Jak konfigurovat RAID v Linuxu krok za krokem

Tento návod vysvětluje, jak zobrazit, vypsat, vytvořit, přidat, odebrat, odstranit, změnit velikost, formátovat, připojit a konfigurovat úrovně RAID (0, 1 a 5) v Linuxu krok za krokem s praktickými příklady. Podrobně se seznámíte se základními koncepty softwarového RAID (Chunk, Mirroring, Striping a Parity) a základními příkazy pro správu zařízení RAID.

RAID je zkratka pro Redundant Array of Independent Disks (redundantní pole nezávislých disků). Existují dva typy RAID: hardwarový RAID a softwarový RAID.

Hardwarový RAID

Hardwarový RAID je fyzické úložné zařízení, které je sestaveno z více pevných disků. Při připojení k systému se všechny disky v systému jeví jako jeden SCSI disk. Z hlediska systému není mezi běžným SCSI diskem a hardwarovým RAID zařízením žádný rozdíl. Systém může používat hardwarové zařízení RAID jako jediný disk SCSI.

Hardwarový RAID má vlastní nezávislý diskový subsystém a prostředky. Nevyužívá žádné systémové zdroje, jako je napájení, paměť RAM a procesor. Hardwarový RAID nezatěžuje systém navíc. Protože má vlastní vyhrazené prostředky, poskytuje vysoký výkon.

Softwarový RAID

Softwarový RAID je logické úložné zařízení, které je sestaveno z připojených disků v systému. Využívá všechny prostředky ze systému. Poskytuje pomalý výkon, ale nic nestojí. V tomto tutoriálu se podrobně naučíme, jak vytvořit a spravovat softwarový RAID.

Tento tutoriál je poslední částí našeho článku „Správa disků v Linuxu vysvětlená jednoduchým jazykem s příklady“. Další části tohoto článku si můžete přečíst zde.

Základní pojmy RAID

Zařízení RAID lze konfigurovat několika způsoby. V závislosti na konfiguraci jej lze rozdělit do deseti různých úrovní. Než se budeme podrobněji zabývat úrovněmi RAID, podívejme se stručně na některé důležité pojmy používané při konfiguraci RAID.

Chunk: – Jedná se o velikost datového bloku používaného v konfiguraci RAID. Pokud je velikost chunku 64KB, pak by v 1MB (1024KB/64KB) poli RAID bylo 16 chunků.

Hot Spare: – Jedná se o další disk v poli RAID. Pokud některý disk selže, data z vadného disku se automaticky přenesou na tento záložní disk.

Zdvojení: – Pokud je tato funkce povolena, kopie stejných dat se uloží i na jiný disk. Je to stejné jako vytvoření další kopie dat pro účely zálohování.

Striping: – Pokud je tato funkce povolena, data se budou zapisovat na všechny dostupné disky náhodně. Je to jako sdílení dat mezi všemi disky, takže se všechny zaplní stejně.

Parita: – Jedná se o metodu regenerace ztracených dat z uložených paritních informací.

Různé úrovně RAID jsou definovány podle toho, jak je požadováno zrcadlení a stripping. Z těchto úrovní se v systému Red Hat Linux většinou používají pouze úrovně 0, 1 a 5.

Úroveň RAID 0

Tato úroveň poskytuje prokládání bez parity. Protože neukládá žádná paritní data a provádí operace čtení a zápisu současně, byla by rychlost mnohem vyšší než u ostatních úrovní. Tato úroveň vyžaduje alespoň dva pevné disky. Všechny pevné disky této úrovně jsou zaplněny stejně. Tuto úroveň byste měli používat pouze v případě, že vám jde o rychlost čtení a zápisu. Pokud se rozhodnete použít tuto úroveň, pak vždy nasaďte alternativní plán zálohování dat. Protože jakákoli porucha jediného disku z pole bude mít za následek úplnou ztrátu dat.

RAID Level 1

Tato úroveň poskytuje paritu bez prokládání. Zapisuje všechna data na dva disky. Pokud jeden disk selže nebo je odstraněn, máme stále všechna data na druhém disku. Tato úroveň vyžaduje dva pevné disky. To znamená, že pokud chcete použít 2 pevné disky, musíte nasadit 4 pevné disky, nebo pokud chcete použít jeden pevný disk, musíte nasadit dva pevné disky. Na prvním pevném disku jsou uložena původní data, zatímco na druhém disku je uložena přesná kopie prvního disku. Protože se data zapisují dvakrát, sníží se výkon. Tuto úroveň byste měli používat pouze v případě, že vám jde o bezpečnost dat za každou cenu.

Úroveň RAID 5

Tato úroveň poskytuje paritu i prokládání. Vyžaduje alespoň tři disky. Zapisuje paritní data rovnoměrně na všechny disky. Při poruše jednoho disku lze data rekonstruovat z paritních dat dostupných na zbývajících discích. Tím je zajištěna kombinace integrity a výkonu. Pokud je to možné, měli byste vždy používat tuto úroveň.

Je-li zařízení RAID správně nakonfigurováno, nebude z hlediska operačního systému mezi softwarovým a hardwarovým RAID žádný rozdíl. Operační systém bude k zařízení RAID přistupovat jako k běžnému pevnému disku bez ohledu na to, zda se jedná o softwarový nebo hardwarový RAID.

Linux poskytuje jaderný modul md pro konfiguraci softwarového RAID. Abychom mohli používat softwarový RAID, musíme nakonfigurovat zařízení RAID md, které je složeno ze dvou nebo více úložných zařízení.

Jak nakonfigurovat softwarový RAID krok za krokem

Pro tento návod předpokládám, že máte pro praxi nerozdělený diskový prostor nebo další pevné disky. Pokud tento návod sledujete na virtuálním softwaru, jako je VMware workstation, přidejte do systému tři další pevné disky. Jak přidat další pevný disk ve virtuálním systému se dozvíte v první části tohoto návodu. Pokud tento návod sledujete na fyzickém počítači, připojte další pevný disk. Pro nácvik můžete použít USB disk nebo pen disk. Pro demonstrační účely jsem v laboratorním systému připojil tři další pevné disky.

Každý disk má velikost 2 GB. Všechny připojené pevné disky můžeme vypsat příkazem fdisk -l.

Pro zobrazení strukturovaného přehledu všech připojených úložných zařízení můžeme také použít příkaz lsblk.

Jak vidíme ve výše uvedeném výstupu, jsou k dispozici tři nerozdělené disky, každý o velikosti 2 G.

K vytvoření a správě softwarového pole RAID se používá balíček mdadm. Než začneme pracovat se softwarovým RAID, ujistěte se, že je nainstalován.Chcete-li se dozvědět, jak instalovat a spravovat balíček v Linuxu, podívejte se na následující návody

Jak nakonfigurovat úložiště YUM v RHEL
Příkaz RPM vysvětlený na příkladu

Pro tento návod předpokládám, že balíček mdadm je nainstalován.

Vytvoření pole RAID 0

Můžeme vytvořit pole RAID 0 s disky nebo oddíly. Abychom pochopili obě možnosti, vytvoříme dvě samostatná pole RAID 0;jedno s disky a druhé s oddíly. Pole RAID 0 vyžaduje alespoň dva disky nebo oddíly. K vytvoření pole RAID 0 z disků použijeme disky /dev/sdc a /dev/sdd. Na disku /dev/sdb vytvoříme dva oddíly a později je použijeme k vytvoření dalšího pole RAID 0 z oddílů.

Pro vytvoření pole RAID 0 z disků použijte následující příkaz

#mdadm --create --verbose /dev/ --level= --raid-devices= 

Pochopíme tento příkaz podrobněji

mdadm:- Toto je hlavní příkaz

–create:- Tato volba slouží k vytvoření nového zařízení md (RAID).

–verbose:- Tato volba slouží k zobrazení aktualizace procesu v reálném čase.

/dev/:- Tento argument slouží k zadání názvu a umístění pole RAID. Zařízení md by mělo být vytvořeno v adresáři /dev/.

–level=:- Tato volba a argument slouží k určení úrovně RAID, kterou chceme vytvořit.

–raid-devices=:- Tato volba a argument slouží k určení počtu úložných zařízení nebo oddílů, které chceme v tomto zařízení použít.

:- Tato volba slouží k zadání názvu a umístění úložného zařízení.

Následující příkaz bude použit k vytvoření pole RAID 0 z disků /dev/sdc a /dev/sdd s názvem md0.

K ověření pole můžeme použít následující příkaz

Výše uvedený výstup potvrzuje, že pole RAID md0 bylo úspěšně vytvořeno ze dvou disků (sdd a sdc) s konfigurací RAID úrovně 0.

Vytvoření pole RAID 0 s oddíly

Vytvoření 1GiB oddílu příkazem fdisk

Ve výchozím nastavení jsou všechny oddíly vytvořeny standardně pro Linux. Změňte typ oddílu na RAID a oddíl uložte. Ukončete nástroj fdisk a spusťte příkaz partprobe pro aktualizaci tabulky oddílů jádra za běhu.

Chcete-li se podrobně seznámit s příkazem fdisk a jeho dílčími příkazy, přečtěte si druhou část tohoto návodu, která vysvětluje vytváření a správu oddílů pomocí příkazu fdisk krok za krokem.

Vytvoříme ještě jeden oddíl, ale tentokrát použijeme příkaz parted.

Pro podrobné seznámení s příkazem parted viz čtvrtou část tohoto návodu, která vysvětluje, jak spravovat disk pomocí příkazu parted krok za krokem.

Vytvořili jsme dva oddíly. Vytvoříme další pole RAID (úrovně 0), ale tentokrát místo disků použijeme oddíly.

Stejný příkaz použijeme k vytvoření pole RAID z oddílů.

Pokud použijeme příkaz mdadm k vytvoření nového pole RAID, umístí svůj podpis na zadané zařízení nebo oddíl, to znamená, že pole RAID můžeme vytvořit z jakéhokoli typu oddílu nebo dokonce z disku, který vůbec žádný oddíl neobsahuje. Není tedy důležité, jaký typ oddílu použijeme, důležité je, že oddíl by neměl obsahovat žádná cenná data. Během tohoto procesu budou všechna data z oddílu vymazána.

Vytvoření souborového systému v poli RAID

Pole RAID nemůžeme použít pro ukládání dat, dokud neobsahuje platný souborový systém. Následující příkaz slouží k vytvoření souborového systému v poli.

#mkfs –t 

Naformátujeme md0 souborovým systémem ext4 a md1 souborovým systémem xfs.

Pole RAID 0 je připraveno k použití. Abychom je mohli používat, musíme je připojit někam do souborového systému Linux. linuxový souborový systém (primární adresářová struktura) začíná kořenovým adresářem (/) a vše jde pod něj nebo jeho podadresáře. diskové oddíly musíme připojit někam pod tento adresářový strom. Oddíly můžeme připojit dočasně nebo trvale.

Dočasné připojení pole RAID 0

Pro dočasné připojení pole se používá následující příkaz.

#mount 

Příkaz mount přijímá několik možností a argumentů, které vysvětlím samostatně v jiném tutoriálu. Pro tento tutoriál postačí tato základní syntaxe.

co připojit :- Jedná se o pole.

kam připojit :- Jedná se o adresář, který bude sloužit pro přístup k připojenému prostředku.

Po připojení bude jakákoliv akce, kterou budeme provádět v připojeném adresáři, provedena v připojených prostředcích. Pochopme to tedy prakticky.

• Vytvoření připojeného adresáře v adresáři /
• Mountování pole /dev/md0
• Vypsání obsahu
• Vytvoření testovacího adresáře a souboru
• Znovu vypsání obsahu
• Un-.připojte pole /dev/md0 a znovu vypište obsah
• Nyní připojte pole /dev/md1 a vypište obsah
• Znovu vytvořte testovací adresář a soubor. Použijte jiný název pro soubor a adresář
• Vypište obsah
• Odpojte pole /dev/md1 a znovu vypište obsah

Následující obrázek ilustruje toto cvičení krok za krokem

Jak ukazuje výše uvedený obrázek, jakákoli akce, kterou jsme provedli v adresáři mount, byla skutečně provedena v příslušném poli.

Možnost dočasného připojení je vhodná pro pole, ke kterým přistupujeme příležitostně. Pokud k poli přistupujeme pravidelně, pak tento přístup nepomůže. při každém restartu systému se všechny dočasně připojené prostředky automaticky odmontují. Pokud tedy máme pole, které budeme používat pravidelně, měli bychom ho připojit trvale.

Trvalé připojení pole RAID

Každý prostředek v souborovém systému má jedinečné ID nazývané UUID. Při trvalém připojování pole bychom měli místo jeho názvu použít UUID. Od verze 7 používá RHEL také UUID místo názvu zařízení.

UUID je zkratka pro Universally Unique Identifier (univerzální jedinečný identifikátor). Je to 128bitové číslo vyjádřené v hexadecimálním formátu (základ 16).

Pokud máte statické prostředí, můžete použít název zařízení. Pokud však máte dynamické prostředí, měli byste vždy použít UUID. V dynamickém prostředí se název zařízení může při každém spuštění systému změnit. Například jsme do systému připojili další disk SCSI; bude pojmenován jako /dev/sdb. Tento disk jsme připojili trvale s jeho názvem zařízení. Nyní předpokládejme, že někdo jiný tento disk odebral a do stejného slotu připojil nový disk SCSI. Nový disk bude také pojmenován jako /dev/sdb. Protože název starého a nového disku je stejný, bude nový disk připojen na místo starého disku. Tímto způsobem by název zařízení mohl v dynamickém prostředí způsobit vážný problém. Tento problém však lze vyřešit pomocí UUID. Ať už prostředek připojíme k systému jakkoli, jeho UUID zůstane vždy pevné.

Pokud máte statické prostředí, můžete při připojování prostředku uvažovat o názvu zařízení. Pokud však máte dynamické prostředí, měli byste vždy použít UUID.

Pro zjištění UUID všech oddílů můžeme použít příkaz blkid. Chceme-li znát UUID konkrétního oddílu, musíme jako argument tohoto příkazu použít jeho název.

Jakmile známe UUID, můžeme jej použít místo názvu zařízení. Pro zadání UUID můžeme také použít možnost kopírovat a vložit.

• Příkazem blkid vypíšeme UUID pole.
• Zkopírujeme UUID pole.
• Příkazem mount připojíme pole. Místo zadávání UUID použijte možnost vložit.

Následující obrázek ilustruje výše uvedené kroky

Při spuštění systému se systém podívá do souboru /etc/fstab, aby zjistil zařízení (oddíly, LV, odkládací paměť nebo pole), která je třeba automaticky připojit v systému souborů. Ve výchozím nastavení obsahuje tento soubor záznam pro ty oddíly, logické svazky a odkládací prostor, které byly vytvořeny během instalace. Chceme-li automaticky připojit jakékoli další zařízení (pole), musíme v tomto souboru vytvořit položku pro toto zařízení. Každý záznam v tomto souboru má šest polí:

Vytvoříme několik adresářů pro připojení polí, která jsme nedávno vytvořili

Vytvořte zálohu souboru fstab a otevřete jej pro úpravy

Vytvořte položky pro pole a soubor uložte.

Pro demonstrační účely jsem použil jak název zařízení, tak UUID pro připojení oddílů. po uložení vždy zkontrolujte záznamy příkazem mount -a. Tento příkaz připojí vše, co je uvedeno v souboru /etc/fstab. Pokud jsme tedy při aktualizaci tohoto souboru udělali nějakou chybu, zobrazí se jako výstup tohoto příkazu chyba.

Pokud se jako výstup příkazu mount -a zobrazí nějaká chyba, opravte ji před restartem systému. pokud se žádná chyba neobjeví, restartujte systém.

Příkaz df -h slouží ke kontrole dostupného místa ve všech připojených oddílech. Pomocí tohoto příkazu můžeme ověřit, zda jsou všechny oddíly připojeny správně.

Výše uvedený výstup potvrzuje, že všechny oddíly jsou připojeny správně. Vypíšeme obě zařízení RAID.

Jak odstranit pole RAID

Nemůžeme odstranit připojené pole. Odmontujte všechna pole, která jsme v tomto cvičení vytvořili

Pomocí následujícího příkazu zastavte pole RAID

#mdadm --stop /dev/

Odstraňte adresář mount a zkopírujte původní soubor fstab zpět.

Pokud jste nepořídili zálohu původního souboru fstab, odstraňte z tohoto souboru všechny položky, které jste vytvořili.

Nakonec obnovte všechny disky použité v tomto postupu.

Příkaz dd je nejjednodušší způsob, jak obnovit disk. Diskové nástroje ukládají své konfigurační parametry do superbloku. Obvykle je velikost superbloku definována v KB, takže jsme na každém disku pouze přepsali prvních 10 MB místa nulovými bajty. Chcete-li se podrobně seznámit s příkazem dd, podívejte se na pátý díl tohoto učebního materiálu, který tento příkaz podrobně vysvětluje.

Nyní restartujte systém a znovu použijte příkaz df -h, abyste ověřili, že všechna zařízení RIAD, která jsme vytvořili v tomto cvičení, zmizela.

Jak vytvořit pole RAID 1 a RAID 5

Stejným postupem můžeme vytvořit pole RAID 1 nebo RAID 5.

. Všechny kroky a příkazy budou stejné kromě příkazu mdadm –create. V tomto příkazu je třeba změnit úroveň RAID, počet disků a umístění přidružených disků.

Pro vytvoření pole RAID 1 z disků /dev/sdd a /dev/sdb použijte následující příkaz

Pro vytvoření pole RAID 1 z oddílů /dev/sdb1 a /dev/sdb2 použijte následující příkaz příkaz

Pro vytvoření pole RAID 5 z disků /dev/sdb, /dev/sdc a /dev/sdd použijte následující příkaz.

Konfigurace RAID 5 vyžaduje alespoň 3 disky nebo oddíly. Proto jsme zde použili tři disky.

Pro vytvoření pole RAID 5 z oddílů /dev/sdb1, /dev/sdb2 a /dev/sdb3 použijte následující příkaz

Abyste předešli zbytečným chybám, vždy disky před novým použitím v praxi restujte.

V tomto návodu jsme se zatím naučili vytvářet, připojovat a odstraňovat pole RAID. V následující části se naučíme, jak pole RAID spravovat a řešit jeho problémy. Pro tuto část předpokládám, že máte nakonfigurované alespoň jedno pole. Pro demonstraci použiji poslední nakonfigurovaný příklad (RAID 5 se 3 oddíly). Vytvoříme v tomto poli souborový systém a připojíme jej.

Dáme do tohoto adresáře nějaká fiktivní data.

Přesměroval jsem manuálovou stránku příkazu ls do souboru /testingdata/manual-of-ls-command. Později jsem pro ověření, zda soubor obsahuje skutečná data, použil příkaz wc, který počítá řádky, slova a znaky souboru.

Jak zobrazit detail zařízení RAID

Následující příkaz slouží k zobrazení podrobných informací o zařízení RAID.

#mdadm --detail /dev/

Tyto informace zahrnují úroveň RAID, velikost pole, použitou velikost z celkové dostupné velikosti, zařízení použitá při vytváření tohoto pole, aktuálně používaná zařízení, náhradní zařízení, selhání zařízení, velikost chunků, UUID pole a mnoho dalších.

Jak přidat další disk nebo oddíl v RIAD

Existuje několik situací, kdy musíme zvětšit velikost zařízení RAID, například zařízení RAID může být zaplněno daty nebo může dojít k selhání disku z pole. Pro zvětšení prostoru zařízení RAID musíme přidat další disk nebo oddíl ve stávajícím poli Array.

V běžícím příkladu jsme použili disk /dev/sdb pro vytvoření tří oddílů. Disky /dev/sdc a /dev/sdd jsou stále k dispozici k použití. Než je přidáme do tohoto pole Array, ujistěte se, že jsou vyčištěné. Naposledy jsme k vyčištění disků použili příkaz dd. Můžeme tento příkaz použít znovu nebo použít následující příkaz

#mdadm --zero-superblock /dev/

Pro kontrolu disku, zda obsahuje superblok nebo ne, můžeme použít následující příkaz

#mdadm --examine /dev/

Následující obrázek znázorňuje použití obou příkazů na obou discích

Nyní jsou oba disky připraveny pro pole RAID. Následující příkaz slouží k přidání dalšího disku do stávajícího pole.

#mdadm --manage /dev/ --add /dev/

Přidáme disk /dev/sdc do tohoto pole a potvrdíme totéž.

Právě nyní byl tento disk přidán jako záložní disk. Tento disk nebude použit, dokud nedojde k selhání některého disku z existujícího pole nebo dokud ručně nepřinutíme RAID, aby tento disk použil.

Pro zálohování přidáme do pole další disk, použijme tento disk pro zvětšení velikosti pole. Následující příkaz slouží k zvětšení velikosti zařízení RAID.

#mdadm --grow --raid-devices= /dev/

RAID uspořádá všechna zařízení za sebou. Tato sekvence je sestavena z pořadí, v jakém jsou disky přidávány do pole. Když použijeme tento příkaz, RAID přidá další pracovní zařízení do aktivních zařízení.

Následující obrázek ilustruje tento příkaz

Jak vidíme ve výše uvedeném výstupu, disk byl přidán do pole a velikost pole byla úspěšně zvětšena.

Odstranění vadného zařízení

Je-li k dispozici náhradní zařízení, RAID automaticky nahradí vadné zařízení náhradním zařízením. Koncový uživatel neuvidí žádnou změnu. K datům bude moci přistupovat jako obvykle. Pochopme to prakticky.

Právě teď není v poli k dispozici žádný náhradní disk. Přidejme jeden záložní disk.

Pokud disk selže, RAID označí tento disk jako vadné zařízení. Po označení jej lze bezpečně odstranit. Pokud chceme z pole odebrat nějaké funkční zařízení za účelem údržby nebo řešení problémů, měli bychom jej před odebráním vždy označit jako selhané zařízení. Když je zařízení označeno jako vadné zařízení, všechna data z vadného zařízení se obnoví v pracovních zařízeních.

K označení disku jako vadného zařízení se používá následující příkaz.

#mdadm --manage --set-faulty /dev/ /dev/

Nedávno jsme zvětšili velikost tohoto pole. Před tímto postupem tedy ještě jednou ověřme, že pole stále obsahuje platná data.

Podle výše uvedeného výstupu se potvrdilo, že pole stále obsahuje platná data. Nyní označme zařízení /dev/sdc jako vadné zařízení z pole a potvrďme operaci.

Jak výše uvedený výstup potvrzuje, zařízení sdc, které má v pořadí pole číslo čtyři, bylo označeno jako vadné zařízení.

Jak víme, pokud je k dispozici náhradní disk, bude automaticky použit jako náhrada vadného zařízení. V tomto procesu není nutná žádná ruční akce. Potvrďme, že náhradní disk byl použit jako náhrada vadného disku.

Nakonec ověřme, že data jsou v poli stále přítomna.

Výše uvedený výstup potvrzuje, že pole stále obsahuje platná data.

To je pro tento návod vše.

.