Linux中RAID5 的搭建、管理与维护详解

在生产环境中，RAID（独立磁盘冗余阵列）被广泛用于提升存储的性能与可靠性。本文将通过一个完整的案例，详细讲解如何在 Linux 上配置、管理、扩容、模拟故障以及删除 RAID5 阵列，内容涵盖命令、输出解释与常见场景。

什么是 RAID5

RAID5 是一种带奇偶校验信息的条带化（striping）存储方案。它至少需要 3 块硬盘，能够在 1 块硬盘故障的情况下继续工作。RAID5 的优点是容量利用率高（N 块盘中可用 N-1 块盘容量）、读性能较好、能容错 1 块盘。

环境准备与前提

在正式创建 RAID5 之前，先确保以下环境：

  • Linux 系统（带 mdadm 工具）

  • 至少 3 块（推荐 4 块）空闲硬盘

  • 有 root 权限

  • 如果之前这些磁盘上已经有 LVM 卷组，需要先清理干净

一、清理已有 LVM 卷组（如有）

如果之前这些磁盘用于 LVM，需要先卸载并删除：

umount /dev/vgmubak/lvmubase
umount /dev/vgmubak/lvmuother
lvchange -an /dev/vgmubak
vgchange -an /dev/vgmubak
lvremove /dev/vgmubak/lvmuother
lvremove /dev/vgmubak/lvmubase
vgremove /dev/vgmubak

二、硬盘分区

RAID 的推荐做法是给每块盘创建 RAID 分区类型（fd 类型）。

以四块盘为例：/dev/sdb、/dev/sdc、/dev/sdd、/dev/sde。

对每一块盘都要执行以下 fdisk 步骤：

fdisk /dev/sdb fdisk /dev/sdc fdisk /dev/sdd fdisk /dev/sde

在 fdisk 中的步骤：

  1. 输入 m 查看帮助

  2. 输入 d 删除已有分区

  3. 输入 n 新建分区，选择主分区（p），输入容量（一般填全部）

  4. 输入 t 修改分区类型，输入 fd（Linux raid autodetect）

  5. 输入 w 保存退出

对四块盘都重复以上步骤。

分区表更新后，执行：

partprobe

让内核重新读取分区表。

三、创建 RAID5 设备

基本创建命令

创建一个 RAID5 卷（4 块盘）：

mdadm --create /dev/md0 --level=5 --raid-devices=4 /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sde1

进阶示例（含热备盘）

例如，3 块活动盘 + 1 块热备盘：

mdadm -C /dev/md0 -a yes -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sd[b-d]1

参数解释

  • -C / --create ：创建阵列

  • -a yes / --auto ：自动创建设备

  • -l / --level ：指定 RAID 级别

  • -n / --raid-devices ：活动盘数量

  • -x ：热备盘数量

四、常用管理命令

  • 查看详细信息：

    mdadm --detail /dev/md0

  • 查看状态：

    cat /proc/mdstat

  • 标记硬盘故障：

    mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1

  • 移除硬盘：

    mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1

  • 添加新硬盘：

    mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1

  • 停止阵列：

    mdadm --stop /dev/md0

  • 删除 superblock（清理 RAID 签名）：

    mdadm --zero-superblock /dev/sdX

五、格式化与挂载 RAID5

成功创建阵列后，格式化文件系统：

mkfs.ext4 /dev/md0

创建挂载目录并挂载：

mkdir /data mount /dev/md0 /data

开机自动挂载：

echo 'UUID=xxx /data ext4 defaults 0 0' >> /etc/fstab

六、模拟 RAID5 硬盘损坏

为了测试容错能力，可以“手动”模拟一块盘故障：

mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb1

查看状态：

cat /proc/mdstat mdadm --detail /dev/md0

现象：

  • /dev/sdb1 后出现 (F) 标记，表示已被标记为故障

  • 阵列状态行中如 [_U] 表示有一块盘失效但还能正常工作

移除故障盘：

mdadm /dev/md0 -r /dev/sdb1

添加替换的新盘：

mdadm /dev/md0 -a /dev/sdb1

观察重建进度：

cat /proc/mdstat

七、RAID5 阵列扩容

当需要增加容量时，可以添加硬盘到阵列：

1️⃣ 新硬盘分区

对新硬盘执行前面相同的 fdisk 流程，创建 fd 类型分区。

2️⃣ 加入阵列

添加到 RAID 中：

mdadm /dev/md0 -a /dev/sdf1

查看状态：

mdadm -D /dev/md0

默认情况下，新盘会被当作 热备盘。

3️⃣ 转为活动盘并重构

将热备盘转成活动盘（-n 指定新总活动盘数，触发重建）：

mdadm -G /dev/md0 -n 3

4️⃣ 扩容文件系统

重建完成后，阵列容量增大，但文件系统尚未扩展：

resize2fs /dev/md0

5️⃣ 更新配置文件

建议在 /etc/mdadm.conf 中记录新配置，例如：

DEVICE /dev/sdb1 /dev/sdc1 /dev/sdd1 /dev/sdf1
ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=4 UUID=<uuid>

八、删除 RAID 阵列

卸载挂载点

umount /dev/md0

停止阵列

mdadm --stop /dev/md0

移除设备

mdadm --remove /dev/md0

清除 superblock

对所有涉及的分区清理 RAID 签名：

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

九、RAID5 双盘故障情况下的修复尝试

RAID5 只能容忍 1 块盘坏，若坏 2 块就非常危险。以下命令仅用于尝试在紧急情况下“强行组装”尽可能读取数据：

mdadm --stop /dev/md0 mdadm --assemble /dev/md0 /dev/sda1 /dev/sdb1 missing /dev/sde1

这里：

  • /dev/sda1、/dev/sdb1 是剩余可用的盘

  • missing 占位用于声明有一块丢失

  • /dev/sde1 是你想替换的新硬盘

这种方式能否成功取决于坏块数量和阵列的具体状况。

十、mdadm 其他常用选项小抄

  • -D / --detail ：查看阵列详细信息

  • -f ：标记硬盘为故障

  • -a ：添加新硬盘

  • -r ：移除硬盘

  • -s / --scan ：扫描系统信息

  • -S ：停止阵列

  • --zero-superblock ：抹掉 RAID 签名

  • --assemble --scan ：自动扫描并重组可用 RAID

总结

RAID5 在生产环境中非常常见，但一定要注意：

  • 严格检查硬盘分区类型

  • 按规范添加/移除磁盘

  • 定期查看 /proc/mdstat 监控状态

  • 关键数据仍要异地/异构备份