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在Linux上组成RAID 10阵列以实现高性能和高容错性的磁盘I/O
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RAID 10阵列 (又名RAID 1+0 或先镜像后分区)通过结合RAID 0 (读写操作并行在多个磁盘上同时执行)和RAID 1 (数据被完全相同地写入到两个或更多的磁盘)两者的特点实现高性能和高容错性的磁盘I/O。
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这篇文章会指导你如何使用五块相同的8GB磁盘来组成一个软件RAID 10阵列。因为组成一个RAID 10阵列至少需要4块磁盘（比如，两个镜像各有一对分区组合），而且需要添加一块额外的备用磁盘以防某块主要的磁盘出错。本文也会分享一些工具，在稍后用来分析RAID阵列的性能。
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注意RAID 10的优缺点和其它分区方法（在不同大小的磁盘和文件系统上）的内容不在本文讨论范围内。
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### Raid 10 阵列如何工作？ ###
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如果你需要实现一种支持I/O密集操作（比如数据库、电子邮件或web服务器）的存储解决方案，RAID 10就是你需要的。来看看为什么这么说，请看下图。
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上图中的文件由A、B、C、D、E和F六种块组成，每一个RAID 1镜像对（如镜像1和2）在两个磁盘上复制相同的块。因为需要这样配置，写操作性能会因为每个块需要写入两次而下降，每个磁盘各一次；而读操作与从单块磁盘中读取相比并未发生改变。不过这种配置的好处是除非一个镜像中有超过一块的磁盘故障，否则都能保持冗余以维持正常的磁盘I/O操作。
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RAID 0的分区通过将数据划分到不同的块，然后执行同时将块A写入镜像1、将块B写入镜像2（以此类推）的并行操作以提高整体的读写性能。在另一方面，没有任何一个镜像包含构成主存的数据片的全部信息。这就意味着如果其中一个镜像故障，那么整个RAID 0组件将无法正常工作，数据将遭受不可恢复的损失。
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### 建立RAID 10阵列 ###
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有两种建立RAID 10阵列的可行方案：复杂法（一步完成）和嵌套法（先创建两个或更多的RAID 1阵列，然后使用它们组成RAID 0）。本文会关注复杂法创建RAID 10阵列，因为这种方法能够使用偶数或奇数个磁盘去创建阵列，而且能以单个RAID设备的形式被管理，而嵌套法则恰恰相反（只允许偶数个磁盘，必须以嵌套设备的形式被管理，即分开管理RAID 1和RAID 0）。
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假设你的机器已经安装mdadm，并运行着相应的守护进程，细节参见[这篇文章][1]。也假设每个磁盘上已经划分出一个主分区sd[bcdef]1。使用命令
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ls -l /dev | grep sd[bcdef]
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查看到的输出应该如下所示：
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然后使用下面的命令创建一个RAID 10阵列：
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# mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=10 --raid-devices=4 /dev/sd[bcde]1 --spare-devices=1 /dev/sdf1
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当阵列创建完毕后（最多花费几分钟），执行命令
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# mdadm --detail /dev/md0
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的输出应如下所示：
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在更进一步之前需要注意以下事项。
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1. **Used Dev Space**表示阵列所使用的每一块磁盘的容量。
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2. **Array Size**表示阵列的整体大小。RAID 10阵列的大小通过(N*C)/M计算，其中N是活跃磁盘的数目，C是活跃磁盘的总容量，M是每一个镜像中磁盘的数目。在本文的情形下，这个值等于（4*8GiB）/2 = 16GiB。
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3. **Layout**是整个数据布局的详细信息。可能的布局数值如下所示。
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- **n**(默认选项)：代表就近拷贝。一个数据块的多个拷贝在不同磁盘里有相同的偏移量。这种布局提供和RAID 0阵列相似的读写性能。
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- **o**代表偏移量拷贝。不是复制一个分区里的块，所有的分区都被复制，但会被循环打乱，所以同一个分区中复制的块会出现在不同的磁盘。因此，一个块的后续拷贝会出现在下一个磁盘中，一个块接着一个块。为了在RAID 10阵列中使用这种布局，在创建阵列的命令中添加--layout=o2选项。
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- **f**代表远端拷贝（多个拷贝在不同的磁盘中具有不同的偏移量）。这种布局提供更好的读性能但带来更差的写性能。因此，对于读远远多于写的系统来说是最好的选择。为了在RAID 10阵列中使用这种布局，在创建阵列的命令中添加--layout=f2。
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跟在布局选项**n**、**f**和**o**后面的数字代表所需的每一个数据块的副本数目。默认值是2，但可以是2到阵列中磁盘数目之间的某个值。提供足够的副本数目可以最小化单个磁盘上的I/O影响。
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4. **Chunk Size**，以[Linux RAID wiki][2]为准,是写入磁盘的最小数据单元。最佳的chunk大小取决于I/O操作的速率和相关的文件大小。对于大量的写操作，通过设置相对较大的chunks可以得到更低的开销，但对于主要存储小文件的阵列来说更小的chunk性能更好。为了给RAID 10指定一个chunk大小，在创建阵列的命令中添加**--chunk=desired_chunk_size**。
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不幸的是，并没有设置一个大小就能适合全局的策略用来提高性能，但可以参考下面的一些方案。
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- 文件系统：就整体而言，[XFS][3]据说是最好的，当然EXT4也是不错的选择。
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- 最佳布局：远端布局能提高读性能，但会降低写性能。
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- 副本数目：更多的副本能最小化I/O影响，但更多的磁盘需要更大的花费。
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- 硬件：在相同的环境下，SSD比传统（机械旋转）磁盘更能带来出性能提升
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### 使用DD进行RAID性能测试 ###
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下面的基准测试用于检测RAID 10阵列（/dev/md0）的性能。
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#### 1. 写操作 ####
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往磁盘中写入大小为256MB的单个文件：
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# dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=256M count=1 oflag=dsync
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写入1000次512字节：
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# dd if=/dev/zero of=/dev/md0 bs=512 count=1000 oflag=dsync
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使用dsync标记，dd可以绕过文件系统缓存，在RAID阵列上执行同步写。这个选项用于减少RAID性能测试中缓存的影响。
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#### 2. 读操作 ####
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从阵列中拷贝256KiB*15000（3.9 GB）大小内容到/dev/null:
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# dd if=/dev/md0 of=/dev/null bs=256K count=15000
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### 使用Iozone进行RAID性能测试 ###
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[Iozone][4]是一款文件系统基准测试工具，用来测试各种磁盘I/O操作，包括随机读写、顺序读写和重读重写。它支持将结果导出为微软的Excel或LibreOffice的Calc文件。
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#### 在CentOS/RHEL 7上安装Iozone ####
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先保证[Repoforge][5]可用，然后输入：
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# yum install iozone
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#### 在Debian 7上安装Iozone ####
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# aptitude install iozone3
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下面的iozone命令会在RAID-10阵列中执行所有测试：
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# iozone -Ra /dev/md0 -b /tmp/md0.xls
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- **-R**：往标准输出生成兼容Excel的报告
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- **-a**：以全自动模式运行所有的测试，并测试各种记录/文件大小。记录大小范围：4K-16M，文件大小范围：64K-512M。
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- **-b /tmp/md0.xls**: 把测试结果存储到一个指定的文件中
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希望这篇文章对你有所帮助，如果想到任何想法或建议可能会提升RAID 10的性能，请讲出来。
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via: http://xmodulo.com/setup-raid10-linux.html
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作者：[Gabriel Cánepa][a]
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译者：[KayGuoWhu](https://github.com/KayGuoWhu)
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校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创翻译，[Linux中国](http://linux.cn/) 荣誉推出
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[a]:http://xmodulo.com/author/gabriel
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[1]:http://xmodulo.com/create-software-raid1-array-mdadm-linux.html
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[2]:https://raid.wiki.kernel.org/
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[3]:http://ask.xmodulo.com/create-mount-xfs-file-system-linux.html
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[4]:http://www.iozone.org/
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[5]:http://xmodulo.com/how-to-set-up-rpmforge-repoforge-repository-on-centos.html |