RAID磁盘阵列

RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立冗余磁盘阵列）是一种将多个独立的磁盘组合成一个逻辑存储单元的技术，旨在提高数据存储的性能、容量、可靠性和冗余性。

基本原理

RAID 通过将数据分割成多个区段并分别存储在不同的硬盘上，利用个别磁盘提供数据加成效果，从而提升整个磁盘系统的效能。它采用同位检查的观念，当数组中任意一个硬盘发生故障时，仍可读出数据，并且在数据重构时，可将数据经计算后重新置入新硬盘中

级别划分

级别	最低磁盘数	数据分布	冗余方式	读写性能	优点	缺点	适用场景
RAID 0	2	条带化	无	读写速度快	性能提升明显，磁盘利用率 100%	无数据冗余，安全性差	对数据完整性要求不高的高性能场景，如日志存储、个人娱乐等
RAID 1	2	完全镜像	镜像冗余	读快写慢	数据安全性高	磁盘利用率低（最高 50%），成本高	存储关键性重要数据的场合，如财务数据存储
RAID 5	3	条带化+奇偶校验	分散的奇偶校验	读快写中等	兼具性能与冗余，磁盘利用率较高	写入有性能开销，多盘故障风险	文件服务器、应用服务器等
RAID 6	4	条带化+双重奇偶校验	双重奇偶校验	读快写慢	容错能力强，可容两盘故障	成本高，磁盘利用率低	对数据安全要求极高的场景，如存储关键业务数据的服务器
RAID 10	4	镜像后条带化	镜像冗余	读写速度均较快	继承 RAID 0 和 RAID 1 的优点	成本高，磁盘利用率低（50%）	对性能和数据安全性要求高的场景，如数据库服务器、金融交易系统

RAID 0（Striping）

mermaid

classDiagram
    class RAID_0 {
        <<RAID Level 0>>
    }

    class Disk0 {
        + Sector A1
        + Sector A3
        + Sector A5
        + Sector A7
    }

    class Disk1 {
        + Sector A2
        + Sector A4
        + Sector A6
        + Sector A8
    }

    RAID_0 --|> Disk0
    RAID_0 --|> Disk1

即Data Stripping数据分条技术。数据被条带化地分布到多个磁上盘，至少需要两块磁盘。优点是读写速度快，磁盘利用率 100%；缺点是无数据冗余，安全性差，任意一块磁盘损坏会导致整个数据丢失。适用于对数据完整性要求不高的场景，如日志存储、个人娱乐等。

RAID 0将数据平均分配到两块磁盘进行存储，不提供数据沉余，磁盘损坏数据无法恢复。

RAID 1（Mirroring）

mermaid

classDiagram
    class RAID_1 {
        <<RAID Level 1>>
    }

    class Disk0 {
        + Sector A1
        + Sector A2
        + Sector A3
        + Sector A4
    }

    class Disk1 {
        + Sector A1
        + Sector A2
        + Sector A3
        + Sector A4
    }

    RAID_1 --|> Disk0
    RAID_1 --|> Disk1

RAID 1称为磁盘镜像。数据被完整复制到另一块磁盘上，形成镜像，至少需要两块磁盘。优点是数据安全性高，读速度快；缺点是磁盘利用率低，最高为 50%，成本高。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。多用在保存关键性的重要数据的场合。

RAID5

mermaid

classDiagram
    class RAID_5 {
        <<RAID Level 5>>
        + 分布式奇偶校验
        + 条带化存储
    }

    class Disk0 {
        + A1
        + B1
        + C1
        + D1
    }

    class Disk1 {
        + A2
        + B2
        + Cp
        + D2
    }

    class Disk2 {
        + A3
        + Bp
        + C2
        + D3
    }

    class Disk3 {
        + Ap
        + B3
        + C3
        + Dp
    }

    RAID_5 --|> Disk0 : 条带组1
    RAID_5 --|> Disk1 : 条带组2
    RAID_5 --|> Disk2 : 条带组3
    RAID_5 --|> Disk3 : 条带组4

    note for RAID_5 "校验块分布规则：\nAp=奇偶校验(A1,A2,A3)\nBp=奇偶校验(B1,B2,B3)\nCp=奇偶校验(C1,C2,C3)\nDp=奇偶校验(D1,D2,D3)"
    note for Disk3 "校验块位置：\n每个条带组的校验块\n循环分布在不同磁盘"

数据和奇偶校验信息被分散存储到多个磁盘上，至少需要三块磁盘。优点是具有较高的数据传输率，磁盘利用率较高，读写性能好；缺点是写入数据时需要计算奇偶校验信息，会带来一定的性能开销，且当磁盘数量较多时，同时出现多块磁盘故障的可能性会增加。适用于文件服务器、应用服务器等场景。

RAID 6

mermaid

classDiagram
    class RAID_6 {
        <<RAID Level 6>>
        + 双分布式奇偶校验
        + 条带化存储
    }

    class Disk0 {
        + A1
        + B1
        + C1
        + Dp
    }

    class Disk1 {
        + A2
        + B2
        + Cq
        + D1
    }

    class Disk2 {
        + A3
        + Bp
        + C2
        + Dq
    }

    class Disk3 {
        + Aρ
        + Bq
        + C3
        + D2
    }

    class Disk4 {
        + Aq
        + B3
        + Cp
        + D3
    }

    RAID_6 --|> Disk0 : 条带组1
    RAID_6 --|> Disk1 : 条带组2
    RAID_6 --|> Disk2 : 条带组3
    RAID_6 --|> Disk3 : 条带组4
    RAID_6 --|> Disk4 : 条带组5

    note for RAID_6 "校验规则：\nρ = P校验（横向奇偶校验）\nq = Q校验（Reed-Solomon编码）\n可容忍任意两块磁盘同时故障"
    note for Disk0 "校验块分布模式：\nDp/Dq在Disk0/Disk2\nCp/Cq在Disk4/Disk1\nBp/Bq在Disk2/Disk3\nAp/Aq在Disk3/Disk4"

类似于 RAID 5，但使用了双重奇偶校验，至少需要四块磁盘。优点是具有更强的容错能力，能够容忍两块磁盘同时故障；缺点是成本更高，磁盘利用率相对较低。适用于对数据安全要求极高的场景，如存储关键业务数据的服务器等。

RAID 10/01

结合了 RAID 1 和 RAID 0 的特点，先进行镜像再进行条带化，至少需要四块磁盘。优点是继承了 RAID 0 的快速与高效以及 RAID 1 的数据安全性；缺点是成本高，磁盘利用率低。在实际应用中较为常见，适用于对性能和数据安全性要求都很高的场景，如数据库服务器、金融交易系统等。

RAID软件基本操作步骤

准备工作

安装 mdadm 工具 ：mdadm 是 Linux 下用于创建和管理软件 RAID 的常用命令。
bash
```
# RHEL
yum/dnf -y install mdadm

# Ubuntu 
apt -y install mdadm
```
查看磁盘状态 ：使用 lsblk 或 fdisk -l 命令查看系统中已连接的磁盘设备及其状态，确定用于创建磁盘阵列的磁盘

创建磁盘阵列

注意：创建完阵列后需要mdadm -D 阵列路径查看状态进度Resync Status到达100%后在继续下一步操作。如没有Resync Status则表示进度100%。

创建 RAID0 阵列
假设使用两块磁盘 /dev/sdb 和 /dev/sdc，-C创建，-v显示过程，-n磁盘数量，-lraid0级别
创建完成后，mdadm 会开始同步数据，可通过查看 /proc/mdstat 文件监控同步进度。
bash
```
mdadm -Cv /dev/md0 -n 2 -l 0 /dev/sdb /dev/sdc
# 查看详情进度
mdadm -D /dev/md0
```
创建 RAID1 阵列
假设使用两块磁盘 /dev/sdb 和 /dev/sdc，-C创建，-v显示过程，-n磁盘数量，-lraid1级别，-x备用盘数量
创建完成后，mdadm 会开始同步数据，可通过查看 /proc/mdstat 文件监控同步进度。
bash
```
mdadm -Cv /dev/md1 -n 2 -l 0 -x 1 /dev/sdb /dev/sdc
# 查看详情进度
mdadm -D /dev/md1
```
创建 RAID5 阵列
假设使用三块磁盘/dev/sda1、/dev/sdb1、/dev/sdc1，-C创建，-v显示过程，-n磁盘数量，-lraid5级别，-x备用盘数量，创建完成后，mdadm 会开始同步数据
bash
```
mdadm -Cv /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1
# 查看详情进度
mdadm -D /dev/md5
```
创建 RAID10 阵列
若使用四块磁盘 /dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde，-C创建，-v显示过程，-n磁盘数量，-lraid1和0的组合，-x备用盘数量，创建完成后，mdadm 会开始同步数据
bash
```
mdadm -Cv /dev/md10 -n 4 -l 10 -x 1 /dev/sd[b-e]

# 查看详情进度
mdadm -D /dev/md10
```

格式化与挂载磁盘阵列

bash

# 格式化
mkfs.ext4 /dev/md0
# 创建挂载点
mkdir /mnt/raid
# 挂载
mount /dev/md0 /mnt/raid

# 设置自动挂载
## /etc/fstab 
/dev/md0 /mnt/raid ext4 defaults 0 2
## /etc/rc.d/rc.local（添加执行权限chmod +x /etc/rc.d/rc.local）
mount /dev/md0 /mnt/raid

查看磁盘阵列状态

bash

mdadm -D /dev/md0		# 查看指定 RAID 设备的详细信息
# 或
cat /proc/mdstat		# 获取当前所有 RAID 设备的状态信息

停止和删除磁盘阵列

bash

# 停止阵列，停止后数据将无法访问，但磁盘上的数据不会丢失
mdadm -S /dev/md0
# 删除阵列，先确保阵列已停止且数据已备份或不再需要，然后删除与阵列相关的文件系统
mdadm -r /dev/md0

raid扩容

bash

# 添加磁盘设备到阵列md0中
mdadm -a /dev/md0 /dev/sdb
# 扩展阵列x设置 RAID 中活动设备的数量
mdadm -G /dev/md0 -n x

生成配置文件

默认的配置文件在/etc/mdadm.conf，在阵列的信息行尾添加auto=yes

bash

mdadm -Ds /dev/md0 | sed "s/$/ auto=yes/" > /etc/mdadm.conf

RAID磁盘管理案例

RAID创建逻辑卷步骤

操作思路：可以创建两个RAID1阵列，用两个阵列创建逻辑卷。

创建RAID阵列

1.创建 RAID 阵列

bash

mdadm -Cv /dev/md1 -n 3 -l 1 /dev/sd[bc]

2.查看 RAID 阵列状态

bash

mdadm -D /dev/md0

创建逻辑卷

3.创建物理卷

使用 pvcreate 命令将磁盘或分区转换为物理卷。例如：

bash

# 创建
pvcreate /dev/sdb

# 查看
pvdisplay /dev/sdb

这条命令将 /dev/sdb 磁盘转换为 LVM 物理卷。

4. 创建卷组

使用 vgcreate 命令创建卷组，并将物理卷添加到卷组中。例如：

bash

vgcreate datavg /dev/sdb

这条命令创建了一个名为 datavg 的卷组，并将 /dev/sdb 物理卷添加到该卷组中。

5. 创建逻辑卷

使用 lvcreate 命令在卷组中创建逻辑卷。例如：

bash

lvcreate -n datalv -L +5G datavg

这条命令在 datavg 卷组中创建了一个名为 datalv、大小增加 5GB 的逻辑卷。

注意：+5G是在原基础上增加，5G是整体大小为5G

6.格式化逻辑卷

bash

mkfs.ext4 /dev/datavg/datalv

7.创建挂载点并挂载逻辑卷

bash

mkdir /var/www/html
mount /dev/datavg/datalv /var/www/html

8.持久化挂载

bash

# /etc/fstab 文件
/dev/datavg/datalv /var/www/html ext4 defaults 0 2

# /etc/rc.d/rc.local
mount /dev/datavg/datalv /var/www/html

RAID10 创建逻辑卷

查看硬盘信息

bash

# 查看系统中可用的磁盘设备
lsblk
或 
fdisk -l

安装 mdadm 工具

如果系统未安装，可通过包管理器进行安装

bash

# RHEL 
yum install mdadm -y
# Ubuntu
apt -y install mdadm

创建 RAID10 阵列

bash

mdadm -Cv /dev/md10 -l 10 -n 4 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

/dev/md0 为创建的 RAID 设备名称
-l或--level=10 指定 RAID 级别为 10
-n或--raid-devices=4 指定用于创建阵列的磁盘数量为 4 块
最后跟着的是组成阵列的各个磁盘设备路径

查看 RAID 阵列状态

查看刚创建的 RAID10 阵列的详细信息，包括阵列的状态、成员磁盘等。

查看信息由百分比进度提示说明还未创建完成，创建完成后进度会消失。

bash

mdadm -D /dev/md10

创建raid配置文件

默认读取/etc/mdadm.conf配置文件

bash

mdadm -Ds | sed 's/$/ auto=yes/' > /etc/mdadm.conf

创建裸分区(可选)

创建裸分区这一步骤在某些特定场景下是必要的，并非在所有创建 RAID10 逻辑卷的流程中都必须有

主要目的及原因

某些特定的应用程序或数据库系统，如 Oracle 数据库、某些高性能计算应用等，可能要求数据存储在裸分区上。
创建裸分区后，可以将多个裸分区整合到一个卷组中，实现存储资源的灵活分配和管理，通过在卷组中创建逻辑卷，可以根据实际需求将不同存储设备的容量组合起来，提供给用户统一的、逻辑上的存储空间，而用户无需关心底层存储设备的具体物理分布情况
当使用裸分区创建逻辑卷后，可以根据业务需求的变化，灵活地对逻辑卷的大小进行调整。
裸分区的存在使得数据在存储设备之间的迁移和备份更加方便。
兼容多种文件系统和操作系统

创建分区

使用 parted 或 fdisk 等工具对 RAID 阵列设备 /dev/md10 进行分区操作，创建裸分区，如创建一个占满整个阵列空间的分区 /dev/md10p1

bash

# mbr最大支持2T
fdisk /dev/md10
	m 帮助
	n 添加主分区
	w 保存退出

# gpt
parted /dev/md10
	(parted) mklabel                                                          
	新的磁盘卷标类型？ gpt
	(parted) mkpart                                                           
	分区名称？  []? yunjisuan
	文件系统类型？  [ext2]? ext4
	起始点？ 0  
	结束点？ 10G  或者 100%
	(parted) q

创建物理卷

将刚才创建的裸分区初始化为物理卷，使其能够被 LVM 使用

bash

pvcreate /dev/md10p1

创建卷组

创建一个名为 vg_raid10 的卷组，并将物理卷 /dev/md10p1 添加到该卷组中

bash

vgcreate vg_raid10 /dev/md10p1

创建逻辑卷

从卷组 vg_raid10 中创建一个名为 lv_raid10大小为 20GB 的逻辑卷

bash

lvcreate -n lv_raid10 -L 20G vg_raid10

格式化逻辑卷

根据需求使用相应的文件系统格式化命令对逻辑卷进行格式化，如格式化为 ext4或xfs文件系统

bash

# ext4
mkfs.ext4 /dev/vg_raid10/lv_raid10
# xfs
mkfs.xfs /dev/vg_raid10/lv_raid10

创建挂载点并挂载

创建挂载目录然后将格式化后的逻辑卷挂载到该目录下

bash

mkdir /data && mount /dev/vg_raid10/lv_raid10 /data

设置开机挂载

若希望系统启动时自动挂载该逻辑卷，可将挂载信息添加到 /etc/fstab

bash

echo "/dev/vg_raid10/lv_raid10 /data ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

RAID10 逻辑卷扩容

添加新硬盘

将新硬盘与现有 RAID 阵列中的硬盘型号和规格一致，物理连接到服务器或存储系统中

扩容 RAID 设备

命令执行需要查看进度100%后才可以执行后续操作

bash

# 向 RAID 中添加新设备
mdadm -a /dev/md10 /dev/sdf

设置RAID设备大小

bash

mdadm -G /dev/md10 --size=max

这只RAID磁盘数量

bash

mdadm -G /dev/md10 -n 5

扩容物理卷

由于 RAID 设备上已经有分区 /dev/md10p1，不能直接对 /dev/md10 使用 pvcreate，需要对分区 /dev/md10p1 进行操作。执行以下命令扩容物理卷：

bash

pvresize  /dev/md10p1

验证扩容结果

使用 df -h 命令查看文件系统空间是否成功扩展，确认新增空间可用

扩容文件系统（可选）

如果df -Th结果大小为改变可尝试以下命令

bash

# ext4
resize2fs /dev/vg_raid10/lv_raid10

# xfs
xfs_growfs /dev/vg_raid10/lv_raid10

RAID10 逻辑卷缩容

取消逻辑卷挂载

bash

umount /dev/vg_raid10/lv_raid10

查看RAID设备详细信息

bash

mdadm -D /dev/md10

将磁盘标记为故障

bash

mdadm -f /dev/md10 /dev/sdf

从RAID阵列中移除磁盘

bash

mdadm -r /dev/md10 /dev/sdf

清除磁盘上的RAID超级块信息

bash

mdadm --zero-superblock /dev/sdf

调整 RAID 阵列大小

bash

mdadm -G /dev/md10 --size=10G

调整 RAID 阵列的磁盘数量

bash

mdadm -G /dev/md10 -n 4

调整物理卷大小

bash

pvresize /dev/md10p1

调整逻辑卷大小

bash

lvreduce -L 10G /dev/vg_raid10/lv_raid10

检测并修复文件系统

bash

e2fsck -f /dev/vg_raid10/lv_raid10

调整文件系统大小

bash

resize2fs /dev/vg_raid10/lv_raid10 10G

挂载文件系统

bash

mount /dev/vg_raid10/lv_raid10 /data

检测文件系统大小

bash

df -Th

RAID10 逻辑卷销毁

取消挂载

bash

umount /dev/vg_raid10/lv_raid10

删除逻辑卷

bash

lvremove /dev/vg_raid10/lv_raid10

删除卷组

bash

vgremove vg_raid10

删除物理卷

bash

pvremove /dev/md10p1

停止RAID

bash

mdadm -S /dev/md10

清除磁盘上的 RAID 超级块信息

bash

mdadm --zero-superblock /dev/sd[bcdefg]

更新 RAID 配置文件

bash

/etc/mdadm.conf中要销毁的raid相关配置删除掉

验证 RAID 阵列是否已销毁

确认 RAID 阵列已不存在

bash

cat /proc/mdstat

RAID磁盘阵列 ​

基本原理 ​

分类 ​

级别划分 ​

RAID 0（Striping） ​

RAID 1（Mirroring） ​

RAID5 ​

RAID 6 ​

RAID 10/01 ​

RAID软件基本操作步骤 ​

准备工作 ​

创建磁盘阵列 ​

格式化与挂载磁盘阵列 ​

查看磁盘阵列状态 ​

停止和删除磁盘阵列 ​

raid扩容 ​

生成配置文件 ​

RAID磁盘管理案例 ​

RAID创建逻辑卷步骤 ​

创建RAID阵列 ​

1.创建 RAID 阵列 ​

2.查看 RAID 阵列状态 ​

创建逻辑卷 ​

3.创建物理卷 ​

4. 创建卷组 ​

5. 创建逻辑卷 ​

6.格式化逻辑卷 ​

7.创建挂载点并挂载逻辑卷 ​

8.持久化挂载 ​

RAID10 创建逻辑卷 ​

查看硬盘信息 ​

安装 mdadm 工具 ​

创建 RAID10 阵列 ​

查看 RAID 阵列状态 ​

创建raid配置文件 ​

创建裸分区(可选) ​

主要目的及原因 ​

创建分区 ​

创建物理卷 ​

创建卷组 ​

创建逻辑卷 ​

格式化逻辑卷 ​

创建挂载点并挂载 ​

设置开机挂载 ​

RAID10 逻辑卷扩容 ​

添加新硬盘 ​

扩容 RAID 设备 ​

设置RAID设备大小 ​

这只RAID磁盘数量 ​

扩容物理卷 ​

验证扩容结果 ​

扩容文件系统（可选） ​

RAID10 逻辑卷缩容 ​

取消逻辑卷挂载 ​

查看RAID设备详细信息 ​

将磁盘标记为故障 ​

从RAID阵列中移除磁盘 ​

清除磁盘上的RAID超级块信息 ​

调整 RAID 阵列大小 ​

调整 RAID 阵列的磁盘数量 ​

调整物理卷大小 ​

调整逻辑卷大小 ​

检测并修复文件系统 ​

调整文件系统大小 ​

挂载文件系统 ​

检测文件系统大小 ​

RAID10 逻辑卷销毁 ​

取消挂载 ​

删除逻辑卷 ​

删除卷组 ​

删除物理卷 ​

停止RAID ​

清除磁盘上的 RAID 超级块信息 ​

更新 RAID 配置文件 ​

验证 RAID 阵列是否已销毁 ​

RAID磁盘阵列

基本原理

分类

级别划分

RAID 0（Striping）

RAID 1（Mirroring）

RAID5

RAID 6

RAID 10/01

RAID软件基本操作步骤

准备工作

创建磁盘阵列

格式化与挂载磁盘阵列

查看磁盘阵列状态

停止和删除磁盘阵列

raid扩容

生成配置文件

RAID磁盘管理案例

RAID创建逻辑卷步骤

创建RAID阵列

1.创建 RAID 阵列

2.查看 RAID 阵列状态

创建逻辑卷

3.创建物理卷

4. 创建卷组

5. 创建逻辑卷

6.格式化逻辑卷

7.创建挂载点并挂载逻辑卷

8.持久化挂载

RAID10 创建逻辑卷

查看硬盘信息

安装 mdadm 工具

创建 RAID10 阵列

查看 RAID 阵列状态

创建raid配置文件

创建裸分区(可选)

主要目的及原因

创建分区

创建物理卷

创建卷组

创建逻辑卷

格式化逻辑卷

创建挂载点并挂载

设置开机挂载

RAID10 逻辑卷扩容

添加新硬盘

扩容 RAID 设备

设置RAID设备大小

这只RAID磁盘数量

扩容物理卷

验证扩容结果

扩容文件系统（可选）

RAID10 逻辑卷缩容

取消逻辑卷挂载

查看RAID设备详细信息

将磁盘标记为故障

从RAID阵列中移除磁盘

清除磁盘上的RAID超级块信息

调整 RAID 阵列大小

调整 RAID 阵列的磁盘数量

调整物理卷大小

调整逻辑卷大小

检测并修复文件系统

调整文件系统大小

挂载文件系统

检测文件系统大小

RAID10 逻辑卷销毁

取消挂载

删除逻辑卷

删除卷组

删除物理卷

停止RAID

清除磁盘上的 RAID 超级块信息

更新 RAID 配置文件

验证 RAID 阵列是否已销毁