1. 简介

本 HOWTO 已弃用；Linux RAID HOWTO 由 linux-raid 社区维护，地址为 http://raid.wiki.kernel.org/

本 HOWTO 仅描述 2.4 和 2.6 内核系列中存在的“新式” RAID。它不描述 2.0 和 2.2 内核中存在的“旧式” RAID 功能。

本 HOWTO 的主站点是 http://unthought.net/Software-RAID.HOWTO/，更新版本首先出现在该站点。该 HOWTO 最初由 Jakob Østergaard 根据作者与 Ingo Molnar (mingo@chiara.csoma.elte.hu)（RAID 开发人员之一）、linux-raid 邮件列表 (linux-raid@vger.kernel.org) 以及其他各种人员之间的许多电子邮件编写而成。Emilio Bueso (bueso@vives.org) 共同编写了 1.0 版本。

如果您想在 2.0 或 2.2 内核中使用新式 RAID，您应该从 http://people.redhat.com/mingo/ 获取内核补丁。标准 2.2 内核不支持本 HOWTO 中描述的新式 RAID。因此，需要这些补丁。标准 2.0 和 2.2 内核中的旧式 RAID 支持存在缺陷，并且缺少新式 RAID 软件中的几个重要功能。

如果您已经了解 RAID，本 HOWTO 中的某些信息可能看起来很琐碎。只需跳过这些部分即可。

1.1 免责声明

强制性免责声明

本文中的所有信息均按“原样”提供，不作任何明示或暗示的保证。如果您丢失所有数据、工作、被卡车撞到，或者任何其他情况，这不是我的错，也不是开发人员的错。请注意，您需要自行承担使用 RAID 软件和本信息的风险！不保证任何软件或本信息在任何方面是正确的，也不保证适用于任何用途。在进行任何实验之前，请备份所有数据。安全总比后悔好。

1.2 什么是 RAID？

1987 年，加州大学伯克利分校发表了一篇题为 廉价磁盘冗余阵列 (RAID) 案例 的文章。这篇文章描述了各种类型的磁盘阵列，以首字母缩略词 RAID 指代。RAID 的基本思想是将多个小型、独立的磁盘驱动器组合成一个磁盘驱动器阵列，该阵列产生的性能超过了单个大型昂贵驱动器 (SLED)。此外，这个驱动器阵列对计算机来说表现为一个单一的逻辑存储单元或驱动器。

阵列的平均故障间隔时间 (MTBF) 将等于单个驱动器的 MTBF，除以阵列中的驱动器数量。因此，驱动器阵列的 MTBF 对于许多应用程序要求来说会太低。但是，可以通过以各种方式冗余地存储信息来使磁盘阵列具有容错能力。

伯克利论文定义了五种类型的阵列架构，RAID-1 到 RAID-5，每种架构都提供磁盘容错能力，并且在特性和性能方面提供不同的权衡。除了这五种冗余阵列架构之外，将非冗余磁盘驱动器阵列称为 RAID-0 阵列也已变得流行。

如今，一些原始的 RAID 级别（即级别 2 和 3）仅在非常专业的系统中使用（事实上，甚至不受 Linux Software RAID 驱动程序的支持）。另一个级别“线性”已经出现，特别是 RAID 级别 0 经常与 RAID 级别 1 结合使用。

1.3 术语

在本 HOWTO 中，“RAID”一词是指“Linux Software RAID”。本 HOWTO 不涉及任何 Hardware RAID 的方面。此外，它不涉及任何其他操作系统内核中 Software RAID 的任何方面。

在描述 RAID 设置时，引用磁盘数量及其大小很有用。始终使用字母 N 来表示阵列中活动磁盘的数量（不包括备用磁盘）。除非另有说明，否则字母 S 是阵列中最小驱动器的大小。字母 P 用作阵列中一个磁盘的性能，单位为 MB/s。使用时，我们假设磁盘速度相同，但在实际场景中可能并非总是如此。

请注意，“设备”和“磁盘”这两个词应该表示大致相同的意思。通常，用于构建 RAID 设备的设备是磁盘上的分区，而不一定是整个磁盘。但是，将同一磁盘上的多个分区组合在一起通常没有意义，因此设备和磁盘这两个词只是指“不同磁盘上的分区”。

1.4 RAID 级别

以下是 Linux RAID 驱动程序中支持的功能的简短描述。其中一些信息是绝对基本的 RAID 信息，但我添加了一些关于 Linux 实现级别中特殊之处的说明。如果您已经了解 RAID，可以安全地跳过本节。

Linux 中的当前 RAID 驱动程序支持以下级别

• 线性模式
  • 两个或多个磁盘组合成一个物理设备。磁盘彼此“附加”，因此线性写入 RAID 设备将首先填满磁盘 0，然后是磁盘 1，依此类推。磁盘不必大小相同。事实上，大小在这里根本不重要 :)
  • 此级别没有冗余。如果一个磁盘崩溃，您很可能会丢失所有数据。但是，您可能会幸运地恢复一些数据，因为文件系统只会缺少一个大的连续数据块。
  • 对于单次读取/写入，读取和写入性能不会提高。但是，如果多个用户使用该设备，您可能会幸运地发现一个用户有效地在使用第一个磁盘，而另一个用户正在访问恰好位于第二个磁盘上的文件。如果发生这种情况，您将看到性能提升。
• RAID-0
  • 也称为“条带”模式。设备应该（但不是必须）具有相同的大小。阵列上的操作将在设备上拆分；例如，一个大的写入可以拆分为 4 kB 到磁盘 0、4 kB 到磁盘 1、4 kB 到磁盘 2，然后再 4 kB 到磁盘 0，依此类推。如果一个设备比其他设备大得多，那么多余的空间仍然在 RAID 设备中得到利用，但是您将在 RAID 设备的高端写入期间单独访问这个较大的磁盘。这当然会损害性能。
  • 与线性模式一样，此级别也没有冗余。与线性模式不同，如果驱动器发生故障，您将无法恢复任何数据。如果您从 RAID-0 集中删除一个驱动器，则 RAID 设备不仅会缺少一个连续的数据块，而且设备上会到处都是小孔。e2fsck 或其他文件系统恢复工具可能无法从此类设备中恢复太多内容。
  • 读取和写入性能将提高，因为读取和写入是在设备上并行完成的。这通常是运行 RAID-0 的主要原因。如果到磁盘的总线足够快，您可以非常接近 N*P MB/秒。
• RAID-1
  • 这是第一个真正具有冗余的模式。RAID-1 可用于两个或多个磁盘，带有零个或多个备用磁盘。此模式在另一个磁盘上维护一个磁盘上信息的精确镜像。当然，磁盘必须大小相等。如果一个磁盘比另一个磁盘大，则您的 RAID 设备的大小将为最小磁盘的大小。
  • 如果最多移除（或崩溃）N-1 个磁盘，所有数据仍然完整。如果有备用磁盘可用，并且如果系统（例如 SCSI 驱动程序或 IDE 芯片组等）在崩溃中幸存下来，则在检测到驱动器故障后，镜像的重建将立即在其中一个备用磁盘上开始。
  • 写入性能通常比单个设备差，因为必须将写入数据的相同副本发送到阵列中的每个磁盘。对于大型 RAID-1 阵列，这可能是一个真正的问题，因为您可能会用这些额外的副本使 PCI 总线饱和。这实际上是硬件 RAID 解决方案可能比软件解决方案更具优势的极少数情况之一 - 如果您使用硬件 RAID 卡，则数据的额外写入副本不必通过 PCI 总线，因为它是由 RAID 控制器生成额外副本。读取性能良好，尤其是在您有多个读取器或寻道密集型工作负载的情况下。RAID 代码采用了一种相当不错的读取平衡算法，该算法将简单地让磁头最接近所需磁盘位置的磁盘执行读取操作。由于寻道操作在现代磁盘上相对昂贵（6 毫秒的寻道时间等于以 20 MB/秒的速度读取 123 kB），因此选择寻道时间最短的磁盘实际上可以显着提高性能。
• RAID-4
  • 此 RAID 级别不常用。它可用于三个或更多磁盘。它不是完全镜像信息，而是在一个驱动器上保留奇偶校验信息，并以类似于 RAID-0 的方式将数据写入其他磁盘。由于一个磁盘保留用于奇偶校验信息，因此阵列的大小将为 (N-1)*S，其中 S 是阵列中最小驱动器的大小。与 RAID-1 一样，磁盘应该大小相等，否则您只能接受上面 (N-1)*S 公式中的 S 将是阵列中最小驱动器的大小。
  • 如果一个驱动器发生故障，可以使用奇偶校验信息来重建所有数据。如果两个驱动器发生故障，所有数据都将丢失。
  • 此级别不经常使用的原因是奇偶校验信息保存在一个驱动器上。每次写入其他磁盘之一时，都必须更新此信息。因此，如果奇偶校验磁盘的速度不如其他磁盘快很多，则它将成为瓶颈。但是，如果您碰巧有很多慢速磁盘和一个非常快速的磁盘，则此 RAID 级别可能非常有用。
• RAID-5
  • 当希望组合大量物理磁盘，并且仍然保持一定冗余时，这可能是最有用的 RAID 模式。RAID-5 可用于三个或更多磁盘，带有零个或多个备用磁盘。生成的 RAID-5 设备大小将为 (N-1)*S，就像 RAID-4 一样。RAID-5 和 RAID-4 之间的最大区别在于，奇偶校验信息均匀分布在参与驱动器之间，避免了 RAID-4 中的瓶颈问题。
  • 如果其中一个磁盘发生故障，由于奇偶校验信息，所有数据仍然完整。如果有备用磁盘可用，则在设备故障后立即开始重建。如果两个磁盘同时发生故障，所有数据都将丢失。RAID-5 可以承受一个磁盘故障，但不能承受两个或更多磁盘故障。
  • 读取和写入性能通常都会提高，但很难预测提高多少。读取类似于 RAID-0 读取，写入可能相当昂贵（需要先读取才能写入，以便能够计算正确的奇偶校验信息），或者类似于 RAID-1 写入。写入效率很大程度上取决于机器中的内存量以及阵列的使用模式。大量分散的写入必然会更昂贵。

1.5 要求

本 HOWTO 假设您正在使用 Linux 2.4 或更高版本。但是，可以在较新的 2.2.x 或 2.0.x Linux 内核中使用 Software RAID，并使用匹配的 RAID 补丁和 0.90 版本的 raidtools。补丁和工具都可以在 http://people.redhat.com/mingo/ 找到。RAID 补丁、raidtools 包和内核应尽可能匹配。有时，如果最新的内核没有 raid 补丁可用，则有必要使用较旧的内核。

如果您使用基于 2.4 内核或更高版本的最新 GNU/Linux 发行版，您的系统很可能已经为您的内核安装了匹配版本的 raidtools。