Linux Btrfs文件系统之raid

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Btrfs 在文件系统层实现 RAID（无需 mdadm）。本篇讲清 raid0/1/5/6/10 的选择、配置、scrub、和 write hole 的问题。

一、Btrfs RAID 概览

Btrfs 的 RAID 比传统硬件 RAID 和 mdadm 灵活：

重要警告：Btrfs RAID5/6 历史上多次出现 write hole bug。Linux 5.5 起部分修复，但生产仍建议 RAID10。

二、创建 RAID

2.1 RAID0（条带化，无冗余）

$ mkfs.btrfs -d raid0 -m raid1 /dev/sdb /dev/sdc
#           ^^^^^^^^^  data 用 raid0
#                      ^^^^^^^ metadata 用 raid1

• • 性能：读 ≈ 2×，写 ≈ 2×
• • 风险：1 块坏全丢
• • 适用：临时数据、临时计算

2.2 RAID1（镜像）

# 2 块盘 RAID1
$ mkfs.btrfs -d raid1 -m raid1 /dev/sdb /dev/sdc

# 3 块盘 RAID1（3 份镜像）
$ mkfs.btrfs -d raid1 -m raid1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

• • 性能：读 ≈ 2×（多源读），写 ≈ 1×（写多份）
• • 冗余：N-1 块
• • 适用：关键数据推荐

2.3 RAID5（推荐 3+ 盘）

$ mkfs.btrfs -d raid5 -m raid1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

• • 性能：读 ≈ (N-1)×，写 ≈ 1×（算校验）
• • 冗余：1 块
• • 容量：(N-1) × 单盘
• • 风险：write hole 历史 bug（部分已修）

2.4 RAID6（推荐 4+ 盘）

$ mkfs.btrfs -d raid6 -m raid1 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

• • 性能：读 ≈ (N-2)×，写 ≈ 1×（算校验）
• • 冗余：2 块
• • 容量：(N-2) × 单盘
• • 适用：大硬盘推荐

2.5 RAID10（条带+镜像）

# 4 块盘：2 个 mirror，再 stripe
$ mkfs.btrfs -d raid10 -m raid10 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

• • 性能：读 ≈ 2×，写 ≈ 2×
• • 冗余：每组可丢一半
• • 容量：N/2 × 单盘
• • 适用：生产数据库推荐

三、修改 RAID 级别（balance）

3.1 用 balance 转换

# 把数据从 single 转为 raid1
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt

3.2 实战：单盘转 RAID1

# 1. 加盘
$ btrfs device add /dev/sdc /mnt

# 2. balance 转 RAID1
$ btrfs balance start -dconvert=raid1 -mconvert=raid1 /mnt

# 3. 看进度
$ btrfs balance status /mnt

四、scrub（校验和修复）

# 启动 scrub
$ btrfs scrub start /mnt

# 状态
$ btrfs scrub status /mnt

scrub 在 RAID1/5/6 中自动用副本修复不一致的 extent。

五、Write Hole：核心争议

5.1 什么是 write hole？

传统 RAID5（mdadm）：
  写数据：① 写数据 ② 写校验
  断电时可能 ① 完成 ② 没完成
  → 校验和数据不一致（write hole）
  → 必须 mdadm --assemble --force 修复
  → 数据可能丢

Btrfs RAID5/6：
  COW + transaction 模型理论上能避免
  但实际实现有过 bug（Linux 5.5 之前的 early hole）
  → 部分场景下数据可能仍丢

5.2 Btrfs RAID5/6 修复时间线

5.3 现状

2024 年现状：Btrfs RAID5/6 仍在改进中，生产关键数据用 RAID10。

六、RAID 选型决策树

你的场景是什么？
│
├── 临时数据 / 高性能
│   └── raid0（必须接受盘坏数据全丢）
│
├── 关键数据 / 性能 + 冗余
│   └── raid10（4 盘起步）
│
├── 大量存储 / 容量利用率高
│   ├── 大盘（>4TB）→ raid6
│   ├── 中盘（1~4TB）→ raid5（5.10+ 内核）
│   └── 商业环境 → raid10（保守）
│
└── 单盘
    └── DUP metadata（默认）+ 重要数据定期备份

七、实战配置

案例 1：家用 4 盘 NAS

# 4 块 4TB HDD
# 推荐 raid5（家用性价比高）或 raid6（更安全）

# raid5
$ mkfs.btrfs -d raid5 -m raid1 -L nasdata /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd
# 容量：3 × 4TB = 12TB（损 1 块冗余）

# raid6（更保守）
$ mkfs.btrfs -d raid6 -m raid1 -L nasdata /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
# 容量：4 × 4TB = 16TB（但盘数要到 4）

案例 2：性能优先（数据库）

# 4 块 SSD
$ mkfs.btrfs -d raid10 -m raid10 -L dbdata /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde
# 容量：2 × 单盘
# 性能：4 块盘的读 + 2 块盘的写

案例 3：混合（SSD cache + HDD）

# HDD 主数据
# SSD 做缓存

# 先建 pool
$ mkfs.btrfs -d raid1 -m raid1 -L tank /dev/sdb /dev/sdc

# 加 SSD 做 cache（btrfs 自身不直接做 cache，但可以放热数据）
# 用 bcache / lvmcache / dm-cache 在更底层

八、RAID 内 spare

Btrfs 暂时不支持 hot spare（与 mdadm 不同）。需要手动替换。

替代方案：

• • 监控 SMART
• • 故障盘出现时手动 btrfs replace

九、本篇小结

重要警告：

• • 生产关键数据用 raid10
• • raid5/6 在 Linux 5.10+ 内核才稳定
• • 任何 RAID 都不替代备份！