RAID技术详解：从基础到实战的存储指南

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目录

一、RAID的本质：存储界的瑞士军刀

二、主流RAID级别性能矩阵

三、技术细节：RAID5的异或运算原理

四、必须知道的RAID陷阱

UER问题（不可恢复读错误）机械硬盘UER率为10^14，RAID5阵列在12TB硬盘重建时失败率高达22%

写惩罚（Write Penalty）

容量规划公式

五、新型存储方案冲击下的RAID

六、三个实例（raid1、raid5、raid10）

1、创建raid1，并测试

 2、创建raid5，并测试

3、创建raid10，并测试

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一、RAID的本质：存储界的瑞士军刀

RAID（Redundant Array of Independent Disks）不是简单的磁盘堆叠，而是通过算法将多块物理硬盘虚拟化为逻辑存储单元的核心技术。其核心价值体现在：

• 性能加速：读写速度提升2-10倍（视RAID级别而定）

• 数据保护：最高可承受同时损坏2块硬盘（如RAID6）

• 容量优化：多块小容量硬盘合并为超大存储池

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二、主流RAID级别性能矩阵

RAID级别	最小磁盘数	可用容量	读写性能	冗余能力	典型场景
RAID0	2	N×单盘容量	极佳	无	视频编辑缓存
RAID1	2	50%总容量	读快写慢	允许1盘故障	数据库日志
RAID5	3	(N-1)×单盘容量	读快写慢	允许1盘故障	文件服务器
RAID6	4	(N-2)×单盘容量	读快写慢	允许2盘故障	医疗影像存储
RAID10	4	50%总容量	读写俱佳	允许多盘故障（每组镜像）	虚拟化平台

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三、技术细节：RAID5的异或运算原理

RAID5的分布式校验算法是其核心技术：

# 三块磁盘数据块示例
disk1 = 0b1100
disk2 = 0b1010
# 校验块计算
parity = disk1 ^ disk2  # 0b0110

# 磁盘2损坏时恢复数据
recovered_disk2 = disk1 ^ parity  # 0b1010

这种算法使校验数据均匀分布在各磁盘，避免写入热点问题。

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四、必须知道的RAID陷阱

1. UER问题（不可恢复读错误）
   机械硬盘UER率为10^14，RAID5阵列在12TB硬盘重建时失败率高达22%

2. 写惩罚（Write Penalty）

   RAID级别	写放大系数
   RAID1	2
   RAID5	4
   RAID6	6

3. 容量规划公式

实际可用空间 = (单盘容量 × 磁盘数) × 冗余系数
冗余系数：RAID1=0.5, RAID5=0.8, RAID6=0.67

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五、新型存储方案冲击下的RAID

• 对象存储：Ceph、MinIO的EC编码方案替代传统RAID

• SSD阵列：基于NVMe-oF的JBOF设备提供更高性能

• 云存储：AWS EBS自动多AZ冗余

但RAID仍是本地化存储的黄金标准，2023年全球RAID控制器市场规模达48.7亿美元（数据来源：Gartner）。

永远记住：RAID不是备份！需配合3-2-1备份策略

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六、三个实例（raid1、raid5、raid10）

1、创建raid1，并测试

这里我就没有演示如何去分区了，直接使用fdisk命令即可。测试的方法有很多，这里就没有去比较三者的速率了

使用cat /proc/mdstat查看一下创建情况

使用mdadm -D /dev/md1

-D：打印阵列设备的详细信息

使用mkfs.ext4 /dev/md1将md1进行格式化

使用mkdir新建一个u10的文件，然后mount  /dev/md1 /u10进行挂载

 现在开始测试，mdadm /dev/md1 -f /dev/sdb5

-f：表示无效

这里为什么是sdb5，因为我将一块硬盘，全部进行了扩展分区，然后将扩展分区里面的所有空间分成了若干个相同大小的逻辑分区，然后将逻辑分区模拟单个盘进行实验

使用cat  /proc/mdstat进行查看情况，这里可以发现sdb5后面跟了个（F），说明sdb5处于故障状态

使用mdadm -D /proc/mdstat查看设备详细信息

使用madam /dev/md1 -r /dev/sdb5移除sdb5盘

再次使用mdadm -D /dev/md1查看一次有什么变化，发现sdb5被移除

最后使用mdadm /dev/md1 -a /dev/sdb5将sdb5加回来

继续查看cat /proc/mdstat ，发现加回来了，没有问题

 2、创建raid5，并测试

mdadm -C /dev/md5 -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sdb{7,8,9,10}

-x 指定热备盘

cat /proc/mdstat

mdadm -D /dev/md5

mkfs.ext4 /dev/md5

mkdir /u05

mount /dev/md5 /u05

mdadm /dev/md5 -f /dev/sdb7

cat /proc/mdstat 这里可以看到图中的sdb7后面有一个“（F）”

mdadm -D /dev/md5

mdadm /dev/md5 -r /dev/sdb7先移除

cat /proc/mdstat在查看，可以看到sdb7已经没有了

mdadm /dev/md5 -a /dev/sdb7把这个加回来看看效果

cat /proc/mdstat可以看到sdb7回来了，并且后面还跟了一个“（S）”，S表示备份盘

3、创建raid10，并测试

mdadm -C /dev/md10 -l 10 -n 4 /dev/sdb{11,12,13,14}

mkfs.ext4 /dev/md10

mount /dev/md10 /u10前面已经新建了u10

Lsblk查看，发现上面的riad1、riad5、riad10都挂载成功了

我们先干掉第一块盘

干掉12，发现干不掉（因为没有做备份盘）

七、总结

类型	读写性能	可靠性	磁盘利用率	成本
RAID0	最好	最低	100%	较低
RAID1	读正常；写两份数据	高	50%	高
RAID5	读:近似RAID0 写:多了校验	RAID0<RAID5<RAID1	(n-1)/n	RAID0<RAID5<RAID1
RAID6	读：近似RAID0 写:多了双重校验	RAID6>RAID5	RAID6<RAID5	RAID6>RAID1
RAID10	读：RAID10=RAID0 写：RAID10=RAID1	高	50%	最高

mdadm命令常见参数解释: