 Linux中Software RAID的實(shí)現(xiàn)和性能分析 摘 要：本文詳細(xì)介紹了Linux下Software RAID的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了性能分析，對數(shù)據(jù)的安全性及訪問的效率都進(jìn)行了深入的討論。 關(guān)鍵詞：Linux；RAID； 磁盤鏡像；性能分析 一 前言 RAID是Redundant Arrays of Independent Disks的簡稱，中文為廉價冗余磁盤陣列。明確標(biāo)準(zhǔn)級別分別是0、1、2、3、4、5等，RAID為使用者降低了成本、增加了執(zhí)行效率，并提供了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。RAID1又稱為磁盤鏡像，原理是在兩個硬盤之間建立完全的鏡像，即所有數(shù)據(jù)會被同時存放到兩個物理硬盤上，當(dāng)一個磁盤出故障時，仍可從另一個硬盤中讀取數(shù)據(jù)，因此安全性得到保障。但系統(tǒng)的成本大大提高。 本人一直維護(hù)一臺Linux服務(wù)器，提供WEB、FTP、TELNETD等服務(wù)。由于管理不善，未給服務(wù)器接UPS電源，某日突然停電，造成服務(wù)器硬盤物理損傷，數(shù)據(jù)全部丟失。因?yàn)閷W(xué)業(yè)較重，服務(wù)器數(shù)據(jù)備份不及時，雖然馬上重新恢復(fù)系統(tǒng)，提供服務(wù)，但是仍然丟失了很多重要數(shù)據(jù)。痛定思痛，決定給服務(wù)器做兩塊硬盤的RAID1備份，以防此類事故再次發(fā)生。由于手頭有空余硬盤，所使用的又是Redhat Linux 9.0操作系統(tǒng)，為了節(jié)約成本，選擇了軟件實(shí)現(xiàn)RAID1。 二 具體實(shí)現(xiàn) 1 服務(wù)器配置服務(wù)器型號為IBM的Netfinity 5100，具體配置是：CPU：Pentium III XeonTM 900MHz；內(nèi)存：512M；磁盤控制器：U2SCSI；網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)置10/100M以太網(wǎng)；硬盤：IBM SCSI 36G 一塊。裝Redhat Linux 9.0操作系統(tǒng)，主要為同學(xué)提供WEB服務(wù)，后臺還有數(shù)據(jù)庫服務(wù)Mysql。 現(xiàn)在用手頭空余的IBM SCSI 36G和以前的那塊硬盤一起做成RAID1。制作過程首先要保證原始數(shù)據(jù)不丟失，并在不重新安裝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。 服務(wù)器磁盤分區(qū)情況見表1：
DEVICE MOUNTPOINT SIZE /dev/sda1 / 6000MB /dev/sda2 /boot 200MB /dev/sda3 /var 15000MB /dev/sda4 SWAP 1024MB 表1 服務(wù)器磁盤分區(qū) 2 前期準(zhǔn)備工作制作RAID之前，需要對系統(tǒng)進(jìn)行一些測試，看其是否支持RAID磁盤分區(qū)，及從RAID分區(qū)啟動。需要進(jìn)行以下檢測： （1） 需要檢查內(nèi)核是否支持自動識別RAID設(shè)備。 （2） 在創(chuàng)建RAID分區(qū)時必須使用持久化設(shè)備類型。 （3） 用來制作RAID分區(qū)的磁盤分區(qū)類型必須被設(shè)置成0xFD（可以使用fdisk程序，并設(shè)置磁盤分區(qū)類型為“fd”）。 如果是默認(rèn)安裝系統(tǒng)，并直接運(yùn)行服務(wù)，之前沒有做過RAID的機(jī)器，以上都是默認(rèn)不支持的，因此你必須完成以下的預(yù)備工作： （1） 在Redhat Linux下有一個非常有用的命令：mkinitrd，該命令可以創(chuàng)建一個鏡像，在啟動的時候自動加載你所需要加載的內(nèi)核模塊。使用方式如下： mkinitrd –with=<module> <ramdisk name> <kernel> 具體例子： mkinitrd –preload raid1 –with=raid1 raid-ramdisk 2.2.5-22（注：raid-ramdisk 2.2.5-22是啟動時使用的initimg） 這樣就能保證在啟動的時候，內(nèi)核自動識別RAID設(shè)備，并能夠把根目錄掛載到RAID磁盤分區(qū)上頭。這樣就保證了，能讓兩塊硬盤完全一樣，當(dāng)一塊硬盤出故障時，能從令一塊硬盤直接啟動。 （2） 要創(chuàng)建RAID分區(qū)時使用持久化設(shè)備類型，就需要在RAID配置文件中加上以下語句： Persistent-superblock 1 （3） 使用fdisk程序，能夠修改磁盤分區(qū)的類型，把所有的Linux分區(qū)都改成fd類型，此修改不會傷及磁盤分區(qū)上的數(shù)據(jù)。 3 具體步驟（1） 用Redhat的安裝啟動盤啟動機(jī)器，在啟動前需要選擇啟動模式，輸入：linux rescue，進(jìn)入救援模式，需要注意的是，不要選擇掛載磁盤分區(qū)，磁盤分區(qū)必須在沒有掛載的情況下，才能做成RAID。 （2） 用fdisk對新硬盤進(jìn)行分區(qū)，保證新硬盤的每個分區(qū)的大小都和老硬盤分區(qū)大小都相近。具體步驟就不詳細(xì)介紹了。需要注意的是，在新硬盤上頭最好也分處SWAP分區(qū)，如果老硬盤出故障，需要從新硬盤啟動，但是新硬盤又沒有SWAP分區(qū)，這樣對系統(tǒng)性能會有影響。 （3） 創(chuàng)建RAID配置文件。該文件默認(rèn)是沒有的，需要自己創(chuàng)建，默認(rèn)的配置文件保存在/etc目錄下，文件名為raidtab，詳細(xì)見表2。 （4） 創(chuàng)建md設(shè)備，即RAID設(shè)備，執(zhí)行以下命令： (rescue)# mknod /dev/md0 b 9 0 (rescue)# mknod /dev/md1 b 9 0 (rescue)# mknod /dev/md2 b 9 0 （5） 開始創(chuàng)建RAID設(shè)備，使用mkraid命令，執(zhí)行如下： (rescue)# mkdir -really-force /dev/md0 (rescue)# mkdir -really-force /dev/md1 (rescue)# mkdir -really-force /dev/md2 注意，在執(zhí)行完以上一條命令的時候，可以使用命令：cat /proc/mdstat 察看制作RAID分區(qū)的完成程度，一般10G的分區(qū)大概需要20-30分鐘，視機(jī)器性能而定。當(dāng)制作完一個分區(qū)，才能繼續(xù)制作下一個RAID分區(qū)，不要同時執(zhí)行兩條命令。
raiddev /dev/md0 raid-level 1 nr-raid-disks 2 nr-spare-disks 0 chunk-size 4 persistent-superblock 1 device /dev/sda1 raid-disk 0 device /dev/sdb1 raid-disk 1 raiddev /dev/md1 raid-level 1 nr-raid-disks 2 nr-spare-disks 0 chunk-size 4 persistent-superblock 1 device /dev/sda2 raid-disk 0 device /dev/sdb2 raid-disk 1 raiddev /dev/md2 raid-level 1 nr-raid-disks 2 nr-spare-disks 0 chunk-size 4 persistent-superblock 1 device /dev/sda3 raid-disk 0 device /dev/sdb3 raid-disk 1
表2 /etc/raidtab文件 （6） 掛載做好的RAID磁盤分區(qū)，對應(yīng)的分區(qū)和系統(tǒng)目錄的關(guān)系是：md0對應(yīng)根目錄，md1對應(yīng)/boot目錄，md2對應(yīng)/var目錄。掛載好分區(qū)后，用chroot命令切換到根目錄下。 （7） 接下來你需要修改兩個配置文件：/etc/fstab和/boot/grub/grub.conf。 /etc/fstab文件是系統(tǒng)分區(qū)的配置文件，修改它的目的是在啟動的時候掛載各個RAID磁盤分區(qū)。修改后的/etc/fstab文件見表3：
/dev/md0 / ext3 defaults 1 1 /dev/md1 /boot ext3 defaults 1 2 /dev/md2 /var ext3 defaults 1 2 /dev/sda4 swap swap defaults 0 0 表3 /etc/fstab文件
/boot/grub/grub.conf文件是啟動時候的配置文件，修改它的目的是在啟動的時候能找到RAID磁盤的根目錄，并找到啟動的鏡像文件。修改后的/boot/grub/grub.conf見表4： # grub.conf generated by anaconda # # Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file # NOTICE: You have a /boot partition. This means that # all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg. # root (hd0,0) # kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/md1 # initrd /initrd-version.img #boot=/dev/sda1 default=0 timeout=5 splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz hiddenmenu title Red Hat Enterprise Linux AS (2.6.9-5.EL) root (hd0,0) kernel /vmlinuz-2.6.9-5.EL ro root=/dev/md1 initrd /initrd-2.6.9-5.EL.img 表4：/boot/grub/grub.conf文件 （8） 制作完RAID磁盤分區(qū)后，由于做成一個RAID分區(qū)的兩個物理磁盤分區(qū)大小不可能完全一樣，一般都會偏小，因此要重新調(diào)整文件系統(tǒng)的大小。以/dev/md0為例，需要執(zhí)行以下命令： (rescue)# e2fsck -f /dev/md0 (rescue)# resize2fs /dev/md0 對其他的RAID磁盤分區(qū)也執(zhí)行同樣的命令，然后你就可以重新啟動機(jī)器了，如果順利的話，機(jī)器就運(yùn)行在RAID1狀態(tài)下了。 （9） 收尾工作，你可能希望機(jī)器可以從任何一快硬盤啟動，因?yàn)槿绻饔脖P出故障，只需要重新啟動，就可以繼續(xù)提供服務(wù)，因此，你必須在輔硬盤上把啟動程序grub重新安裝一遍。 三 分析 1 安全性分析在使用了RAID磁盤分區(qū)后，只要是對該類分區(qū)進(jìn)行的數(shù)據(jù)寫操作，數(shù)據(jù)會被寫到兩塊硬盤的對應(yīng)分區(qū)上，兩塊硬盤保持同步更新。這樣就保證了數(shù)據(jù)的安全性，也無需經(jīng)常備份數(shù)據(jù)了。制作過程中使用的是一塊空余硬盤，RAID1的實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)提供的軟件方式，節(jié)省了RAID卡的開銷，以最小的成本實(shí)現(xiàn)了我們的目標(biāo)。 2 效率分析在選擇RAID1方式的時候，一直擔(dān)心它的效率問題，RAID1只提供數(shù)據(jù)冗余備份，RAID0能提供較高的數(shù)據(jù)訪問速度，如果選擇實(shí)現(xiàn)RAID0+1的話，至少需要4塊硬盤。成本將大大提高。在制作完RAID1后，馬上進(jìn)行了磁盤讀些測驗(yàn)，分析性能。 進(jìn)行磁盤性能測驗(yàn)是使用Linux自帶的工具h(yuǎn)dparm。該命令的測試原理是往磁盤分區(qū)上反復(fù)讀寫大量數(shù)據(jù)，并計(jì)算時間，以此來測試磁盤性能。在系統(tǒng)下執(zhí)行該命令，則可以得到硬盤數(shù)據(jù)讀寫的測驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5：
[root@panda ~]# hdparm -Tt /dev/sda1
/dev/sda1: Timing cached reads: 696 MB in 2.01 seconds = 346.67 MB/sec Timing buffered disk reads: 154 MB in 3.01 seconds = 51.10 MB/sec [root@panda ~]# hdparm -Tt /dev/sdb1
/dev/sdb1: Timing cached reads: 796 MB in 2.01 seconds = 396.28 MB/sec Timing buffered disk reads: 146 MB in 3.03 seconds = 48.21 MB/sec [root@panda ~]# hdparm -Tt /dev/md0
/dev/md0: Timing cached reads: 824 MB in 2.01 seconds = 410.22 MB/sec Timing buffered disk reads: 130 MB in 3.00 seconds = 43.31 MB/sec 表5 硬盤性能測驗(yàn)數(shù)據(jù) 從上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，第一行數(shù)據(jù)是對主硬盤性能測驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從硬盤cache讀寫數(shù)據(jù)的速度是346.67 MB/sec，從硬盤盤面上讀寫數(shù)據(jù)的速度是51.10 MB/sec；第二行是對輔硬盤性能測驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從硬盤cache讀寫數(shù)據(jù)的速度是396.28 MB/sec，從硬盤盤面上讀寫數(shù)據(jù)的速度是48.21 MB/sec；第三行是對RAID磁盤分區(qū)性能測驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從cache讀寫數(shù)據(jù)的速度是410.22 MB/sec，從盤面讀寫數(shù)據(jù)的速度是43.31 MB/sec?？梢钥闯鰪腸ache讀寫數(shù)據(jù)的速度有所提高，從盤面讀寫數(shù)據(jù)的速度有所下降?？偟膩碚f，差距不是太大，在可以接受的范圍內(nèi)。 |
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