開源系統(tǒng)應(yīng)用RAID保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)安全
數(shù)據(jù)安全是中小型企業(yè)信息安全工作的重中之重，企業(yè)數(shù)據(jù)的可用性、安全性成為工作的焦點(diǎn)問題。在保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)的過程中，磁盤陣列技術(shù)(也稱為RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks))目前已經(jīng)廣泛的用于中小型企業(yè)，或做磁盤的容錯(cuò)和備份，或用作構(gòu)建SAN存儲(chǔ)等等，是保證數(shù)據(jù)安全的一項(xiàng)重要技術(shù)。并且，RAID的門類非常多，企業(yè)在如何選擇合適的磁盤陣列的問題上需要做好決策。本文將選取RAID1、RAID-5這兩種磁盤陣列的創(chuàng)建過程來介紹開源系統(tǒng)Linux下硬件磁盤陣列的使用。
一、了解磁盤陣列
RAID按照實(shí)現(xiàn)原理的不同分為不同的級(jí)別，不同的級(jí)別之間工作模式是有區(qū)別的，分別可以提供不同的速度，安全性和性價(jià)比。在業(yè)界，常見的幾種RAID如下所示：
RAID0：又稱為Stripe或Striping(條帶)，它代表了所有RAID級(jí)別中最高的存儲(chǔ)性能。RAID0提高存儲(chǔ)性能的原理是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個(gè)磁盤上存取，這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求就可以被多個(gè)磁盤并行的執(zhí)行，每個(gè)磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬，顯著提高磁盤整體存取性能。
RAID1：RAID1通過數(shù)據(jù)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在兩對(duì)分離的磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)。RAID1可以提高讀的性能，當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時(shí)，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)。RAID1是磁盤陣列中費(fèi)用最高的，但提供了最高的數(shù)據(jù)可用率。當(dāng)一個(gè)磁盤失效，系統(tǒng)可以自動(dòng)地交換到鏡像磁盤上，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。
RAID2：從概念上講，RAID2同RAID3類似，兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID2使用稱為“加重平均糾錯(cuò)碼”的編碼技術(shù)來提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜。因此，在商業(yè)環(huán)境中很少使用。
RAID3：不同于RAID2，RAID3使用單塊磁盤存放奇偶校驗(yàn)信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)。如果奇偶盤失效，則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID3對(duì)于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)，奇偶盤會(huì)成為寫操作的瓶頸。
RAID4：同RAID2、RAID3一樣，RAID4也同樣將數(shù)據(jù)條塊化并分布于不同的磁盤上，但條塊單位為塊或記錄。RAID4使用一塊磁盤作為奇偶校驗(yàn)盤，每次寫操作都需要訪問奇偶盤，成為寫操作的瓶頸。
RAID5：RAID5沒有單獨(dú)指定的奇偶盤，而是交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)信息于所有磁盤上。在RAID5上，讀/寫指針可同時(shí)對(duì)陣列設(shè)備進(jìn)行操作，提供了更高的數(shù)據(jù)流量。RAID5更適合于小數(shù)據(jù)塊，隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。RAID3與RAID5相比，重要的區(qū)別在于RAID3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，需涉及到所有的陣列盤。而對(duì)于RAID5來說，大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對(duì)一塊磁盤操作，可進(jìn)行并行操作。在RAID5中有“寫損失”現(xiàn)象發(fā)生，即每一次寫操作，將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。它可能是目前世界上最常見的RAID產(chǎn)品，最適合于事務(wù)性處理應(yīng)用，如ERP、CRM和E-mail等。
RAID6：RAID6與RAID5相比，增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高。即使兩塊磁盤同時(shí)失效，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。但需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間，相對(duì)于RAID5有更大的“寫損失”。RAID6的寫性能非常差，較差的性能和復(fù)雜的實(shí)施，以及實(shí)現(xiàn)代價(jià)非常昂貴，使得RAID6很少使用。
RAID7：它有一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入操作系統(tǒng)用作控制器，一個(gè)高速總線用于緩存。它提供快速的I/O，但是價(jià)格昂貴，應(yīng)用性稍差。
RAID10：它由數(shù)據(jù)條陣列組成，其中每個(gè)條都是驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)RAID1陣列。它與RAID1的容錯(cuò)能力相同，面向需要高性能和冗余，但不需要高容量的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
RAID53：其實(shí)施情況同RAID0數(shù)據(jù)條陣列，其中，每一段都是一個(gè)RAID3陣列。它的冗余與容錯(cuò)能力同RAID3。這對(duì)需要具有高數(shù)據(jù)傳輸率的RAID3配置的IT系統(tǒng)有益，但是它價(jià)格昂貴、效率偏低。
二、根據(jù)具體情況使用磁盤陣列
表1對(duì)各類RAID產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明，用戶可以在實(shí)際的應(yīng)用中選擇使用：
表1 各類RAID產(chǎn)品比較
值得注意的是：上述介紹的0，1，2等RAID類型并不代表技術(shù)的高低(比如RAID2并沒有商業(yè)產(chǎn)品，相對(duì)于RAID1說較差)，而只代表不同的技術(shù)型號(hào)。所以在實(shí)際應(yīng)用中選擇某種RAID產(chǎn)品需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和資金等情況而定。
實(shí)現(xiàn)RAID可以采用兩種方法，硬RAID和軟RAID：
硬RAID：采用專門的控制器來完成，也就是常說的RAID卡;通過磁盤陣列控制卡(RAID Controller Card)提供磁盤陣列的功能。要使用硬件的磁盤陣列，必須采購支持Linux的磁盤陣列控制卡，一般需要正確安裝驅(qū)動(dòng)程序，才能讓Linux系統(tǒng)正常使用設(shè)備。
軟RAID：采用軟件的方法來實(shí)現(xiàn)。用戶無須安裝額外的硬設(shè)備，只要保證Linux內(nèi)核有支持，就可以直接使用。
由于硬件磁盤陣列的功能是由磁盤陣列控制卡提供計(jì)算工作的，因而效率大大高于由Linux內(nèi)核的軟件磁盤陣列;但硬件磁盤陣列得購買額外的設(shè)備，因此其使用成本比軟件磁盤陣列高得多。過去RAID一直是高端服務(wù)器才應(yīng)用的設(shè)備，與高檔SCSI硬盤配合使用。SCSI RAID穩(wěn)定性好、速度快，但SCSI硬盤和SCSI接口RAID卡價(jià)格高昂，往往只在高檔服務(wù)器上使用。近來隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品成本的不斷下降，IDE硬盤和SATA硬盤的性能都有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID技術(shù)也廣泛應(yīng)用到了IDE硬盤和SATA硬盤上。
三、開源系統(tǒng)Linux下構(gòu)建磁盤陣列的具體方法
目前，Linux能夠較好地支持RAID0、RAID1、RAID4、RAID5這四種磁盤陣列模式。在4種模式中，RAID4和RAID5運(yùn)行方式較為接近。
1.創(chuàng)建RAID1磁盤陣列
RAID1磁盤陣列的基本工作方式是通過數(shù)據(jù)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在兩對(duì)分離的磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)，也就是說每一塊磁盤所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是完全相同的。所以，要?jiǎng)?chuàng)建RAID1磁盤陣列，至少需要2塊硬盤，每一塊硬盤最好大小一致。這是因?yàn)槊恳粋€(gè)硬盤存儲(chǔ)相同的數(shù)據(jù)，因此有一個(gè)硬盤比其他的容量大時(shí)，磁盤陣列也無法使用多出來的硬盤空間。本例采用2個(gè)硬盤的分區(qū)(hda1和hdb1)來創(chuàng)建RAID1類型磁盤陣列。
基本步驟如下：
1)編輯磁盤陣列的配置文件/etc/raidtab如下：
raiddev /dev/md0
raid-level 1
nr-raid-disks 2
nr-spare-disks 0
chunk-size 4
persistent-superblock 1
device /dev/hda1
raid-disk 0
device /dev/sdb1
raid-disk 1
上述文件中每項(xiàng)的含義如下所示：
raiddev：指定磁盤陣列的設(shè)備名稱;
raid-level：指定采用的RAID模式，例中為RAID1;
nr-raid-disks：指定磁盤陣列的硬盤個(gè)數(shù)，例中RAID為2個(gè)硬盤組成;
nr-spare-disks：指定磁盤陣列備用磁盤數(shù)目，例中為0;
chunk-size：指定數(shù)據(jù)寫入磁盤陣列時(shí)，每個(gè)寫入?yún)^(qū)塊的大小，其單位為KB，且大小必須為2的冪次方。一般說來，此設(shè)置值的大小會(huì)影響磁盤陣列的讀寫效率，不過理想的設(shè)置值，則隨著計(jì)算機(jī)的使用情況而異，所以并無絕對(duì)的結(jié)果;
persistent-superblock：配置是否要寫入磁盤的超級(jí)塊(superblock)，配置成“1”表示寫入，配置“0”不寫入;
device /dev/hda1：根據(jù)實(shí)際情況，指定第一個(gè)硬盤分區(qū)的名稱，此處第一個(gè)硬盤分區(qū)為hda1;
raid-disk 0：配置上述的分區(qū)是此磁盤陣列所使用的第一個(gè)硬盤，編號(hào)從0開始;
device /dev/hdb1：同上，按實(shí)際情況，指定第二塊硬盤分區(qū)的名稱;
raid-disk 1：配置上述的分區(qū)是此磁盤陣列所使用的第一個(gè)硬盤，編號(hào)為1。
2)格式化并加載磁盤陣列，命令如下所示：
//建立磁盤
#mkraid /dev/md0
//使用ext3文件系統(tǒng)格式化
#mke3fs /dev/md0
//將md0磁盤陣列加載到目錄/mnt/md0下
#mount -t ext3 /dev/md0 mnt/md0
3)啟動(dòng)磁盤陣列
#raidstart /dev/md0
4)使用過程中查看磁盤陣列的使用狀態(tài)
#more /proc/mdstat
5)停止和卸載磁盤陣列
//首先停止磁盤陣列
#raidstop /dev/md0
//然后卸下裝載的磁盤陣列
#umount /dev/md0
6)刪除磁盤陣列：首先使用第5)步停止磁盤陣列，然后刪除/etc/raidtab文檔即可。
2.創(chuàng)建RAID5磁盤陣列
上面介紹了RAID0的創(chuàng)建方式，下面介紹如何創(chuàng)建RAID5磁盤陣列。有了上面的基礎(chǔ)后，對(duì)于RAID5的創(chuàng)建也就不那么困難了。簡單地說，RAID5是在RAID0和RAI1中取得折衷，既具備容錯(cuò)能力，也不會(huì)浪費(fèi)太多硬盤空間，并有助于提高磁盤的I/O性能。由于RAID5需要存儲(chǔ)同位校驗(yàn)碼，因此要?jiǎng)?chuàng)建此模式的磁盤陣列，至少需要3塊或以上的硬盤。因此，本例以hda、hdb、hdc三塊磁盤的分區(qū)(hda1、hdb1和hdc1)來組成RAID5磁盤。當(dāng)然，也可以指定三塊磁盤的其他分區(qū)，這個(gè)可以根據(jù)實(shí)際磁盤分區(qū)的使用情況選定，并不是固定的。
基本操作步驟如下：
1)編輯磁盤陣列的配置文件/etc/raidtab如下：
raiddev /dev/md0
raid-level 5
nr-raid-disks 3
nr-spare-disks 0
chunk-size 32
persistent-superblock 1
parity-algorithm left-symmetric
device /dev/hda1
raid-disk 0
device /dev/hdb1
raid-disk 1
device /dev/hdc1
raid-disk 2
同理，上述文件中每項(xiàng)的含義如下所示：
raiddev：指定磁盤陣列名稱;
raid-level：指定使用的RAID5磁盤陣列;
nr-raid-disks：此磁盤陣列由3個(gè)硬盤所組成;
nr-spare-disks ：指定/此磁盤陣列的備用硬盤數(shù)目;
chunk-size：當(dāng)數(shù)據(jù)要寫入磁盤陣列時(shí)，每個(gè)寫入的大小(單位為KB，且必須為2的冪次方)。此設(shè)置值的大小，會(huì)影響磁盤陣列的讀寫效率，不過理想的設(shè)置值，則按每臺(tái)計(jì)算機(jī)的使用情況而異，并無絕對(duì)的結(jié)果;
persistent-superblock：設(shè)置是否要寫入磁盤的superblock：設(shè)成1表示寫入，否則設(shè)成0。若將此參數(shù)設(shè)成1，則當(dāng)磁盤陣列中有硬盤損壞時(shí)，系統(tǒng)仍可繼續(xù)啟動(dòng);若有備用硬盤，也會(huì)同時(shí)啟用備用硬盤;
parity-algorithm：指定要用哪一種算法計(jì)算同位校驗(yàn)嗎，可使用的算法有l(wèi)eft-symmetric、left-asymmetric、right-symmetric及right-asymmetric等4種。一般采用left-symmetric能有最好的存取效率;
device /dev/hda1：指定所有使用的第1個(gè)硬盤分區(qū)名稱;
raid-disk 0：設(shè)置上述的分區(qū)是此磁盤陣列所使用的第1個(gè)硬盤(編號(hào)由0開始);
device /dev/hdb1：指定所要使用的第2個(gè)硬盤分區(qū)名稱;
raid-disk 1：設(shè)置上述的分區(qū)是此磁盤陣列所使用的第2個(gè)硬盤;
device /dev/hdc1 ：指定所要使用的第3個(gè)硬盤分區(qū)名稱;
raid-disk 2：設(shè)置上述的分區(qū)是此磁盤陣列所使用的第3個(gè)硬盤。
2)格式化并加載磁盤陣列，命令如下所示：
//建立磁盤
#mkraid /dev/md0
//使用ext3文件系統(tǒng)格式化
#mke3fs /dev/md0
//將md0磁盤陣列加載到目錄/mnt/md0下
#mount -t ext3 /dev/md0 mnt/md0
3)啟動(dòng)磁盤陣列
#raidstart /dev/md0
4)使用過程中查看磁盤陣列的使用狀態(tài)
#more /proc/mdstat
5)停止和卸載磁盤陣列
//首先停止磁盤陣列
#raidstop /dev/md0
//然后卸下裝載的磁盤陣列
#umount /dev/md0
6)刪除磁盤陣列：首先使用第5)步停止磁盤陣列，然后刪除/etc/raidtab文檔即可。
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