如何在Linux上構建 RAID 10陣列

Raid 10 陣列如何工作？

如果你需要實現一種支持I/O密集操作（比如資料庫、電子郵件或web伺服器）的存儲解決方案，RAID 10就是你需要的。來看看為什麼這麼說，請看下圖。

上圖中的文件由A、B、C、D、E和F六種塊組成，每一個RAID 1鏡像對（如鏡像1和2）在兩個磁碟上複製相同的塊。在這樣的配置下，寫操作性能會因為每個塊需要寫入兩次而下降，每個磁碟各一次；而讀操作與從單塊磁碟中讀取相比並未發生改變。不過這種配置的好處是除非一個鏡像中有超過一塊的磁碟故障，否則都能保持冗餘以維持正常的磁碟I/O操作。

RAID 0的分區通過將數據劃分到不同的塊，然後執行同時將塊A寫入鏡像1、將塊B寫入鏡像2（以此類推）的並行操作以提高整體的讀寫性能。在另一方面，沒有任何一個鏡像包含構成主存的數據片的全部信息。這就意味著如果其中一個鏡像故障，那麼整個RAID 0組件將無法正常工作，數據將遭受不可恢復的損失。

建立RAID 10陣列

有兩種建立RAID 10陣列的可行方案：複雜法（一步完成）和嵌套法（先創建兩個或更多的RAID 1陣列，然後使用它們組成RAID 0）。本文會講述複雜法創建RAID 10陣列的過程，因為這種方法能夠使用偶數或奇數個磁碟去創建陣列，而且能以單個RAID設備的形式被管理，而嵌套法則恰恰相反（只允許偶數個磁碟，必須以嵌套設備的形式被管理，即分開管理RAID 1和RAID 0）。

假設你的機器已經安裝mdadm，並運行著相應的守護進程，細節參見這篇文章。也假設每個磁碟上已經劃分出一個主分區sd[bcdef]1 （LCTT 譯註：共計五塊磁碟，這裡是從sdb - sdf）。使用命令：

ls -l /dev | grep sd[bcdef]

查看到的輸出應該如下所示：

然後使用下面的命令創建一個RAID 10陣列（LCTT 譯註：使用了四塊磁碟 bcde 創建）：

 # mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sd[bcde]1 --spare-devices=1 /dev/sdf1 

當陣列創建完畢後（最多花費幾分鐘），執行命令

# mdadm --detail /dev/md0

的輸出應如下所示：

在更進一步之前需要注意以下事項。

1. Used Dev Space表示陣列所使用的每一塊磁碟的容量。
2. Array Size表示陣列的整體大小。RAID 10陣列的大小通過(NC)/M計算，其中N是活躍磁碟的數目，C是每個活躍磁碟的容量，M是每一個鏡像中磁碟的數目。在本文的情形下，這個值等於（48GiB）/2 = 16GiB。
3. Layout是整個數據布局的詳細信息。可能的布局數值如下所示。

• n(默認選項)：代表就近（near）拷貝。一個數據塊的多個拷貝在不同磁碟里有相同的偏移量。這種布局提供和RAID 0陣列相似的讀寫性能。

• o代表偏移量（offset）拷貝。塊並不是在條帶裡面複製的，而是整個條帶一起複制，但是循環會打亂，所以同一個分區中複製的塊會出現在不同的磁碟。因此，一個塊的後續拷貝會出現在下一個磁碟中，一個塊接著一個塊。為了在RAID 10陣列中使用這種布局，在創建陣列的命令中添加--layout=o2選項。

• f代表遠端（far）拷貝（多個拷貝在不同的磁碟中具有不同的偏移量）。這種布局提供更好的讀性能但帶來更差的寫性能。因此，對於讀遠遠多於寫的系統來說是最好的選擇。為了在RAID 10陣列中使用這種布局，在創建陣列的命令中添加--layout=f2。

跟在布局選項n、f和o後面的數字代表所需的每一個數據塊的副本數目。默認值是2，但可以是2到陣列中磁碟數目之間的某個值。提供足夠的副本數目可以最小化單個磁碟上的I/O影響。

1. Chunk Size，參考Linux RAID wiki的說明，是寫入磁碟的最小數據單元。最佳的chunk大小取決於I/O操作的速率和相關的文件大小。對於大量的寫操作，通過設置相對較大的chunk可以得到更低的開銷，但對於主要存儲小文件的陣列來說更小的chunk性能更好。為了給RAID 10指定一個chunk大小，在創建陣列的命令中添加--chunk=desiredchunksize。

不幸的是，並沒有設置一個大小就能適合全局的策略來提高性能，但可以參考下面的一些方案。

• 文件系統：就整體而言，XFS據說是最好的，當然EXT4也是不錯的選擇。
• 最佳布局：遠端布局能提高讀性能，但會降低寫性能。
• 副本數目：更多的副本能最小化I/O影響，但更多的磁碟需要更大的花費。
• 硬體：在相同的環境下，SSD比傳統（機械旋轉）磁碟更能帶來出性能提升

使用DD進行RAID性能測試

下面的基準測試用於檢測RAID 10陣列（/dev/md0）的性能。

1. 寫操作

往磁碟中寫入大小為256MB的單個文件：

# dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=256M count=1 oflag=dsync 

寫入1000次512位元組：

# dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=512 count=1000 oflag=dsync 

使用dsync標記，dd可以繞過文件系統緩存，在RAID陣列上執行同步寫。這個選項用於減少RAID性能測試中緩存的影響。

2. 讀操作

從陣列中拷貝256KiB*15000（3.9 GB）大小內容到/dev/null:

 # dd if=/dev/md0 of=/dev/null bs=256K count=15000 

使用Iozone進行RAID性能測試

Iozone是一款文件系統基準測試工具，用來測試各種磁碟I/O操作，包括隨機讀寫、順序讀寫和重讀重寫。它支持將結果導出為微軟的Excel或LibreOffice的Calc文件。

在CentOS/RHEL 7上安裝Iozone

先保證Repoforge可用，然後輸入：

# yum install iozone 

在Debian 7上安裝Iozone

# aptitude install iozone3 

下面的iozone命令會在RAID-10陣列中執行所有測試：

# iozone -Ra /dev/md0 -b /tmp/md0.xls 

• -R：往標準輸出生成兼容Excel的報告
• -a：以全自動模式運行所有的測試，並測試各種記錄/文件大小。記錄大小範圍：4K-16M，文件大小範圍：64K-512M。
• -b /tmp/md0.xls: 把測試結果存儲到一個指定的文件中

希望這篇文章對你有所幫助，如果想到任何想法或建議可能會提升RAID 10的性能，請講出來。

via: http://xmodulo.com/setup-raid10-linux.html

作者：Gabriel Cánepa 譯者：KayGuoWhu 校對：wxy

本文由 LCTT 原創翻譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive