開源系統應用RAID保護企業數據安全
數據安全是中小型企業信息安全工作的重中之重，企業數據的可用性、安全性成為工作的焦點問題。在保護企業數據的過程中，磁盤陣列技術(也稱為RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks))目前已經廣泛的用于中小型企業，或做磁盤的容錯和備份，或用作構建SAN存儲等等，是保證數據安全的一項重要技術。并且，RAID的門類非常多，企業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建過程來介紹開源系統Linux下硬件磁盤陣列的使用。
一、了解磁盤陣列
RAID按照實現原理的不同分為不同的級別，不同的級別之間工作模式是有區別的，分別可以提供不同的速度，安全性和性價比。在業界，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級別中最高的存儲性能。RAID0提高存儲性能的原理是把連續的數據分散到多個磁盤上存取，這樣，系統有數據請求就可以被多個磁盤并行的執行，每個磁盤執行屬于它自己的那部分數據請求。這種數據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通過數據鏡像實現數據冗余，在兩對分離的磁盤上產生互為備份的數據。RAID1可以提高讀的性能，當原始數據繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數據。RAID1是磁盤陣列中費用最高的，但提供了最高的數據可用率。當一個磁盤失效，系統可以自動地交換到鏡像磁盤上，而不需要重組失效的數據。
RAID2：從概念上講，RAID2同RAID3類似，兩者都是將數據條塊化分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節。然而RAID2使用稱為“加重平均糾錯碼”的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術需要多個磁盤存放檢查及恢復信息，使得RAID2技術實施更復雜。因此，在商業環境中很少使用。
RAID3：不同于RAID2，RAID3使用單塊磁盤存放奇偶校驗信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數據盤可以重新產生數據。如果奇偶盤失效，則不影響數據使用。RAID3對于大量的連續數據可提供很好的傳輸率，但對于隨機數據，奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。
RAID4：同RAID2、RAID3一樣，RAID4也同樣將數據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沒有單獨指定的奇偶盤，而是交叉地存取數據及奇偶校驗信息于所有磁盤上。在RAID5上，讀/寫指針可同時對陣列設備進行操作，提供了更高的數據流量。RAID5更適合于小數據塊，隨機讀寫的數據。RAID3與RAID5相比，重要的區別在于RAID3每進行一次數據傳輸，需涉及到所有的陣列盤。而對于RAID5來說，大部分數據傳輸只對一塊磁盤操作，可進行并行操作。在RAID5中有“寫損失”現象發生，即每一次寫操作，將產生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數據及奇偶信息，兩次寫新的數據及奇偶信息。它可能是目前世界上最常見的RAID產品，最適合于事務性處理應用，如ERP、CRM和E-mail等。
RAID6：RAID6與RAID5相比，增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法，數據的可靠性非常高。即使兩塊磁盤同時失效，也不會影響數據的使用。但需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對于RAID5有更大的“寫損失”。RAID6的寫性能非常差，較差的性能和復雜的實施，以及實現代價非常昂貴，使得RAID6很少使用。
RAID7：它有一個實時嵌入操作系統用作控制器，一個高速總線用于緩存。它提供快速的I/O，但是價格昂貴，應用性稍差。
RAID10：它由數據條陣列組成，其中每個條都是驅動器的一個RAID1陣列。它與RAID1的容錯能力相同，面向需要高性能和冗余，但不需要高容量的數據庫服務器。
RAID53：其實施情況同RAID0數據條陣列，其中，每一段都是一個RAID3陣列。它的冗余與容錯能力同RAID3。這對需要具有高數據傳輸率的RAID3配置的IT系統有益，但是它價格昂貴、效率偏低。
二、根據具體情況使用磁盤陣列
表1對各類RAID產品的優缺點進行了詳細說明，用戶可以在實際的應用中選擇使用：
表1 各類RAID產品比較
值得注意的是：上述介紹的0，1，2等RAID類型并不代表技術的高低(比如RAID2并沒有商業產品，相對于RAID1說較差)，而只代表不同的技術型號。所以在實際應用中選擇某種RAID產品需要根據應用環境和資金等情況而定。
實現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動程序，才能讓Linux系統正常使用設備。
軟RAID：采用軟件的方法來實現。用戶無須安裝額外的硬設備，只要保證Linux內核有支持，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算工作的，因而效率大大高于由Linux內核的軟件磁盤陣列;但硬件磁盤陣列得購買額外的設備，因此其使用成本比軟件磁盤陣列高得多。過去RAID一直是高端服務器才應用的設備，與高檔SCSI硬盤配合使用。SCSI RAID穩定性好、速度快，但SCSI硬盤和SCSI接口RAID卡價格高昂，往往只在高檔服務器上使用。近來隨著技術的發展和產品成本的不斷下降，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技術也廣泛應用到了IDE硬盤和SATA硬盤上。
三、開源系統Linux下構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運行方式較為接近。
1.創建RAID1磁盤陣列
RAID1磁盤陣列的基本工作方式是通過數據鏡像實現數據冗余，在兩對分離的磁盤上產生互為備份的數據，也就是說每一塊磁盤所存儲的數據是完全相同的。所以，要創建RAID1磁盤陣列，至少需要2塊硬盤，每一塊硬盤最好大小一致。這是因為每一個硬盤存儲相同的數據，因此有一個硬盤比其他的容量大時，磁盤陣列也無法使用多出來的硬盤空間。本例采用2個硬盤的分區(hda1和hdb1)來創建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
上述文件中每項的含義如下所示：
raiddev：指定磁盤陣列的設備名稱;
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數，例中RAID為2個硬盤組成;
nr-spare-disks：指定磁盤陣列備用磁盤數目，例中為0;
chunk-size：指定數據寫入磁盤陣列時，每個寫入區塊的大小，其單位為KB，且大小必須為2的冪次方。一般說來，此設置值的大小會影響磁盤陣列的讀寫效率，不過理想的設置值，則隨著計算機的使用情況而異，所以并無絕對的結果;
persistent-superblock：配置是否要寫入磁盤的超級塊(superblock)，配置成“1”表示寫入，配置“0”不寫入;
device /dev/hda1：根據實際情況，指定第一個硬盤分區的名稱，此處第一個硬盤分區為hda1;
raid-disk 0：配置上述的分區是此磁盤陣列所使用的第一個硬盤，編號從0開始;
device /dev/hdb1：同上，按實際情況，指定第二塊硬盤分區的名稱;
raid-disk 1：配置上述的分區是此磁盤陣列所使用的第一個硬盤，編號為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)啟動磁盤陣列
#raidstart /dev/md0
4)使用過程中查看磁盤陣列的使用狀態
#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.創建RAID5磁盤陣列
上面介紹了RAID0的創建方式，下面介紹如何創建RAID5磁盤陣列。有了上面的基礎后，對于RAID5的創建也就不那么困難了。簡單地說，RAID5是在RAID0和RAI1中取得折衷，既具備容錯能力，也不會浪費太多硬盤空間，并有助于提高磁盤的I/O性能。由于RAID5需要存儲同位校驗碼，因此要創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(hda1、hdb1和hdc1)來組成RAID5磁盤。當然，也可以指定三塊磁盤的其他分區，這個可以根據實際磁盤分區的使用情況選定，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個硬盤所組成;
nr-spare-disks ：指定/此磁盤陣列的備用硬盤數目;
chunk-size：當數據要寫入磁盤陣列時，每個寫入的大小(單位為KB，且必須為2的冪次方)。此設置值的大小，會影響磁盤陣列的讀寫效率，不過理想的設置值，則按每臺計算機的使用情況而異，并無絕對的結果;
persistent-superblock：設置是否要寫入磁盤的superblock：設成1表示寫入，否則設成0。若將此參數設成1，則當磁盤陣列中有硬盤損壞時，系統仍可繼續啟動;若有備用硬盤，也會同時啟用備用硬盤;
parity-algorithm：指定要用哪一種算法計算同位校驗嗎，可使用的算法有left-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個硬盤分區名稱;
raid-disk 0：設置上述的分區是此磁盤陣列所使用的第1個硬盤(編號由0開始);
device /dev/hdb1：指定所要使用的第2個硬盤分區名稱;
raid-disk 1：設置上述的分區是此磁盤陣列所使用的第2個硬盤;
device /dev/hdc1 ：指定所要使用的第3個硬盤分區名稱;
raid-disk 2：設置上述的分區是此磁盤陣列所使用的第3個硬盤。
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)啟動磁盤陣列
#raidstart /dev/md0
4)使用過程中查看磁盤陣列的使用狀態
#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。
【編輯推薦】
