Linux RAID 原理及配置

RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）是通过将多个物理磁盘组合为一个逻辑存储单元，实现提升性能、增加数据冗余（容错） 或两者兼顾的技术。Linux 中主要通过软件 RAID（基于操作系统实现）或硬件 RAID（基于独立控制器）实现，其中软件 RAID 因成本低、灵活性高而被广泛使用（依赖 mdadm 工具）。

一、RAID 核心原理（常见级别）

RAID 有多个标准级别（如 RAID0/1/5/6/10 等），不同级别通过数据分布方式（条带化、镜像、奇偶校验）实现不同的性能和冗余特性。

1. RAID0（条带化）

• 原理：将数据分成小块（条带），分散存储在多个磁盘上，读写时多磁盘并行操作。
• 特点：
  • 无冗余（无容错能力），任何一块磁盘故障会导致全部数据丢失。
  • 性能最优（读写速度为单盘的 N 倍，N 为磁盘数量）。
  • 总容量 = 所有磁盘容量之和（无容量损失）。
• 最少磁盘：2 块。
• 适用场景：对性能要求高、数据临时存储（如视频编辑缓存），不适合重要数据。

2. RAID1（镜像）

• 原理：将数据同时写入两块磁盘（互为镜像），每块磁盘存储完整数据副本。
• 特点：
  • 冗余最高（允许 1 块磁盘故障，数据仍完整）。
  • 读性能提升（可并行读两块盘），写性能略低（需写两份数据）。
  • 总容量 = 最小单盘容量（容量损失 50%）。
• 最少磁盘：2 块。
• 适用场景：重要数据存储（如系统分区、数据库日志），优先保证数据安全。

3. RAID5（分布式奇偶校验）

• 原理：数据条带化存储在多块磁盘，同时计算奇偶校验信息并分布式存储在所有磁盘（每块盘都包含部分校验数据）。
• 特点：
  • 允许 1 块磁盘故障（通过校验信息重建数据）。
  • 性能均衡（读接近 RAID0，写因校验计算略低）。
  • 总容量 =（N-1）× 最小单盘容量（N 为磁盘数量，损失 1 块盘容量用于校验）。
• 最少磁盘：3 块。
• 适用场景：中小规模存储（如文件服务器），平衡性能与冗余。

4. RAID6（双重奇偶校验）

• 原理：在 RAID5 基础上增加第二组奇偶校验信息，分布式存储。
• 特点：
  • 允许 2 块磁盘同时故障（容错能力更强）。
  • 总容量 =（N-2）× 最小单盘容量（损失 2 块盘容量）。
  • 写性能低于 RAID5（因双重校验计算）。
• 最少磁盘：4 块。
• 适用场景：大规模存储（如数据中心），数据重要性极高（不允许因双盘故障丢失数据）。

5. RAID10（RAID1 + RAID0）

• 原理：先将磁盘两两组成 RAID1 镜像（保证冗余），再将多个镜像组组成 RAID0 条带化（提升性能）。
• 特点：
  • 兼顾冗余（允许每组镜像中 1 块盘故障）和性能（并行读写）。
  • 总容量 =（N/2）× 最小单盘容量（N 为磁盘数量，需偶数）。
  • 成本高（需多块磁盘）。
• 最少磁盘：4 块（2 组镜像）。
• 适用场景：高 IO 需求且数据重要的场景（如数据库服务器）。

5. RAID50（RAID5 + RAID0）

二，实验步骤：

添加一块新硬盘sdb,创建1G的分区代替一块硬盘。

1.创建raid0

1.1添加一块硬盘sdb 20G,创建两个1G的分区代替两个硬盘
lsblk  查看磁盘名称

yum install -y mdadm   安装工具mdadm

1.2将/dev/sdb和/dev/sdc建立RAID等级为RAID 0的md0（设备名）

mdadm -Cv /dev/md0 -l 0 -n 2 /dev/sdb1 /dev/sdb2

mdadm -D /dev/md0  查看RAID详细信息
1.3对创建的RAID进行文件系统创建并挂载

mkfs.xfs /dev/md0 
mkdir /raid5
临时挂载
mount /dev/md5 /raid5
blkid /dev/md0
echo "UUID=8eafdcb6-d46a-430a-8004-d58a68dc0751 /raid5 xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab

2、删除raid0

umount /dm0
mdadm -S /dev/md0
rm -rf /dm0
mdadm --zero-superblock /dev/sdb1
mdadm --zero-superblock /dev/sdb2
vi /etc/fstab
UUID=8eafdcb6-d46a-430a-8004-d58a68dc0751 /raid0 xfs defaults 0 0  #删除此行

2.创建raid1

步骤和创建raid0一样，使用两块硬盘（1G），但是- l的等级为1，效果是dm1的大小只有1G

3、raid 5

利用磁盘分区新建4个磁盘分区，每个大小为1 GB。用3个1 GB的分区来模拟raid 5，加一个热备盘。

mdadm -Cv /dev/md5 -l5 -n3 /dev/sdb{1..3} --spare-devices=1 /dev/sd5  

模拟硬盘故障

3.1查看：
 mdadm -D /dev/md5  

3.2将sdb1设置故障

mdadm -f /dev/md5 /dev/sdb1  查看RAID的详细信息，命令如下。
 mdadm -D /dev/md5   从以上结果可以发现原来的热备盘/dev/sd并正在参与RAID 5的重建，而原来的/dev/sdb1变成了坏盘。

3.3 热移除故障盘，命令如下：
 mdadm -r /dev/md5 /dev/sdb1  格式化RAID并进行挂载，命令如下：

mdadm -a /dev/md5 /dev/sdb1 添加

mkfs.xfs /dev/md5
mkdir /md5
blkid /dev/md5
echo "UUID=8eafdcb6-d46a-430a-8004-d58a68dc0751 /raid0 xfs defaults 0 0" >> /etc/fstab

4、raid 10 创建四个分区，（两个raid1 组成raid0）

4.1 四个分区;

4.2 创建两个raid1:

mdadm -Cv /dev/md101 -l 1 -n 2 /dev/sdb{6..7}
mdadm -Cv /dev/md102 -l 1 -n 2 /dev/sdb{8..9}

4.3 创建raid 0

mdadm -Cv /dev/md10 -l 0 -n 2 /dev/md101 /dev/md102