# 在 Linux 上使用 mdadm 创建软 RAID

前段时间升级了一下 NAS 设备，使用一块退役主机的 R5600 作为 CPU，购置了 4x4T 的 HDD 作为数据盘。这么大的硬盘容量，如果只是单纯插在主板上，然后用 /dev/sdX 去进行管理也太奇怪了。所以准备构建一套 RAID。

页面终于能用了，太好了，这篇文章早就写好了，终于可以发出来了。

# RAID 是什么

独立硬盘冗余阵列（RAID, Redundant Array of Independent Disks），旧称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），简称磁盘阵列。利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的为提升性能或资料冗余，或是两者同时提升。

标准 RAID 级别

以下讨论的是 Standard RAID Level，也就是标准RAID 级别。

RAID 有「级别」之分。不同级别的 RAID 需求的硬盘、容错能力、性能等都有所不同。具体可以见下表： ( n 表示有 n 块大小相同的硬盘。)

RAID 级别最小硬盘数最大容错可用容量读取性能写入性能描述
没有 RAID10n11一块硬盘，以及多块硬盘「拼接」起来
RAID 0201nn并联，数据均匀分布在多块硬盘上，最快，但是没有容错（一块坏掉，数据全坏）
RAID 12n-11n1数据在每块盘上都有存储，安全性最高，没有写入速度的提升
RAID 531n-1n-1n-1奇偶校验，校验数据在所有磁盘上都有，一块磁盘坏了，可以根据其他数据进行重构。
RAID 642n-2n-2n-2两种不同的校验，可以允许两块硬盘失效。

RAID2 - RAID4? RAID2 通过海明码校验，需要4块数据盘，3块校验盘，受到阵列中最慢效率限制，没有实际用途。 RAID3 Bit－interleaving（数据交错存储）技术，将相同比特检查后单独存在一个硬盘中，但由于数据内的比特分散在不同的硬盘上，因此就算要读取一小段数据资料都可能需要所有的硬盘进行工作，也没有什么实际作用 RAID 4 采用块交织技术（Block interleaving），和 RAID 3 类似，只不过单位不是以 bit 而是以块。

组合 RAID

可以视为进行嵌套： 例如 RAID 10 和 RAID 01：

  • RAID 10:
  • RAID 01:

除此外还有 RAID 50，RAID 60 都类似以上。

Linux MD RAID 101

Linux MD:

md - Multiple Device driver aka Linux Software RAID

Linux 中使用 mdadm 创建和管理软 RAID。

Linux MD RAID 10 的实现并不是标准的 RAID 10。2 Linux 下的 RAID10 建立在 RAID1+0 的概念上，但它将其实现为单一的一层，这一层可以有多种不同的布局。

分为远近两种布局： 在 Y 块硬盘上的近 X 布局在不同硬盘上重复储存每个数据块 X 次，但不需要 Y 可以被 X 整除。数据块放在所镜像的磁盘上几乎相同的位置，这就是_近布局_名字的来源。它可以工作在任意数量的磁盘上，最少是 2 块。在 2 块硬盘上的近 2 布局相当于 RAID1，4 块硬盘上的近 2 布局相当于 RAID1+0。

# 选择 RAID 等级

组 RAID 在笔者看来无非三个目的：

  1. 寻求更高效的读写速度：如果只是寻求更快的读写速度，可以考虑用 SSD
  2. 寻求更大的存储容量：如果只是寻求更大的存储容量，可以不使用 RAID 而是直接使用多张硬盘
  3. 寻求数据备份（容错性）：实际上只依赖 RAID 备份也不可靠，核心数据还是建议遵循 3-2-1原则

3-2-1原则

3 个副本，2个不同备份介质，1个异地容灾备份

因此你可能并不需要 RAID。

我的选择: 远 2 布局的 RAID 10

选择 RAID 10, far 2 的原因有如下：

  1. 有镜像，容错1个盘
  2. 读写速度提高：读速度 n 倍，写速度 n /2
  3. 空间利用 50 %

为什么没有选择 RAID 5？

RAID 5 的空间利用率可以更高，但是有如下缺点：

  1. 数据重建耗时长，资源消耗很高，可能需要 100% 负载运转数十小时。如果在这个时间内，又有一块硬盘坏掉，那么所有数据都无法重建
  2. 读取效率没有 RAID 10 高（但是其实差距不大，盘越多差距越小）

我的最终方案是使用 4 块 4T 的西部数据红盘，构建远2布局的 RAID 10：最终能得到 8T 的有效空间。

# 步骤

  1. 磁盘分区： 使用 fdisk 分别对 /dev/sdX 进行修改：
    1. n 创建分区，减去末尾 100M （以便之后替换硬盘时对齐大小）
    2. t 修改分区格式为 Linux RAID
    3. w 保存
  2. 构建 RAID: 使用 mdadm 命令：mdadm --create --verbose --level=10 --metadata=1.2 --chunk=512 --raid-devices=4 --layout=f2 /dev/md/MyRAID10Array /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1
  3. 现在这个磁盘阵列会作为 /dev/mdX 作为一个 block device，可以使用 mkfs 构建文件系统，如果使用 ext4 可以通过调整参数优化读写性能，参考 RAID - Arch Linux 中文维基
  4. 可以通过 cat /proc/mdstat 查看奇偶校验进度，可能需要几个小时，在此期间阵列已经可以使用了（降级模式）
  5. 修改配置文件
    1. mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm.conf
    2. mdadm --assemble --scan

至此，我们已经构建完成了磁盘阵列，等待奇偶校验结束后，磁盘可以被满血使用了。

# Footnotes

  1. Non-standard RAID levels - Wikipedia ↩
  2. RAID - Arch Linux 中文维基 ↩