Linux RAID

定义：独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks），将多块磁盘组合为逻辑阵列，提升性能或提供数据冗余。实现方式软 RAID：通过mdadm工具 + 操作系统实现，无硬件成本，占用少量 CPU 资源（文档重点）；硬 RAID：依赖专用 RAID 卡，性能强但成本高；混合 RAID：介于软 / 硬之间，平衡性能与成本。

emiya_saber

434人浏览 · 2025-11-18 19:20:17

emiya_saber · 2025-11-18 19:20:17 发布

一、RAID 核心基础

1.1 RAID 定义与实现

定义：独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks），将多块磁盘组合为逻辑阵列，提升性能或提供数据冗余。
实现方式：
- 软 RAID：通过 mdadm 工具 + 操作系统实现，无硬件成本，占用少量 CPU 资源（文档重点）；
- 硬 RAID：依赖专用 RAID 卡，性能强但成本高；
- 混合 RAID：介于软 / 硬之间，平衡性能与成本。

1.2 常用 RAID 级别对比（关键选型依据）

RAID 级别	最小磁盘数	核心特性	容错能力	磁盘空间开销	读写性能	适用场景
RAID0	2	条带化（无冗余）	无（单盘故障丢数据）	0%	读写均最高	视频编辑、非关键数据存储
RAID1	2	镜像（数据完全复制）	单盘故障	50%（仅用一半容量）	读高、写略低	关键数据、数据库服务器
RAID5	3	条带化 + 分布式奇偶校验	单盘故障	1/N（N 为磁盘数）	读高、写中等	文件服务器、小型企业环境
RAID10	4	RAID1 镜像 + RAID0 条带化	多盘故障（不同镜像组）	50%	读写均高	数据库、虚拟化、关键业务

1.3 核心术语解释

条带化：数据分割为固定大小块，分散存储在多块磁盘，并行读写提升性能；
镜像：数据完全复制到另一块磁盘，实现冗余备份；
奇偶校验：通过算法计算校验信息，用于 RAID5/6 的数据恢复；
热备盘：闲置磁盘，故障时自动顶替故障盘并同步数据。

二、mdadm 核心语法（操作基础）

mdadm 是 Linux 软 RAID 管理的核心工具，所有操作均通过其命令实现，以下是文档中高频使用的语法格式：

2.1 常用选项与语法格式

操作目标	语法格式	关键选项说明
创建 RAID 阵列	`mdadm --create /dev/mdX --level 级别 --raid-devices 磁盘数磁盘列表`	`--create`：创建阵列；`--level`：指定 RAID 级别；`--raid-devices`：参与阵列的磁盘数
查看 RAID 详情	`mdadm --detail /dev/mdX`	查看阵列状态、磁盘成员、同步进度等
查看 RAID 概要	`cat /proc/mdstat`	快速查看所有阵列的运行状态
添加热备盘	`mdadm /dev/mdX --add 磁盘`	新增闲置磁盘作为热备（故障时自动激活）
标记磁盘故障	`mdadm /dev/mdX --fail 磁盘`	手动模拟磁盘故障（测试容错能力）
移除故障磁盘	`mdadm /dev/mdX --remove 磁盘`	从阵列中删除故障磁盘
停止 RAID 阵列	`mdadm --stop /dev/mdX`	销毁阵列（需先卸载）
清除磁盘 RAID 信息	`mdadm --zero-superblock 磁盘`	清除磁盘的超级块（用于重新创建阵列）
扩容 RAID 阵列	`mdadm -G /dev/mdX --raid-devices 新磁盘数`	`-G`（grow）：扩展阵列成员数（仅 RAID5 支持）

2.2 关键说明

RAID 设备命名：默认从 /dev/md0 开始（md=multiple devices）；
超级块（superblock）：存储 RAID 阵列配置信息，--zero-superblock 会清除该信息；
同步 / 重构：创建阵列或替换故障盘后，数据会自动同步，期间性能略有下降。

三、实操模块 1：RAID0 管理（无冗余，高性能）

RAID0 核心是 “条带化”，无冗余但性能最强，文档中用 /dev/sdb 和 /dev/sdc 两块磁盘演示。

3.1 步骤 1：创建 RAID0 阵列

# 创建 RAID0 设备 /dev/md0，2 块磁盘（/dev/sdb、/dev/sdc）
[root@centos7 ~]# mdadm --create /dev/md0 --level 0 --raid-devices 2 /dev/sd{b,c}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md0 started.

语法解析：
- --create /dev/md0：指定创建的 RAID 设备名；
- --level 0：明确 RAID 级别为 0；
- --raid-devices 2：参与阵列的磁盘数为 2；
- /dev/sd{b,c}：简写，等价于 /dev/sdb /dev/sdc；
输出说明：默认使用 1.2 版本元数据，阵列创建成功并启动。

3.2 步骤 2：查看 RAID0 状态

方式 1：快速查看（`/proc/mdstat`）

[root@centos7 ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] 
md0 : active raid0 sdc[1] sdb[0]
41908224 blocks super 1.2 512k chunks  # 阵列总容量~40G，条带大小512K

unused devices: <none>

关键信息：
- active raid0：阵列状态正常，级别为 RAID0；
- sdc[1] sdb[0]：磁盘成员及编号；
- 512k chunks：条带大小（默认 512K，可通过 --chunk 自定义）。

方式 2：详细查看（`mdadm --detail`）

[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
Version : 1.2                  # 元数据版本
Creation Time : Fri Aug 2 17:03:58 2024  # 创建时间
Raid Level : raid0             # RAID 级别
Array Size : 41908224 (39.97 GiB)  # 阵列总容量（2块20G磁盘，无开销→40G）
Raid Devices : 2               # 成员磁盘数
Active Devices : 2             # 活跃磁盘数
Failed Devices : 0             # 故障磁盘数
Spare Devices : 0              # 热备盘数
Chunk Size : 512K              # 条带大小
Name : centos7.linux.fun:0     # 阵列名称（主机名+编号）
UUID : afe03287:7cfb8b2e:82844a2e:8f721e04  # 唯一标识（用于持久化）
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb  # 磁盘1：活跃同步
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc  # 磁盘2：活跃同步

3.3 步骤 3：格式化与挂载

# 1. 格式化 RAID0 为 xfs 文件系统（CentOS7 默认）
[root@centos7 ~]# mkfs.xfs /dev/md0

# 2. 创建挂载点目录
[root@centos7 ~]# mkdir /data/raid0

# 3. 临时挂载（重启失效）
[root@centos7 ~]# mount /dev/md0 /data/raid0

# 4. 验证挂载结果（查看容量和使用情况）
[root@centos7 ~]# df -h /data/raid0
Filesystem  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md0     40G  319M   40G   1% /data/raid0

# 5. 测试：复制文件到 RAID0
[root@centos7 ~]# cp /etc/ho* /data/raid0  # 复制/etc目录下以ho开头的文件
[root@centos7 ~]# ls /data/raid0/
host.conf  hostname  hosts  # 验证文件存在

解析：RAID0 容量 = 磁盘总容量（20G+20G=40G），无空间开销，适合存储临时高并发数据。

3.4 步骤 4：删除 RAID0 阵列

# 1. 先卸载挂载点（必须先卸载，否则无法停止阵列）
[root@centos7 ~]# umount /dev/md0

# 2. 停止 RAID0 阵列（销毁阵列）
[root@centos7 ~]# mdadm --stop /dev/md0
mdadm: stopped /dev/md0

# 3. 清除磁盘上的 RAID 超级块（避免影响后续使用）
[root@centos7 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sd{b,c}

3.5 RAID0 特殊说明（文档补充）

无法添加新成员盘：RAID0 条带化结构固定，不能扩容；
无法强制故障盘：RAID0 无冗余，单盘故障即阵列失效，mdadm --fail 会提示错误。

四、实操模块 2：RAID1 管理（镜像冗余，高可靠）

RAID1 核心是 “镜像”，数据完全复制到另一块磁盘，文档用 /dev/sdb、/dev/sdc 演示基础操作，/dev/sdd 作为热备盘。

4.1 步骤 1：创建 RAID1 阵列

# 创建 RAID1 设备 /dev/md1，2 块磁盘（/dev/sdb、/dev/sdc）
[root@centos7 ~]# mdadm --create /dev/md1 --level 1 --raid-devices 2 /dev/sd{b,c}
mdadm: Note: this array has metadata at the start and may not be suitable as a boot device.
Continue creating array? yes  # 提示元数据位置，按yes确认
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md1 started.

提示说明：RAID1 元数据存储在磁盘开头，不适合作为 boot 设备（若需引导，需用 --metadata=0.90 参数）。

4.2 步骤 2：查看 RAID1 同步状态

[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md1
/dev/md1:
Raid Level : raid1
Array Size : 20954112 (19.98 GiB)  # 容量=单盘容量（20G），50%空间开销
State : clean, resyncing  # clean=正常，resyncing=数据同步中
Resync Status : 33% complete  # 同步进度（需等待100%完成）
Active Devices : 2
Failed Devices : 0
Spare Devices : 0
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc

关键：同步期间阵列可正常使用，但写入性能会下降，建议等待同步完成后再部署业务。

4.3 步骤 3：格式化、挂载与测试

# 1. 同步完成后格式化（xfs 文件系统）
[root@centos7 ~]# mkfs.xfs /dev/md1

# 2. 创建挂载点并挂载
[root@centos7 ~]# mkdir /data/raid1
[root@centos7 ~]# mount /dev/md1 /data/raid1

# 3. 验证容量（仅20G，因镜像开销）
[root@centos7 ~]# df -h /data/raid1
Filesystem  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md1     20G  175M   20G   1% /data/raid1

# 4. 复制文件测试
[root@centos7 ~]# cp /etc/ho* /data/raid1
[root@centos7 ~]# ls /data/raid1/
host.conf  hostname  hosts

4.4 步骤 4：添加热备盘（关键容错配置）

# 给 /dev/md1 添加热备盘 /dev/sdd
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md1 --add /dev/sdd
mdadm: added /dev/sdd

# 验证热备盘状态
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md1 | tail -5
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc
2       8    48        -      spare         /dev/sdd  # 状态为spare（备用）

4.5 步骤 5：模拟磁盘故障与恢复

# 1. 手动标记 /dev/sdc 为故障盘
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md1 --fail /dev/sdc
mdadm: set /dev/sdc faulty in /dev/md1

# 2. 查看状态：热备盘自动激活并同步
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md1 | tail -5
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
2       8    48        1      spare rebuilding   /dev/sdd  # 正在重构（同步数据）
1       8    32        -      faulty            /dev/sdc  # 故障状态

# 3. 验证数据完整性（故障期间数据正常访问）
[root@centos7 ~]# cat /data/raid1/hostname
centos7.linux.fun  # 数据未丢失

# 4. 移除故障盘（更换新磁盘后执行）
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md1 --remove /dev/sdc
mdadm: hot removed /dev/sdc from /dev/md1

# 5. 验证最终状态（/dev/sdd 变为活跃盘）
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md1 | tail -5
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
2       8    48        1      active sync   /dev/sdd

4.6 步骤 6：删除 RAID1 阵列

# 1. 卸载挂载点
[root@centos7 ~]# umount /dev/md1

# 2. 停止阵列
[root@centos7 ~]# mdadm --stop /dev/md1
mdadm: stopped /dev/md1

# 3. 清除所有相关磁盘的超级块
[root@centos7 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sd{b..d}  # 简写：b到d的所有磁盘

4.7 RAID1 特殊说明

容量不随磁盘数量增加：即使添加多块磁盘，RAID1 仅用单盘容量（镜像特性）；
热备盘自动顶替：故障时无需手动干预，提升系统可用性。

五、实操模块 3：RAID5 管理（性能 + 冗余兼顾）

RAID5 是 “条带化 + 分布式奇偶校验”，兼顾性能与冗余，用 /dev/sdb-/dev/sde 4 块磁盘演示，支持扩容。

5.1 步骤 1：创建 RAID5 阵列

# 创建 RAID5 设备 /dev/md5，4 块磁盘（/dev/sdb-/dev/sde）
[root@centos7 ~]# mdadm --create /dev/md5 --level 5 --raid-devices 4 /dev/sd{b..e}
mdadm: Defaulting to version 1.2 metadata
mdadm: array /dev/md5 started.

容量计算：总容量 =（磁盘数 - 1）× 单盘容量 = 3×20G=60G（1 块磁盘用于存储奇偶校验）。

5.2 步骤 2：查看 RAID5 重构状态

[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md5
/dev/md5:
Raid Level : raid5
Array Size : 62862336 (59.95 GiB)  # 约60G，符合预期
State : clean, degraded, recovering  # 重构中
Active Devices : 3
Working Devices : 4
Spare Devices : 1
Rebuild Status : 17% complete  # 重构进度
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc
2       8    48        2      active sync   /dev/sdd
4       8    64        3      spare rebuilding   /dev/sde

5.3 步骤 3：格式化、挂载与测试

# 1. 等待重构完成后格式化
[root@centos7 ~]# mkfs.xfs /dev/md5

# 2. 创建挂载点并挂载
[root@centos7 ~]# mkdir /data/raid5
[root@centos7 ~]# mount /dev/md5 /data/raid5

# 3. 验证容量
[root@centos7 ~]# df -h /data/raid5
Filesystem  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md5     60G  461M   60G   1% /data/raid5

# 4. 复制文件测试
[root@centos7 ~]# cp /etc/ho* /data/raid5
[root@centos7 ~]# ls /data/raid5/
host.conf  hostname  hosts

5.4 步骤 4：添加热备盘

# 给 /dev/md5 添加热备盘 /dev/sdf
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md5 --add /dev/sdf
mdadm: added /dev/sdf

# 验证热备盘状态
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md5 | tail -5
Number  Major Minor RaidDevice State
0       8    16        0      active sync   /dev/sdb
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc
2       8    48        2      active sync   /dev/sdd
4       8    64        3      active sync   /dev/sde
5       8    80        -      spare         /dev/sdf  # 热备盘

5.5 步骤 5：模拟故障与自动恢复

# 1. 标记 /dev/sdb 为故障盘
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md5 --fail /dev/sdb
mdadm: set /dev/sdb faulty in /dev/md5

# 2. 查看状态：热备盘 /dev/sdf 自动重构
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md5 | tail -5
Number  Major Minor RaidDevice State
5       8    80        0      spare rebuilding   /dev/sdf
1       8    32        1      active sync   /dev/sdc
2       8    48        2      active sync   /dev/sdd
4       8    64        3      active sync   /dev/sde
0       8    16        -      faulty            /dev/sdb

# 3. 验证数据完整性
[root@centos7 ~]# cat /data/raid5/hostname
centos7.linux.fun  # 数据正常

# 4. 移除故障盘
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md5 --remove /dev/sdb
mdadm: hot removed /dev/sdb from /dev/md5

5.6 步骤 6：RAID5 扩容（文档重点特性）

RAID5 支持扩容（仅增不减），需阵列处于正常状态（非降级 / 重构中）：

# 1. 添加新磁盘 /dev/sdb（更换的新盘）和 /dev/sdg 到阵列
[root@centos7 ~]# mdadm /dev/md5 --add /dev/sdb /dev/sdg
mdadm: added /dev/sdb
mdadm: added /dev/sdg

# 2. 扩展阵列成员数为 5 块（原 4 块，新增 1 块）
[root@centos7 ~]# mdadm -G /dev/md5 --raid-devices 5
# -G：grow（扩展），--raid-devices 5：新的成员数

# 3. 等待阵列重组完成（查看进度）
[root@centos7 ~]# mdadm --detail /dev/md5
Reshape Status : 16% complete  # 重组进度

# 4. 重组完成后，验证阵列容量（新增 20G，总容量 80G）
[root@centos7 ~]# lsblk /dev/md5
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
md5   9:5    0  80G 0 raid5 /data/raid5

# 5. 扩展文件系统（使扩容后的容量可用）
[root@centos7 ~]# xfs_growfs /data/raid5  # xfs 文件系统扩容命令
meta-data=/dev/md5               isize=512    agcount=16, agsize=3928896 blks
...
data     =                       bsize=4096   blocks=62862336, imaxpct=25
         =                       sunit=128    swidth=512 blks
...

# 6. 验证文件系统容量
[root@centos7 ~]# df -h /data/raid5
Filesystem  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md5     80G  604M   80G   1% /data/raid5  # 容量已扩展到80G

5.7 步骤 7：删除 RAID5 阵列

# 1. 卸载挂载点
[root@centos7 ~]# umount /dev/md5

# 2. 停止阵列
[root@centos7 ~]# mdadm --stop /dev/md5
mdadm: stopped /dev/md5

# 3. 清除所有磁盘的超级块
[root@centos7 ~]# mdadm --zero-superblock /dev/sd{b..g}  # b到g的所有磁盘

六、命令速查表

操作场景	核心命令
创建 RAID 阵列	`mdadm --create /dev/mdX --level 级别 --raid-devices 数磁盘`
查看 RAID 详情	`mdadm --detail /dev/mdX`
快速查看 RAID 状态	`cat /proc/mdstat`
添加热备盘	`mdadm /dev/mdX --add 磁盘`
模拟磁盘故障	`mdadm /dev/mdX --fail 磁盘`
移除故障磁盘	`mdadm /dev/mdX --remove 磁盘`
RAID5 扩容	`mdadm -G /dev/mdX --raid-devices 新数`
扩展 xfs 文件系统	`xfs_growfs 挂载点`
删除 RAID 阵列	`umount /dev/mdX && mdadm --stop /dev/mdX && mdadm --zero-superblock 磁盘`