Linux программный raid 1

/4te.me

Краткий мануал как в Ubuntu 16.04 собрать софтварный RAID и смонтировать его в /mnt.

RAID1, он же “зеркало”, нужен в тех случаях, когда нужно хранить важную информацию. Обычно зеркало создается из двух дисков и информация записываtтся одновременно на два диска. Поэтому выход из строя одного диска не приведет к потере информации. Также такой тип RAID-а дает небольшое увеличение скорости чтения.

Когда диск выходит из строя, то он автоматически выпадает из массива, но сам массив продолжает работать на здоровом диске. Лучше до такого не доводить, и если в S.M.A.R.T.-е появились ошибки, то лучше такой диск заменить. Вот статья про замену диска в рейде.

Итак, дано два диска sdc и sdd :

Из них будет собрано зеркало и смонтировано в /mnt в качестве файлового хранилища. Если разделы больше 2ТБ, то нужно использовать parted и размечать под GPT:

Если меньше 2ТБ, то можно размечать fdisk-ом. Создадим разделы типа — fd — Linux raid auto .

В итоге получаем два диска и на каждом по одному разделу на весь диск:

Теперь собираем непосредственно сам RAID-массив:

После того как система соберет массив, начнется процесс ресинхронизации. Ждем окончания ресинка:

После того как он кончится, создаем файловую систему на устройстве массива:

Теперь, чтобы зеркало автоматом собиралось после ребута, выполняем:

Источник

Создание программного RAID-массива на Linux-платформе

Важность надёжного хранения данных очевидна для пользователя любого уровня. Тем более сейчас, когда объёмы хранимых данных растут с угрожающей скоростью, вне зависимости от того, являются ли эти данные персональными (коллекции фотографий и видеозаписей) или корпоративными (финансовая и проектная документация, результаты научных исследований и т.п.). Одно из средств, помогающих в той или иной степени решить проблему надёжности хранения данных, основано на организации дискового RAID-массива.

Концепция RAID

RAID (англ. Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков) (хотя более точной, возможно, будет «вольная интерпретация»: массив независимых дисков с избыточным ресурсом) — это аппаратная или программная подсистема, в которой хранимые данные распределяются (часто с дублированием) по нескольким жёстким дискам (физическим или виртуальным). Наиболее эффективной, как с точки зрения надёжности, так и с точки зрения производительности, является аппаратная RAID-подсистема. Тем не менее, программная реализация также может принести немалую пользу, и в Linux есть все необходимые компоненты для организации программного RAID-массива.

Более подробно об основных принципах организации RAID-систем можно узнать на соответствующей странице Wikipedia и на русскоязычной странице Wikipedia.

Различные типы RAID-массивов

Выше было отмечено, что помимо своей главной функции — обеспечение надёжности хранения данных — RAID может способствовать повышению производительности, разделяя данные на несколько потоков для одновременной записи на несколько дисков. Реализация RAID-подсистемы в Linux несколько отличается от общепринятой, но логическое деление на несколько уровней сохранено.

На уровне RAID 0 два или более диска используются только для повышения производительности, поскольку разделяют между собой данные при чтении/записи. Здесь «избыточность» фактически отсутствует.

Массив RAID 1 является первым уровнем, обеспечивающим избыточность. Этот режим часто называют «зеркалированием» (mirroring), поскольку данные дублируются на всех дисках массива. Степень надёжности возрастает, но производительность операции записи снижается, так как запись одних и тех же данных выполняется несколько раз. Для организации RAID 1 требуется не менее двух дисков.

Особенностью массива RAID 4 является отдельный диск для записи информации о контроле чётности данных. Таким образом, узким местом этой подсистемы становятся периоды ожидания при записи именно на этот диск. По этой причине рекомендуется пользоваться RAID 5 во всех случаях, кроме тех, в которых применение RAID 4 крайне необходимо и обосновано.

В массиве RAID 5 при записи разделяются и данные, и информация о контроле чётности. Поэтому RAID 5 считался наиболее эффективным и экономичным уровнем до появления новых разработок в этой области: RAID 5EE, RAID 6, RAID 10 и комбинированных уровней RAID 1+0, RAID 5+0, RAID 1+5. Для организации массива RAID 5 требуется не менее трёх дисков.

О дальнейшем развитии концепции RAID-массивов можно узнать на указанных выше страницах Wikipedia. Особый интерес представляет сравнение «RAID 10 versus RAID 5 in Relational Databases» на англоязычной странице.

Поддержка программной реализации RAID появилась в ядре Linux, начиная с версии 2.0, хотя для практического использования первая версия вряд ли годилась: возможности её были весьма ограничены, и содержала она изрядное количество ошибок. Начиная с ядер версии 2.4 ситуация улучшилась, и современные реализации RAID в Linux вполне пригодны для практического применения.

Создание и конфигурирование RAID-массива

Первые эксперименты с созданием RAID-массивов рекомендуется проводить в среде виртуальной машины, например, VirtualBox. Это более безопасно, к тому же не у каждого пользователя найдётся компьютер с двумя-тремя физическими дисками.

Для подробного рассмотрения выбрана организация RAID-массива уровня 1, поскольку это самый простой с архитектурной точки зрения и обладающий наибольшей избыточностью (с точки зрения надёжности) массив.

При создании RAID-массива на нескольких физических дисках, следует обратить особое внимание на то, чтобы диски имели одинаковый размер, а в идеальном варианте лучше всего использовать диски одной модели.

Итак, для начала в VirtualBox необходимо создать собственно виртуальную машину для Linux (с ядром версий 2.6), выбрать для неё подходящий размер памяти и создать три жёстких диска с одинаковым объёмом (по 20 Гб для каждого диска будет вполне достаточно). После загрузки Linux-системы (можно использовать любой live-DVD или его ISO-образ) для работы потребуется эмулятор терминала (текстовой консоли).

Для разметки разделов на диске можно воспользоваться утилитой fdisk, но более удобной является её «наследница» cfdisk с псевдографическим интерфейсом, которую можно запустить из консоли следующей командой:

После запуска следует создать раздел свопинга (например, размером 1ГБ), а оставшееся пространство (19 ГБ) отдать корневому разделу. При этом важно установить для обоих разделов тип Linux RAID (шестнадцатеричный код fd). После этого нужно обязательно записать сделанные изменения и выйти из cfdisk.

Теперь необходимо выполнить точно такую же разбивку разделов на двух других дисках. Эта операция без затруднений выполняется с помощью другой полезной утилиты, позволяющей управлять дисковыми разделами:

Ключ -d используется для создания дампа всех разделов указанного устройства в формате, который может служить входным для той же команды sfdisk, что позволяет создавать дубликаты разделов с сохранением всех свойств и атрибутов.

В результате будут получены три диска с одинаковыми разделами и установленным типом Linux RAID. Теперь можно приступать непосредственно к созданию RAID-массива.

Создание дисков RAID-массива

Для создания RAID-массива потребуется утилита mdadm из одноимённого пакета. Сама операция создания выполняется с помощью команд, приведенных в листинге 1.

Листинг 1. Создание дисков RAID-массива

Первый ключ команды обязательно должен определять основной режим функционирования mdadm. В данном случае используется ключ —create (краткая форма -C) — режим создания. После этого ключа указывается имя создаваемого RAID-устройства.

Ключ —metadata (краткая форма -e) определяет используемый для данного диска формат метаданных (суперблока). Значение 0.90 (а также его аналоги 0 и default) при создании RAID-массива используется по умолчанию, поэтому в приведённом примере его можно было бы и не включать в команду. Формат 0.90 допускает использование в RAID-массиве до 28 устройств-компонентов, а также определяет максимальный размер этих устройств (не более 2 ТБ).

Ключ —level=1 определяет уровень RAID-массива. Ключ —raid-devices=3 определяет количество устройств-компонентов в создаваемом RAID-массиве. Завершает командную строку список устройств, из которых будет сформирован RAID-массив.

Запуск в эксплуатацию

Дисковый массив успешно создан, но пока ещё пуст. Потребуется установить Linux-систему, чтобы проверить работу созданной RAID-подсистемы. Перед установкой следует позаботиться о том, чтобы раздел, выделенный для свопинга, корректно распознавался программой установки. Для этого используется следующая команда:

Установка Linux-системы выполняется в «штатном» режиме за исключением одной особенности: при выборе разделов вместо привычных /dev/sda1 и /dev/sda2 пользователю предлагаются /dev/md0 и /dev/md1 соответственно. Загрузчик, разумеется, должен быть установлен в MBR.

После завершения установки необходимо внести изменения в файл конфигурации загрузчика для того, чтобы система успешно загрузилась с RAID-устройства.

Если в установленной Linux-системе используется загрузчик grub, то в файл /boot/grub/grub.conf необходимо внести следующие изменения:

в строке splashimage=. имя раздела (hd0,1) заменяется на имя (md0,1)
в строке root (hd0,1) аналогичным образом выполняется замена на (md0,1)

Если система загружается с помощью lilo (этот загрузчик всё ещё используется в некоторых дистрибутивах), то потребуется отредактировать файл /etc/lilo.conf:

добавить в начальной (общей) секции строку: raid-extra-boot = mbr-only
заменить строку boot = /dev/sda на строку boot = /dev/md0

После сохранения и выхода из редактора обязательно нужно активизировать внесённые изменения командой lilo.

Теперь можно перезагрузить систему и проверить, как работает система на RAID-массиве.

Учёт и контроль

Текущее состояние RAID-подсистемы в структуре ядра отражает файл /proc/mdstat. Следует отметить, что для его просмотра требуются полномочия суперпользователя. Информация из этого файла особенно важна в тех случаях, когда в RAID-массив добавляется новый диск (или заменяется испорченный диск) или одно из устройств-компонентов удаляется из RAID-массива.

Команда mdadm сама по себе выполняет активизацию RAID-массива и в принципе не требует наличия файла конфигурации, но будет обращаться к нему, если в явной форме указано его имя («стандартное» имя — /etc/mdadm.conf). Использование файла конфигурации рекомендуется по двум причинам:

исчезает необходимость писать длинные командные строки с множеством ключей, так как все характеристики берутся из указанного файла;
файл конфигурации сам по себе является документацией по используемому RAID-массиву.

Команда mdadm —detail —scan позволяет получить значения текущих параметров настройки RAID-массива. Но для извлечения более подробной информации следует воспользоваться следующей комбинацией команд (опять же, потребуются права root):

Управление RAID-массивом

Преимущества избыточности при хранении данных в RAID-массиве можно оценить, если отключить один из дисков в конфигурации виртуальной машины, тем самым имитируя его отказ. После перезагрузки системы на RAID-массиве в виртуальной машине следует выполнить операцию копирования достаточно большого объёма данных. После этого в хост-системе можно будет увидеть, что размеры двух работающих дисков увеличились (в соответствии с объёмом скопированных данных), а размер третьего, отключённого диска остался неизменным.

Если третий диск снова подключить и ещё раз перезагрузить систему в виртуальной машине, то вновь подключённый диск будет обнаружен, но синхронизация с первыми двумя RAID-дисками не будет выполнена. Дело в том, что эта операция должна выполняться вручную. Для продолжения «эксперимента» теперь следует полностью удалить третий диск из виртуальной машины и создать точно такой же новый, чтобы имитировать замену испорченного физического жёсткого диска на исправный.

Текущее состояние RAID-массива проверяется по содержимому вышеупомянутого файла /proc/mdstat. После удаления третьего диска содержимое этого файла будет выглядеть приблизительно так, как на рисунке 1.

Рисунок 1. Фрагмент файла /proc/mdstat — один из дисков отсутствует

Из показанного фрагмента понятно, что в настоящий момент функционируют только два RAID-диска из трёх, а о том, какое именно устройство-компонент отсутствует, сообщает параметр [UU_] — первые два устройства задействованы, на месте последнего — символ подчёркивания.

Если предположить, что третий диск в конфигурации виртуальной машины вновь создан, то необходимо скопировать разделы со всеми их характеристиками с одного из работающих RAID-дисков с помощью уже описанной выше команды:

После этого подготовленный «новый» диск добавляется в существующий RAID-массив:

Теперь система продолжает функционировать в нормальном режиме — все три RAID-устройства-компонента подключены и работают. В этом можно убедиться, снова просмотрев содержимое файла /proc/mdstat.

Дополнительные замечания

Имитировать отказ одного из RAID-дисков можно и с помощью специальных ключей команды mdadm, как показано ниже:

После того, как диск объявлен «неработающим», его можно удалить из RAID-массива:

Сразу после логического удаления устройства-компонента его можно заменить физически. Ещё раз следует отметить, что «аппаратные» жёсткие диски настоятельно рекомендуется заменять только идентичными устройствами, а компоненты в виде логических разделов непременно должны быть заменены разделами точно такого же размера.

Когда замена устройства-компонента проведена, можно добавить обновлённый компонент в RAID-массив с помощью упоминавшейся выше команды:

Заключение

Программная реализация RAID-массива в системе Linux позволяет пользователю без особых затруднений создавать дисковые массивы нескольких уровней с применением как физических дисков, так и логических разделов. Предоставляемых этой подсистемой возможностей вполне достаточно, чтобы организовать хранение данных, ориентированное и на надёжность, и на производительность.