如何在Linux上設置RAID 10確保高性能

 　　RAID 10(又叫RAID 1+0或鏡像條帶)陣列結合了RAID 0和RAID 1兩者的功能特性，從而提供了高性能、容錯的磁盤輸入/輸出操作。在RAID 0中，讀取/寫入操作跨多個驅動器並路執行;在RAID 1中，一模一樣的數據寫入到兩個或多個驅動器上。

　　在本教程中，我將介紹如何使用5只相同的8 GiB磁盤，構建一個軟件RAID 10陣列。雖然用來構建RAID 10陣列的最大磁盤數量是4只(比如一組條帶化的兩個鏡像)，但我們將增添一只額外的備用驅動器，以防其中一個主驅動器出現故障。我們還將介紹一些工具，你以後可以用來分析RAID陣列的性能。

　　請注意：全面深入地介紹RAID 10及其他分區方案(以及不同尺寸的驅動器和文件系統)的所有優缺點不在本文的探討范圍之內。

　　RAID 10陣列是如何工作的?

　　如果你需要實施一種支持輸入/輸出密集型操作(比如數據庫、電子郵件和網站服務器)的存儲解決方案，RAID 10是正確的選擇。下面會介紹其中原委。不妨先看一看下圖。

　　鏡像1和鏡像2的條帶

　　設想一下某個文件由上圖中的數據塊A、B、C、D和E組成。每個RAID 1鏡像集(比如鏡像1或鏡像2)將數據塊復制到兩個設備中的每一個。由於這種配置，寫入性能有所下降，因為每個數據塊都要寫入兩次，每只磁盤各寫入一次，而相比從單只讀盤讀取數據，讀取性能依然沒有變化。優點在於，這種方案提供了冗余性，因為除非每個鏡像中的多只磁盤出現故障，否則可以維持正常的磁盤輸入/輸出操作。

　　RAID 0條帶的工作原理是，把數據劃分成多個數據塊，並將數據塊A寫入到鏡像1，同時將數據塊B寫入到鏡像2，依次類推，因而提高了總體的讀取和寫入性能。另一方面，沒有一個鏡像含有向主集提交的任何一部分數據的完整信息。這意味著，如果其中一個鏡像出現故障，整個RAID 0組件(以及因而RAID 10集)就無法操作，數據出現無法恢復的丟失。

　　構建RAID 10陣列

　　RAID 10陣列有兩種可能的構建方案：復雜方案(只要一步就能構建)，或嵌套方案(構建方法是，先構建兩個或多個RAID 1陣列，然後把它們用作RAID 0中的組件設備)。在本教程中，我們將介紹構建復雜的RAID 10陣列，原因在於這種陣列讓我們可以使用數量為奇數或偶數的磁盤，並且可以作為單一RAID設備來加以管理，而不是介紹嵌套方案(只允許數量為偶數的驅動器，必須作為嵌套設備來加以管理， RAID 1和RAID 0分開來處理)。

　　假設你已安裝了mdadm，該後台程序在你的系統上運行。想了解詳細內容，請參閱這篇教程：http://xmodulo.com/create-software-raid1-array-mdadm-linux.html。另外假設已在每只磁盤上創建了主分區sd[bcdef]1。因而，ls -l /dev | grep sd[bcdef]的輸出應該是這樣：

　　接下來使用下面這個命令，構建一個RAID 10陣列：

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

　　該陣列構建完畢後(構建過程應該用不了幾分鐘)，# mdadm --detail /dev/md0的輸出應該是這樣：

　　在我們繼續下一步之前有幾點需要予以說明。

　　1. Used Dev Space表明了陣列所使用的每個成員設備的容量。

　　2. Array Size是指陣列的總大小。就RAID 10陣列而言，這相當於(N*C)/M，其中N是指活動設備的數量，C是指活動設備的容量，M則指每個鏡像中的設備數量。所以在這裡，(N*C)/M相當於(4*8GiB)/2 = 16GiB。

　　3. Layout指數據布局的具體細節。可能的布局值如下所示。

　　•n(默認選項)：意味著 near拷貝。一個數據塊的多個拷貝在不同的設備中處於相似的偏移(offset)。這種布局提供的讀取和寫入性能與RAID 0陣列的性能相似。

　　•o表明offset拷貝。不是數據段在條帶裡面復制，而是整個條帶被復制，但由一個設備輪轉，那樣重復數據塊分布在不同的設備上。因而，隨後的數據塊拷貝在下一個驅動器中，下移一個數據段。想讓你的RAID 10陣列使用這種布局，將--layout=o2添加到用來構建陣列的命令。

　　•f 表明far拷貝(偏移全然不同的多個拷貝)。這種布局提供了較好的讀取性能，卻提供了較差的寫入性能。因而，這種方案最適合需要支持的讀取操作比寫入操作多得多的系統。想讓你的RAID 10陣列使用這種布局，將--layout=f2添加到用來構建陣列的命令。

　　--layout選項中n、f和o後面所跟的數字表明了所需的每個數據塊的副本數量。默認值是2，但它可以是磁盤中設備數量的2倍數。通過提供數量足夠的副本，你就能盡量減少單個驅動器的輸入/輸出影響。

　　4. Chunk Size，按照Linux RAID維基，數據段大小(chunk size)指寫入到設備的最小單位的數據。最優化的數據段大小取決於輸入/輸出操作的速度以及相關文件的大小。如果寫入大文件，只要確保數據段相當大，有望看到較低的開銷，而主要存儲小文件的陣列有望更加得益於較小的數據段。想為你的RAID 10陣列指定某個數據段大小，將--chunk=desired_chunk_size添加到用來構建陣列的命令。

　　遺憾的是，沒有一應俱全的方法可以提升性能。下面是值得考慮的幾個指導准則。

　　•文件系統：總的來說，XFS據說是最好的文件系統，而EXT4仍然是個不錯的選擇。

　　•最佳化布局：far布局提升了讀取性能，但降低了寫入性能。

　　•副本數量：更多的副本盡量減小了輸入/輸出影響，但需要更多的磁盤時也增加了成本。

　　•硬件：固態硬盤比傳統的旋轉磁盤更有可能顯示性能提升的優點(在同一環境下)。

　　使用DD測試RAID性能

　　下列基准測試可以用來核查我們的RAID 10陣列(/dev/md0)的性能。

　　1. 寫入操作

　　256MB大小的單個文件被寫入到設備上：

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

　　512字節被寫入1000次：

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

　　由於dsync標記，dd繞過系統文件緩存，執行同步寫入到RAID陣列的操作。這個選項用來消除RAID性能測試期間的緩存效應。

　　2. 讀取操作

　　256KiB*15000(3.9 GB)從陣列拷貝到/dev/null：

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

　　使用Iozone測試RAID性能

　　Iozone(http://www.iozone.org)是一種文件系統基准測試工具，讓我們可以測量的眾多磁盤輸入/輸出操作，包括隨機讀取/寫入、順序讀取/寫入和重新讀取/重新寫入。它可以將結果導出到微軟Excel或LibreOffice Calc文件。

　　將Iozone安裝到CentOS/RHEL 7上

　　啟用Repoforge軟件庫，然後執行下列命令：

　　# yum install iozone

　　將Iozone安裝到Debian 7上

　　# aptitude install iozone3

　　下面這個iozone命令將在RAID-10陣列中執行所有測試：

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

　　•-R：生成與Excel兼容的報告，並發送到標准輸出設備。

　　•-a：在全自動模式下運行iozone，涵蓋所有測試和可能的記錄/文件大小。記錄大小：4k至16M，文件大小：64k至512M。

　　•-b /tmp/md0.xls：將測試結果存儲在某個指定的文件。