有两种方式：软RAID（经过操做系统软件来实现）和硬RAID（使用硬件阵列卡）；了解raid一、raid5和raid10。不过随着云的高速发展，供应商通常能够把硬件问题解决掉。linux

 

RAID几种常见的类型面试

RAID类型centos

最低磁盘个数数组

空间利用率安全

各自的优缺点服务器

级 别并发

说 明app

RAID0

条带卷

2+

100%

读写速度快，不容错

RAID1

镜像卷

2

50%

读写速度通常，容错

RAID5

带奇偶校验的条带卷

3+

(n-1)/n

读写速度快，容错，容许坏一块盘

RAID10

RAID1的安全+RAID0的高速

4

50%

读写速度快，容错

 

RAID基本思想：把好几块硬盘经过必定组合方式把它组合起来，成为一个新的硬盘阵列组，从而使它可以达到高性能硬盘的要求

 

RAID有三个关键技术：

 

镜像：提供了数据的安全性；

条带（块大小也能够说是条带的粒度），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

 

Raid相对于单个磁盘优势：

 

 

 

RAID-0的工做原理

条带 （strping），也是咱们最先出现的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，只须要2块以上的硬盘便可.

特色:成本低，能够提升整个磁盘的性能。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所有数据；磁盘利用率为100%。

 

 

RAID-1

mirroring（镜像卷），须要磁盘两块以上

原理:是把一个磁盘的数据镜像到另外一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另外一块闲置的磁盘上生成镜像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（镜像卷），至少须要两块硬盘

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。以下图

 

 

RAID-5

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

 

 

奇偶校验信息的做用:

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”能够简单理解为二进制运算中的“异或运算”，一般用 xor 标识。

深刻浅出解释 <wbr>raid <wbr>5 <wbr>恢复数据的原理

    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，经过第一块硬盘上的 1 和第三块硬盘上的 1 xor 2，就可以还原出 2。同理能够还原出 3 和 8。至于 5 xor 6 则更简单了，直接用 5 和 6 运算出来便可。
    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。好比咱们有8块盘，它是先两两作镜像，造成了新的4块盘，而后对这4块盘作RAID0；当RAID10有一个硬盘受损其他硬盘会继续工做，这个时候受影响的硬盘只有2块

 

 

RAID硬盘失效处理

 

通常两种处理方法：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系统的正常使用的状况下，用RAID系统中另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

全局式：备用硬盘为系统中全部的冗余RAID组共享

专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用

以下图所示：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

 

 

热插拔：HotSwap

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

 

 

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：咱们作硬件RAID，是在装系统前仍是以后？ 

答：先作阵列才装系统 ，通常服务器启动时，有显示进入配置Riad的提示。

硬RAID：须要RAID卡，咱们的磁盘是接在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；它有本身的cpu，处理速度快

软RAID：经过操做系统实现

 

Mdadm命令详解

 

Linux内核中有一个md(multiple devices)模块在底层管理RAID设备，它会在应用层给咱们提供一个应用程序的工具mdadm ，mdadm是linux下用于建立和管理软件RAID的命令。

 

mdadm命令常见参数解释：

参数

 做用

-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

 建立

-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

 中止RAID磁盘阵列

 

互动： raid5须要3块硬盘。  那么使用4块硬盘，能够作raid5吗？

能够的

 

实战搭建raid10阵列

 

新添加4块硬盘

 

 

第一步：查看磁盘

[root@ken ~]# ls /dev/sd*
/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：下载mdadm

[root@ken ~]# yum install mdadm -y

 

第三步：建立raid10阵列

[root@ken ~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n 4 -l 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: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

 

第四步：格式磁盘阵列为ext4

[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0
mapper/ mcelog  md0     mem     midi    mqueue/ 
[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
2621440 inodes, 10477056 blocks
523852 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=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: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

 

第五步：挂载

[root@ken ~]# mkdir /raid10
[root@ken ~]# mount /dev/md0 /raid10
[root@ken ~]# df -h
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos-root   17G  1.2G   16G   7% /
devtmpfs                 224M     0  224M   0% /dev
tmpfs                    236M     0  236M   0% /dev/shm
tmpfs                    236M  5.6M  230M   3% /run
tmpfs                    236M     0  236M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               1014M  130M  885M  13% /boot
tmpfs                     48M     0   48M   0% /run/user/0
/dev/md0                  40G   49M   38G   1% /raid10

 

第六步：查看/dev/md0的详细信息

[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 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 Feb 28 19:11:41 2019
             State : clean, resyncing 
    Active Devices : 4
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

     Resync Status : 96% complete

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 26

    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：写入到配置文件中

[root@ken ~]# echo "/dev/md0 /raid10 ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

 

损坏磁盘阵列及修复

 

之因此在生产环境中部署RAID 10磁盘阵列，是为了提升硬盘存储设备的读写速度及数据的安全性，但因为咱们的硬盘设备是在虚拟机中模拟出来的，所以对读写速度的改善可能并不直观。

在确认有一块物理硬盘设备出现损坏而不能继续正常使用后，应该使用mdadm命令将其移除，而后查看RAID磁盘阵列的状态，能够发现状态已经改变。

 

第一步：模拟设备损坏

[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 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 Feb 28 19:15:59 2019
             State : clean, degraded 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 0

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 30

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       -       0        0        0      removed
       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

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

 

第二步：添加新的磁盘

在RAID 10级别的磁盘阵列中，当RAID 1磁盘阵列中存在一个故障盘时并不影响RAID 10磁盘阵列的使用。当购买了新的硬盘设备后再使用mdadm命令来予以替换便可，在此期间咱们能够在/RAID目录中正常地建立或删除文件。因为咱们是在虚拟机中模拟硬盘，因此先重启系统，而后再把新的硬盘添加到RAID磁盘阵列中。

[root@ken ~]# reboot
[root@ken ~]# umount /raid10
[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdb
[root@ken ~]# mdadm -D  /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 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 Feb 28 19:19:14 2019
             State : clean, degraded, recovering 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : near=2
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 7% complete                                      #这里显示重建进度

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 35

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       8       16        0      spare rebuilding   /dev/sdb    #rebuilding重建中
       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

 

再次查看发现已经构建完毕

[root@ken ~]# mdadm -D  /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:08:25 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 Feb 28 19:20:52 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 : ken:0  (local to host ken)
              UUID : c5df1175:a6b1ad23:f3d7e80b:6b56fe98
            Events : 51

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       4       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

 

实战搭建raid5阵列+备份盘

 

为了不多个实验之间相互发生冲突，咱们须要保证每一个实验的相对独立性，为此须要你们自行将虚拟机还原到初始状态。另外，因为刚才已经演示了RAID 10磁盘阵列的部署方法，咱们如今来看一下RAID 5的部署效果。部署RAID 5磁盘阵列时，至少须要用到3块硬盘，还须要再加一块备份硬盘，因此总计须要在虚拟机中模拟4块硬盘设备。

 

第一步：查看磁盘

[root@ken ~]# ls /dev/sd*
/dev/sda  /dev/sda1  /dev/sda2  /dev/sdb  /dev/sdc  /dev/sdd  /dev/sde

 

第二步：建立RAID5阵列

[root@ken ~]# mdadm  -Cv /dev/md0 -n 3 -l 5 -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: layout defaults to left-symmetric
mdadm: chunk size defaults to 512K
mdadm: size set to 20954112K
mdadm: Fail create md0 when using /sys/module/md_mod/parameters/new_array
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

 

第三步：格式化为ext4

[root@ken ~]# mkfs.ext4 /dev/md0 
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=4096 (log=2)
Fragment size=4096 (log=2)
Stride=128 blocks, Stripe width=256 blocks
2621440 inodes, 10477056 blocks
523852 blocks (5.00%) reserved for the super user
First data block=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: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (32768 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

 

第四步：挂载

[root@ken ~]# mount /dev/md0 /raid5
[root@ken ~]# df -h
Filesystem               Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos-root   17G  1.2G   16G   7% /
devtmpfs                 476M     0  476M   0% /dev
tmpfs                    488M     0  488M   0% /dev/shm
tmpfs                    488M  7.7M  480M   2% /run
tmpfs                    488M     0  488M   0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1               1014M  130M  885M  13% /boot
tmpfs                     98M     0   98M   0% /run/user/0
/dev/md0                  40G   49M   38G   1% /raid5

 

第五步：查看阵列信息

能够发现有一个备份盘/dev/sde

[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:35:10 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:37:11 2019
             State : active 
    Active Devices : 3
   Working Devices : 4
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : b693fe72:4452bd3f:4d995779:ee33bc77
            Events : 76

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       3       8       64        -      spare   /dev/sde

 

第六步：模拟/dev/sdb磁盘损坏

能够发现/dev/sde备份盘当即开始构建

[root@ken ~]# mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md0
[root@ken ~]# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Thu Feb 28 19:35:10 2019
        Raid Level : raid5
        Array Size : 41908224 (39.97 GiB 42.91 GB)
     Used Dev Size : 20954112 (19.98 GiB 21.46 GB)
      Raid Devices : 3
     Total Devices : 4
       Persistence : Superblock is persistent

       Update Time : Thu Feb 28 19:38:41 2019
             State : active, degraded, recovering 
    Active Devices : 2
   Working Devices : 3
    Failed Devices : 1
     Spare Devices : 1

            Layout : left-symmetric
        Chunk Size : 512K

Consistency Policy : resync

    Rebuild Status : 2% complete

              Name : ken:0  (local to host ken)
              UUID : b693fe72:4452bd3f:4d995779:ee33bc77
            Events : 91

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       3       8       64        0      spare rebuilding   /dev/sde
       1       8       32        1      active sync   /dev/sdc
       4       8       48        2      active sync   /dev/sdd

       0       8       16        -      faulty   /dev/sdb

 

centos7系统启动过程及相关配置文件

 

1.uefi或BIOS初始化，开始post(power on self test)开机自检
这个过程是开机后，BIOS或UEFI进行硬件检查的阶段。

 

2.加载MBR到内存

自检硬件没有问题时候，这里以BIOS为例，BIOS将会直接找硬盘的第一个扇区，找到前446字节，将MBR加载到内存中，MBR将告诉程序下一阶段去哪里找系统的grub引导。此阶段属于grub第一阶段。grub还有1.5阶段和2阶段。

 

3.GRUB阶段

grub第1.5和第2阶段，信息默认存放在扇区中，若是使用grub-install生成的第2阶段的文件是存放在/boot分区中的。

为了加载内核系统，不得不加载/boot分区，而加载/boot分区，要有/boot分区的驱动，/boot分区驱动是放在/boot分区中的啊，咱们好像进入死循环了，Linux是怎么解决的呢？就是靠放在1.5阶段中的数据，放在第一个扇区后的后续扇区中，第1.5阶段和2阶段总共27个扇区。

第1.5阶段：mbr以后的扇区，识别stage2所在的分区上的文件系统。

第2阶段：开机启动的时候看到Grub选项、信息，还有修改GRUB背景等功能都是stage2提供的，stage2会去读入/boot/grub/grub.conf或者menu.lst等配置文件。

 

4.加载内核和initramfs模块

加载内核，核心开始解压，启动一些最核心的程序。

为了让内核足够的轻小，硬件驱动并没放在内核文件里面。

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

(1)执行initrd.target

包括挂载/etc/fstab文件中的系统,此时挂载后，就能够切换到根目录了

(2)从initramfs根文件系统切换到磁盘根目录

(3)systemd执行默认target配置

centos7表面是有“运行级别”这个概念，其实是为了兼容之前的系统，每一个所谓的“运行级别”都有对应的软链接指向，默认的启动级别时/etc/systemd/system/default.target,根据它的指向能够找到系统要进入哪一个模式 
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执行sysinit.target

有没有很眼熟？是的，在CentOS6上是被叫作rc.sysint程序，初始化系统及basic.target准备操做系统

(5)systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务

(6)systemd执行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local

6.Systemd执行multi-user.target下的getty.target及登陆服务

getty.target咱们也眼熟，它是启动终端的systemd对象。若是到此步骤，系统没有被指定启动图形桌面，到此就能够结束了，若是要启动图形界面，须要在此基础上启动桌面程序

7.systemd执行graphical须要的服务

CentOS6，7启动区别

系统启动和服务器守护进程管理器，它不一样于centos5的Sysv init，centos6的Upstart（Ubuntu制做出来），systemd是由Redhat的一个员工首先提出来的，它在内核启动后，服务什么的全都被systemd接管，kernel只是用来管理硬件资源，至关于内核被架空了，所以linus很不满意Redhat这种作法。

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