 Linux中Software RAID的实现和性能分析 摘 要：本文详细介绍了Linux下Software RAID的实现，进行了性能分析，对数据的安全性及访问的效率都进行了深入的讨论。 关键词：Linux；RAID； 磁盘镜像；性能分析 一 前言 RAID是Redundant Arrays of Independent Disks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等，RAID为使用者降低了成本、增加了执行效率，并提供了系统运行的稳定性。RAID1又称为磁盘镜像，原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像，即所有数据会被同时存放到两个物理硬盘上，当一个磁盘出故障时，仍可从另一个硬盘中读取数据，因此安全性得到保障。但系统的成本大大提高。 本人一直维护一台Linux服务器，提供WEB、FTP、TELNETD等服务。由于管理不善，未给服务器接UPS电源，某日突然停电，造成服务器硬盘物理损伤，数据全部丢失。因为学业较重，服务器数据备份不及时，虽然马上重新恢复系统，提供服务，但是仍然丢失了很多重要数据。痛定思痛，决定给服务器做两块硬盘的RAID1备份，以防此类事故再次发生。由于手头有空余硬盘，所使用的又是Redhat Linux 9.0操作系统，为了节约成本，选择了软件实现RAID1。 二 具体实现 1 服务器配置服务器型号为IBM的Netfinity 5100，具体配置是：CPU：Pentium III XeonTM 900MHz；内存：512M；磁盘控制器：U2SCSI；网络：内置10/100M以太网；硬盘：IBM SCSI 36G 一块。装Redhat Linux 9.0操作系统，主要为同学提供WEB服务，后台还有数据库服务Mysql。 现在用手头空余的IBM SCSI 36G和以前的那块硬盘一起做成RAID1。制作过程首先要保证原始数据不丢失，并在不重新安装系统的基础上。 服务器磁盘分区情况见表1：
DEVICE MOUNTPOINT SIZE /dev/sda1 / 6000MB /dev/sda2 /boot 200MB /dev/sda3 /var 15000MB /dev/sda4 SWAP 1024MB 表1 服务器磁盘分区 2 前期准备工作制作RAID之前，需要对系统进行一些测试，看其是否支持RAID磁盘分区，及从RAID分区启动。需要进行以下检测： （1） 需要检查内核是否支持自动识别RAID设备。 （2） 在创建RAID分区时必须使用持久化设备类型。 （3） 用来制作RAID分区的磁盘分区类型必须被设置成0xFD（可以使用fdisk程序，并设置磁盘分区类型为“fd”）。 如果是默认安装系统，并直接运行服务，之前没有做过RAID的机器，以上都是默认不支持的，因此你必须完成以下的预备工作： （1） 在Redhat Linux下有一个非常有用的命令：mkinitrd，该命令可以创建一个镜像，在启动的时候自动加载你所需要加载的内核模块。使用方式如下： mkinitrd –with=<module> <ramdisk name> <kernel> 具体例子： mkinitrd –preload raid1 –with=raid1 raid-ramdisk 2.2.5-22（注：raid-ramdisk 2.2.5-22是启动时使用的initimg） 这样就能保证在启动的时候，内核自动识别RAID设备，并能够把根目录挂载到RAID磁盘分区上头。这样就保证了，能让两块硬盘完全一样，当一块硬盘出故障时，能从令一块硬盘直接启动。 （2） 要创建RAID分区时使用持久化设备类型，就需要在RAID配置文件中加上以下语句： Persistent-superblock 1 （3） 使用fdisk程序，能够修改磁盘分区的类型，把所有的Linux分区都改成fd类型，此修改不会伤及磁盘分区上的数据。 3 具体步骤（1） 用Redhat的安装启动盘启动机器，在启动前需要选择启动模式，输入：linux rescue，进入救援模式，需要注意的是，不要选择挂载磁盘分区，磁盘分区必须在没有挂载的情况下，才能做成RAID。 （2） 用fdisk对新硬盘进行分区，保证新硬盘的每个分区的大小都和老硬盘分区大小都相近。具体步骤就不详细介绍了。需要注意的是，在新硬盘上头最好也分处SWAP分区，如果老硬盘出故障，需要从新硬盘启动，但是新硬盘又没有SWAP分区，这样对系统性能会有影响。 （3） 创建RAID配置文件。该文件默认是没有的，需要自己创建，默认的配置文件保存在/etc目录下，文件名为raidtab，详细见表2。 （4） 创建md设备，即RAID设备，执行以下命令： (rescue)# mknod /dev/md0 b 9 0 (rescue)# mknod /dev/md1 b 9 0 (rescue)# mknod /dev/md2 b 9 0 （5） 开始创建RAID设备，使用mkraid命令，执行如下： (rescue)# mkdir -really-force /dev/md0 (rescue)# mkdir -really-force /dev/md1 (rescue)# mkdir -really-force /dev/md2 注意，在执行完以上一条命令的时候，可以使用命令：cat /proc/mdstat 察看制作RAID分区的完成程度，一般10G的分区大概需要20-30分钟，视机器性能而定。当制作完一个分区，才能继续制作下一个RAID分区，不要同时执行两条命令。
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） 挂载做好的RAID磁盘分区，对应的分区和系统目录的关系是：md0对应根目录，md1对应/boot目录，md2对应/var目录。挂载好分区后，用chroot命令切换到根目录下。 （7） 接下来你需要修改两个配置文件：/etc/fstab和/boot/grub/grub.conf。 /etc/fstab文件是系统分区的配置文件，修改它的目的是在启动的时候挂载各个RAID磁盘分区。修改后的/etc/fstab文件见表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文件是启动时候的配置文件，修改它的目的是在启动的时候能找到RAID磁盘的根目录，并找到启动的镜像文件。修改后的/boot/grub/grub.conf见表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磁盘分区后，由于做成一个RAID分区的两个物理磁盘分区大小不可能完全一样，一般都会偏小，因此要重新调整文件系统的大小。以/dev/md0为例，需要执行以下命令： (rescue)# e2fsck -f /dev/md0 (rescue)# resize2fs /dev/md0 对其他的RAID磁盘分区也执行同样的命令，然后你就可以重新启动机器了，如果顺利的话，机器就运行在RAID1状态下了。 （9） 收尾工作，你可能希望机器可以从任何一快硬盘启动，因为如果主硬盘出故障，只需要重新启动，就可以继续提供服务，因此，你必须在辅硬盘上把启动程序grub重新安装一遍。 三 分析 1 安全性分析在使用了RAID磁盘分区后，只要是对该类分区进行的数据写操作，数据会被写到两块硬盘的对应分区上，两块硬盘保持同步更新。这样就保证了数据的安全性，也无需经常备份数据了。制作过程中使用的是一块空余硬盘，RAID1的实现是系统提供的软件方式，节省了RAID卡的开销，以最小的成本实现了我们的目标。 2 效率分析在选择RAID1方式的时候，一直担心它的效率问题，RAID1只提供数据冗余备份，RAID0能提供较高的数据访问速度，如果选择实现RAID0+1的话，至少需要4块硬盘。成本将大大提高。在制作完RAID1后，马上进行了磁盘读些测验，分析性能。 进行磁盘性能测验是使用Linux自带的工具hdparm。该命令的测试原理是往磁盘分区上反复读写大量数据，并计算时间，以此来测试磁盘性能。在系统下执行该命令，则可以得到硬盘数据读写的测验结果。实验数据见表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 硬盘性能测验数据 从上表的实验数据看出，第一行数据是对主硬盘性能测验的数据，从硬盘cache读写数据的速度是346.67 MB/sec，从硬盘盘面上读写数据的速度是51.10 MB/sec；第二行是对辅硬盘性能测验的数据，从硬盘cache读写数据的速度是396.28 MB/sec，从硬盘盘面上读写数据的速度是48.21 MB/sec；第三行是对RAID磁盘分区性能测验的数据，从cache读写数据的速度是410.22 MB/sec，从盘面读写数据的速度是43.31 MB/sec。可以看出从cache读写数据的速度有所提高，从盘面读写数据的速度有所下降。总的来说，差距不是太大，在可以接受的范围内。 |
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