服务器硬件及RAID配置实战

一：服务器及RAID磁盘阵列介绍

RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）技术是通过组合多个物理硬盘，以提高数据存储性能、可靠性和/或增加存储容量的一种方法。下面分别介绍几种常见的RAID级别：

1. RAID 0（条带化）

• 概念：RAID 0是最简单的RAID形式，通过将数据分散存储在多个磁盘上，实现了数据条带化，即数据被分割成块，分别写入不同磁盘中。
• 优点：显著提高读写速度，因为可以同时从多个磁盘读取或写入数据。
• 缺点：没有数据冗余，一旦任何一个磁盘损坏，所有数据都会丢失，因此不适合对数据安全性有要求的场景。

2. RAID 1（镜像）

• 概念：RAID 1通过磁盘镜像实现数据冗余，即数据在两个或更多磁盘上完全相同地复制。
• 优点：提供完全的数据冗余，一个磁盘损坏时，可以从镜像磁盘无缝继续工作，保证数据安全性。
• 缺点：存储效率低，因为一半的存储空间用于备份，不增加存储容量，仅提升可靠性。

3. RAID 5（分布式奇偶校验）

• 概念：RAID 5结合了数据条带化和分布式奇偶校验信息，至少需要3块硬盘。奇偶校验数据分布在所有磁盘上，使得即使一块磁盘故障，数据仍然可以恢复。
• 优点：在提供数据冗余的同时，利用所有磁盘的空间进行数据存储（减去一个磁盘用于奇偶校验），兼顾了存储效率和安全性。
• 缺点：写操作较复杂，性能较RAID 0或RAID 1低，且奇偶校验重建过程占用资源。

4. RAID 6（带有双奇偶校验）

• 概念：RAID 6是在RAID 5的基础上增加了第二个独立的奇偶校验块，至少需要4块硬盘。这提供了两块硬盘同时故障仍能恢复数据的能力。
• 优点：拥有更高的数据安全性，即使两块硬盘同时损坏，数据也不会丢失。
• 缺点：相比RAID 5，因为有更多的奇偶校验计算，写操作更慢，且额外的奇偶校验占用了更多的存储空间。

5. RAID 1+0（镜像+条带化）

• 概念：RAID 1+0（也称为RAID 10）结合了RAID 1和RAID 0的特点，首先创建镜像对，然后在这些镜像对间实施条带化。
• 优点：提供了极高的数据安全性和出色的读写性能。即使两块硬盘同时故障，数据仍然可以恢复，且读写速度由于条带化而加快。
• 缺点：成本高，存储效率低，因为一半的磁盘用于镜像备份，是所有RAID级别中成本最高的方案之一。

在服务器环境中，选择合适的RAID级别需根据业务需求、预算、对数据安全性和性能的要求综合考虑。对于关键业务，RAID 1+0或RAID 6可能是更佳选择，而追求极致性能和存储利用率的场景可能会考虑RAID 0或RAID 5。

二：列阵卡介绍

列阵卡，也称为RAID控制器，是用于管理RAID配置的硬件设备，它能够显著提升数据存储的性能、可靠性和容量管理能力。以下是关于列阵卡接口类型和缓存的详细介绍。

1. 列阵卡接口类型

列阵卡支持多种硬盘接口，以便连接不同类型的存储设备。以下是常见的几种接口类型：

（1）IDE接口（Integrated Drive Electronics）

IDE（或Parallel ATA，PATA）接口是较老的硬盘接口标准，现在已经较少使用。IDE接口的列阵卡通常提供较慢的数据传输速率，不支持现代高速硬盘的性能需求。

（2）SCSI接口（Small Computer System Interface）

SCSI接口历史悠久，支持多种设备类型，包括硬盘、光驱、磁带机等。SCSI列阵卡提供了相对较高的数据传输速率和良好的扩展性，支持热插拔，并且通常具有更好的错误处理机制。SCSI接口经历了多个版本的演进，从SCSI-1到Ultra-320 SCSI，再到后来的SAS（Serial Attached SCSI）接口。

（3）SATA接口（Serial Advanced Technology Attachment）

SATA接口是IDE接口的升级版，采用串行通信方式，相比IDE，SATA提供更高的数据传输速度、更细的电缆以及更好的散热性能。SATA列阵卡通常用于消费级和部分企业级存储解决方案，支持热插拔和NCQ（Native Command Queuing）技术。

（4）SAS接口（Serial Attached SCSI）

SAS接口设计用于满足高性能、高可靠性的企业级存储需求。它兼容SATA硬盘，同时提供比SATA更高的数据传输速率、双端口冗余（提高可靠性）、更强大的错误校验能力和更多的命令队列。SAS列阵卡是现代企业存储环境中最常用的类型之一。

2. 列阵卡的缓存

列阵卡通常内置缓存（Cache），以提高读写性能和数据保护能力。缓存的作用主要包括：

• 提高读写速度：列阵卡的缓存可以暂存频繁访问的数据，减少直接访问硬盘的次数，从而加快数据读写速度。
• 增强数据保护：多数列阵卡支持电池备份单元（BBU）或超级电容，即使在电源故障时也能保护缓存中的数据不丢失，确保数据一致性。
• 写策略：列阵卡的缓存策略通常包括Write-Through（直写）和Write-Back（回写）。Write-Back提供更高的性能，因为它允许数据先写入高速缓存再写入磁盘；而Write-Through则更加注重数据安全性，数据直接写入磁盘后再更新缓存。

列阵卡的缓存容量和类型（如DDR3、DDR4）直接影响其性能表现，更大的缓存通常意味着更高的吞吐量和更快的响应时间。用户在选择列阵卡时，应根据实际应用需求，综合考虑接口类型、缓存大小、数据保护机制等因素。

3：构建软RAID磁盘列阵

1. 构建磁盘列阵

（1）安装mdadm工具

mdadm是“Multiple Device Administrator”的缩写，它是Linux系统中管理和维护软件RAID的重要工具。安装mdadm前，请确保系统更新到最新状态。

• Debian/Ubuntu:

#bash
sudo apt-get update
sudo apt-get install mdadm

• CentOS/RHEL:

#bash
sudo yum update
sudo yum install mdadm

• Fedora:

#bash
sudo dnf check-update
sudo dnf install mdadm

• 验证安装:

#bash
mdadm –version

（2）准备用于RAID列阵的分区

在加入RAID的每个硬盘上创建分区。使用fdisk或gdisk命令，如创建一个GPT分区：

#bash
sudo gdisk /dev/sdb

在gdisk界面，输入n新建分区，选择合适的编号，然后按回车接受默认开始和结束扇区，最后输入w写入更改并退出。

（3）创建RAID设备

以创建RAID 5为例，假设我们有三个分区sdb1, sdc1, sdd1:

#bash
sudo mdadm –create /dev/md0 –level=5 –raid-devices=3 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1

• /dev/md0是RAID设备的名称。
• –level=5指定RAID级别为5。
• –raid-devices=3指明参与的设备数。

（4）创建并挂载文件系统

在RAID设备上创建文件系统，例如使用ext4，并将其挂载到指定目录：

#bash
sudo mkfs.ext4 /dev/md0
sudo mkdir /mnt/raid
sudo mount /dev/md0 /mnt/raid

2. RAID列阵管理及设备恢复

（1）扫描查看磁盘列阵信息

查看当前RAID状态：

#bash
cat /proc/mdstat

获取详细信息：

#bash
sudo mdadm –detail /dev/md0

（2）建立配置文件

为了使系统重启后能自动识别RAID阵列，需要生成或更新mdadm的配置文件：

#bash
sudo mdadm –detail –scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf

（3）启动和停止进行测试

• 停止RAID（仅维护时使用）:

#bash
sudo mdadm –stop /dev/md0

• 启动RAID:

#bash
sudo mdadm –assemble /dev/md0

（4）实现故障恢复

• 检测故障：通过/proc/mdstat查看是否有(F)标记的磁盘。
• 标记并移除故障磁盘:

#bash
sudo mdadm /dev/md0 –fail /dev/sdx1
sudo mdadm /dev/md0 –remove /dev/sdx1

• 替换新磁盘：确保新磁盘的大小和类型与故障磁盘相同，分区后：

#bash
sudo mdadm /dev/md0 –add /dev/sdy1

• 监控同步：使用watch cat /proc/mdstat观察同步进度。

高级注意事项

• 热备盘：可以为RAID 5/6添加热备盘，以自动替换故障磁盘，使用–spare-devices参数。
• 定期检查：使用smartctl工具定期检查硬盘健康状态。
• 备份：尽管RAID提供了冗余，但定期备份数据仍是非常重要的。

通过遵循以上步骤，你可以全面了解如何构建、管理及维护RAID磁盘列阵，确保数据的安全性和系统的高可用性。