RAID 是可用性而不是备份 — 重建期间最危险
一句话总结
RAID 是让服务器在一块磁盘坏掉时也不会停机的机制。删除的文件、错误的变更、加密攻击都会被原样复制到所有磁盘上，所以 RAID 防不住。而且更换坏盘并重新对齐的重建时间，是整个阵列中最危险的时段。
为什么需要它
磁盘是消耗品。一台服务器上有多块磁盘时，其中一块损坏不是“会不会”的问题，而是“什么时候”的问题。每坏一块磁盘就重装操作系统、从备份里恢复，服务要停好几个小时。RAID（Redundant Array of Independent Disks）把多块磁盘绑成一个整体，以吸收一块磁盘的损坏。
Linux 通过内核的 md（multiple devices）驱动提供软件 RAID，由 mdadm(8) 创建和管理阵列。硬件 RAID 卡则由控制器完成同样的工作，操作系统只能看到一块磁盘。因此卡后面的磁盘状态通常要用厂商工具查看。原理相同，所以本课程用 md 来学习。
工作原理
md(4) 描述的级别（level）整理成表如下。
| 级别 | 方式 | 可承受的故障 | 可用容量 |
|---|---|---|---|
| RAID0 | 条带化（stripe） | 无——只要坏一块就全部丢失 | 全部 N 块 |
| RAID1 | 镜像（mirror） | N−1 块 | 一块 |
| RAID5 | 1 份分布式奇偶校验 | 1 块 | N−1 块 |
| RAID6 | 2 份奇偶校验 | 2 块 | N−2 块 |
| RAID10 | 镜像之上做条带化 | 每个镜像对坏 1 块 | 一半 |
RAID5、6 容量便宜，但小写入很贵。因为要修改一个块，必须先读出旧数据和旧奇偶校验，计算新的奇偶校验，再把两者重新写入。写入密集的数据库卷选择 RAID10，原因就在这里。
阵列的状态全在 /proc/mdstat 的一行里。[2/2] [UU] 表示两块中两块都在线，[2/1] [U_] 表示缺了一块的 degraded 状态。故障设备的名称后面会加上 (F)。mdadm --detail 的 State : 行用 clean、degraded、recovering 之类的词表示同一件事。
更换磁盘有四个动作——用 --fail 标记故障，用 --remove 从阵列中移除，用 --add 加入新磁盘，内核就会开始 recovery，把存活一方的内容复制到新磁盘。复制完成后才会重新变回 clean。mdadm --wait 会一直等到这项工作结束。
重建之所以危险，是因为这段时间里存活的那一块是唯一的副本。重建会读取那块磁盘的所有块。如果平时没人读取的角落里藏着读不出来的扇区，就会在这时暴露出来，而那个块已经无处可恢复。所以 md 提供了平时预先全部读一遍的巡检（scrub）。根据内核的 md 文档，向 /sys/block/mdX/md/sync_action 写入 check，就会读取并比较所有副本，把不一致的块数记录到 mismatch_cnt，结束后 sync_action 变为 idle，last_sync_action 变为 check。Debian 系的 mdadm 软件包会预约定期运行这项巡检。
阵列必须在启动时重新组装。mdadm 通过配置文件中的 ARRAY 行得知哪些 UUID 的设备属于同一个阵列。在 Ubuntu、Debian 上是 /etc/mdadm/mdadm.conf，要让它在启动早期就组装，还要用 update-initramfs -u 写入 initramfs。mdadm --detail --brief 会生成这一行。如果把命令运行两次并用 >> 追加，同一行会堆叠两次；这个文件也是故障时人要重新阅读的文档，所以每个阵列只保留一行。
在现场相遇的样子
最常见的重大事故是拔出了正常的磁盘。告警说“一块磁盘故障”时，如果只相信槽位编号就拔，而拔掉的恰好是完好的那块，RAID1 就会整个下线。更换前先用 mdadm --detail 查看故障设备名称，再用 lsblk -o NAME,SERIAL 或 smartctl -i 确认序列号，与物理磁盘上的标签对上。很多团队会把这项确认写成作业计划书里的一行。
第二种是“有了 RAID 就不需要备份”的想法。rm -rf 会在两块磁盘上同时发生，错误的迁移也会像镜子一样精确地被复制。RAID 只能防住磁盘故障这一种事故。恢复原状要靠快照和备份，这些会在下一个模块和“容量规划与变更管理”课程中讲到。
第三种是重建拖慢服务。重建同样是磁盘 I/O，所以会与业务流量竞争。md(4) 允许通过 /proc/sys/dev/raid/speed_limit_min、speed_limit_max 调节重建速度的下限和上限。运维上会在业务时间降低上限、夜里调高，但代价是越慢，危险时段就越长。
下一项实验要做什么
创建三个 256MiB 的回环设备，用其中两个建立 RAID1 /dev/md/sto。格式化为 ext4，留下一个 20MiB 的文件及其校验和，并在 mdadm.conf 中用一行登记该阵列。然后让一块盘故障并移除，记录 degraded 状态，用第三块盘重建，再用校验和确认数据完好。最后运行巡检（check），记录 mismatch_cnt。