Come configurare il RAID in Linux Guida passo dopo passo

Questo tutorial spiega come visualizzare, elencare, creare, aggiungere, rimuovere, cancellare, ridimensionare, formattare, montare e configurare i livelli RAID (0, 1 e 5) in Linux passo dopo passo con esempi pratici. Impara i concetti di base del RAID software (Chunk, Mirroring, Striping e Parity) e i comandi essenziali per la gestione dei dispositivi RAID in dettaglio.

RAID sta per Redundant Array of Independent Disks. Ci sono due tipi di RAID; Hardware RAID e Software RAID.

Hardware RAID

Hardware RAID è un dispositivo di memorizzazione fisica che è costruito da più dischi rigidi. Durante la connessione con il sistema tutti i dischi appaiono come un singolo disco SCSI nel sistema. Dal punto di vista del sistema non c’è differenza tra un normale disco SCSI e un dispositivo RAID hardware. Il sistema può usare il dispositivo hardware RAID come un singolo disco SCSI.

Hardware RAID ha il suo sottosistema di dischi e risorse indipendenti. Non utilizza alcuna risorsa dal sistema come l’alimentazione, la RAM e la CPU. Hardware RAID non mette alcun carico extra nel sistema. Dal momento che ha le proprie risorse dedicate, fornisce alte prestazioni.

RAID software

RAID software è un dispositivo di archiviazione logica che è costruito da dischi collegati nel sistema. Utilizza tutte le risorse del sistema. Fornisce prestazioni lente ma non costa nulla. In questo tutorial impareremo come creare e gestire il RAID software in dettaglio.

Questo tutorial è l’ultima parte del nostro articolo “Linux Disk Management Explained in Easy Language with Examples”. Puoi leggere le altre parti di questo articolo qui.

Concetti di base del RAID

Un dispositivo RAID può essere configurato in diversi modi. A seconda della configurazione può essere classificato in dieci diversi livelli. Prima di discutere i livelli RAID in modo più dettagliato, diamo una rapida occhiata ad alcune importanti terminologie usate nella configurazione RAID.

Chunk: – Questa è la dimensione del blocco di dati usato nella configurazione RAID. Se la dimensione del chunk è 64KB allora ci sarebbero 16 chunk in 1MB (1024KB/64KB) di array RAID.

Hot Spare: – Questo è il disco aggiuntivo nell’array RAID. Se un disco si guasta, i dati dal disco difettoso saranno migrati in questo disco di riserva automaticamente.

Mirroring: – Se questa caratteristica è abilitata, una copia degli stessi dati sarà salvata anche in un altro disco. È proprio come fare una copia aggiuntiva dei dati a scopo di backup.

Striping: – Se questa funzione è abilitata, i dati saranno scritti in tutti i dischi disponibili in modo casuale. È proprio come condividere i dati tra tutti i dischi, così tutti si riempiono allo stesso modo.

Parità: – Questo è il metodo di rigenerare i dati persi dalle informazioni di parità salvate.

Diversi livelli RAID sono definiti in base a come sono richiesti il mirroring e lo stripping. Tra questi livelli solo il Livello 0, Livello1 e Livello5 sono usati principalmente in Red Hat Linux.

Livello RAID 0

Questo livello fornisce lo striping senza parità. Dal momento che non memorizza alcun dato di parità ed esegue operazioni di lettura e scrittura simultaneamente, la velocità sarebbe molto più veloce di altri livelli. Questo livello richiede almeno due dischi rigidi. Tutti i dischi rigidi in questo livello sono riempiti allo stesso modo. Dovresti usare questo livello solo se la velocità di lettura e scrittura sono importanti. Se decidete di usare questo livello, allora implementate sempre un piano alternativo di backup dei dati. Poiché qualsiasi guasto di un singolo disco dall’array risulterà in una perdita totale di dati.

RAID Level 1

Questo livello fornisce parità senza striping. Scrive tutti i dati su due dischi. Se un disco è guasto o rimosso, abbiamo ancora tutti i dati sull’altro disco. Questo livello richiede doppi dischi rigidi. Significa che se volete usare 2 dischi rigidi allora dovete distribuire 4 dischi rigidi o se volete usare un disco rigido allora dovete distribuire due dischi rigidi. Il primo disco rigido memorizza i dati originali mentre l’altro disco memorizza la copia esatta del primo disco. Poiché i dati vengono scritti due volte, le prestazioni saranno ridotte. Dovresti usare questo livello solo se la sicurezza dei dati è preoccupata ad ogni costo.

RAID Level 5

Questo livello fornisce sia parità che striping. Richiede almeno tre dischi. Scrive i dati di parità ugualmente in tutti i dischi. Se un disco è guasto, i dati possono essere ricostruiti dai dati di parità disponibili sui dischi rimanenti. Questo fornisce una combinazione di integrità e prestazioni. Dove possibile si dovrebbe sempre usare questo livello.

Se il dispositivo RAID è configurato correttamente, non ci sarà alcuna differenza tra RAID software e RAID hardware dal punto di vista del sistema operativo. Il sistema operativo accederà al dispositivo RAID come un normale disco rigido, non importa se si tratta di un RAID software o hardware RAID.

Linux fornisce il modulo md del kernel per la configurazione RAID software. Per usare il RAID software dobbiamo configurare il dispositivo RAID md che è un composto di due o più dispositivi di archiviazione.

Come configurare il RAID software passo dopo passo

Per questo tutorial presumo che tu abbia spazio su disco non partizionato o dischi rigidi aggiuntivi per fare pratica. Se state seguendo questo tutorial su un software virtuale come VMware workstation, aggiungete tre dischi rigidi aggiuntivi nel sistema. Per imparare come aggiungere altri dischi rigidi nel sistema virtuale, consultate la prima parte di questo tutorial. Se state seguendo questo tutorial su una macchina fisica, collegate un disco rigido aggiuntivo. Puoi usare una chiavetta USB o una pen drive per fare pratica. A scopo dimostrativo ho collegato tre dischi rigidi aggiuntivi nel mio sistema di laboratorio.

Ogni disco ha una dimensione di 2GB. Possiamo elencare tutti i dischi rigidi collegati con il comando fdisk -l.

Possiamo anche usare il comando lsblk per visualizzare una panoramica strutturata di tutti i dispositivi di archiviazione collegati.

Come possiamo vedere nell’output qui sopra ci sono tre dischi non partizionati disponibili con ciascuno 2G di dimensione.

Il pacchetto mdadm è usato per creare e gestire il RAID software. Assicurati che sia installato prima di iniziare a lavorare con il RAID software.Per imparare come installare e gestire i pacchetti in linux vedi i seguenti tutorial

Come configurare YUM Repository in RHEL
Comando RPM spiegato con esempi

Per questo tutorial assumo che il pacchetto mdadm sia installato.

Creazione di array RAID 0

Possiamo creare array RAID 0 con dischi o partizioni. Per capire entrambe le opzioni creeremo due array RAID 0 separati; uno con dischi e l’altro con partizioni. L’array RAID 0 richiede almeno due dischi o partizioni. Useremo i dischi /dev/sdc e /dev/sdd per creare l’array RAID 0 dai dischi. Creeremo due partizioni in /dev/sdb e successivamente le useremo per creare un altro RAID 0 Array dalle partizioni.

Per creare un array RAID 0 con i dischi usa il seguente comando

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

Comprendiamo questo comando in dettaglio

mdadm:- Questo è il comando principale

–create:- Questa opzione è usata per creare un nuovo dispositivo md (RAID).

–verbose:- Questa opzione è usata per visualizzare l’aggiornamento in tempo reale del processo.

/dev/:- Questo argomento è usato per fornire il nome e la posizione dell’array RAID. Il dispositivo md dovrebbe essere creato sotto la directory /dev/.

–level=:- Questa opzione e l’argomento sono usati per definire il livello RAID che si vuole creare.

–raid-devices=:- Questa opzione e l’argomento sono usati per specificare il numero di dispositivi di archiviazione o partizioni che vogliamo usare in questo dispositivo.

:- Questa opzione è usata per specificare il nome e la posizione del dispositivo di archiviazione.

Il seguente comando sarà usato per creare un array RAID 0 dai dischi /dev/sdc e /dev/sdd con nome md0.

Per verificare l’array possiamo usare il seguente comando

L’output qui sopra conferma che l’array RAID md0 è stato creato con successo da due dischi (sdd e sdc) con configurazioni RAID level 0.

Creazione di un array RAID 0 con partizioni

Crea una partizione da 1GiB con il comando fdisk

Di default tutte le partizioni sono create come standard Linux. Cambiate il tipo di partizione in RAID e salvate la partizione. Uscire dall’utilità fdisk ed eseguire il comando partprobe per aggiornare la tabella delle partizioni del kernel in tempo reale.

Per imparare il comando fdisk e i suoi sottocomandi in dettaglio si veda la seconda parte di questo tutorial che spiega come creare e gestire partizioni con il comando fdisk passo dopo passo.

Creiamo un’altra partizione ma questa volta usiamo il comando parted.

Per imparare il comando parted in dettaglio vedi la quarta parte di questo tutorial che spiega come gestire il disco con il comando parted passo dopo passo.

Abbiamo creato due partizioni. Costruiamo un altro array RAID (livello 0) ma questa volta usiamo le partizioni invece dei dischi.

Lo stesso comando sarà usato per creare un array RAID dalle partizioni.

Quando usiamo il comando mdadm per creare un nuovo array RAID, esso mette la sua firma sul dispositivo o sulla partizione fornita.significa che possiamo creare un array RAID da qualsiasi tipo di partizione o anche da un disco che non contiene alcuna partizione. Quindi quale tipo di partizione usiamo qui non è importante, il punto importante che dovremmo sempre considerare è che la partizione non dovrebbe contenere dati di valore. Durante questo processo tutti i dati dalla partizione saranno cancellati.

Creazione di un file system nell’array RAID

Non possiamo usare l’array RAID per la memorizzazione dei dati finché non contiene un file system valido. Il seguente comando è usato per creare un file system nell’array.

#mkfs –t 

Formattiamo md0 con file system ext4 e md1 con file system xfs.

Gli array RAID 0 sono pronti all’uso. Per usarli dobbiamo montarli da qualche parte nel file system di Linux.il file system di Linux (struttura di directory primaria) inizia con la directory root (/) e tutto va sotto di essa o le sue sottodirectory.dobbiamo montare le partizioni da qualche parte sotto questo albero di directory. Possiamo montare le partizioni temporaneamente o permanentemente.

Montaggio temporaneo dell’array RAID 0

Il seguente comando è usato per montare temporaneamente l’array.

#mount 

Il comando Mount accetta diverse opzioni e argomenti che spiegherò separatamente in un altro tutorial. Per questo tutorial questa sintassi di base è sufficiente.

cosa montare :- Questo è l’array.

dove montare :- Questa è la directory che verrà utilizzata per accedere alla risorsa montata.

Una volta montata, qualsiasi azione che eseguiremo nella directory montata verrà eseguita nelle risorse montate. Cerchiamo di capirlo praticamente.

• Crea una directory di montaggio in / directory
• Monta l’array /dev/md0
• Elenca il contenuto
• Crea una directory e un file di prova
• Elenca nuovamente il contenuto
• Un-montare l’array /dev/md0 ed elencare di nuovo il contenuto
• Ora montare l’array /dev/md1 ed elencare il contenuto
• Creare nuovamente una directory e un file di prova. Usa un nome diverso per file e directory
• Elenca il contenuto
• Smonta l’array /dev/md1 ed elenca di nuovo il contenuto

La figura seguente illustra questo esercizio passo dopo passo

Come mostra la figura precedente, qualsiasi azione eseguita nella directory di montaggio è stata effettivamente eseguita nei rispettivi array.

L’opzione di montaggio temporaneo è buona per gli array a cui si accede occasionalmente. Ogni volta che riavviamo il sistema tutte le risorse montate temporaneamente vengono smontate automaticamente. Quindi se abbiamo un array che verrà usato regolarmente, dovremmo montarlo in modo permanente.

Montaggio permanente dell’array RAID

Ogni risorsa nel file system ha un ID unico chiamato UUID. Quando si monta un array in modo permanente si dovrebbe usare l’UUID invece del suo nome. Dalla versione 7, anche RHEL usa UUID invece del nome del dispositivo.

L’UUID sta per Universally Unique Identifier. È un numero di 128 bit, espresso in formato esadecimale (base 16).

Se avete un ambiente statico, potete usare il nome del dispositivo. Ma se hai un ambiente dinamico, dovresti sempre usare UUID. In un ambiente dinamico il nome del dispositivo può cambiare ogni volta che il sistema si avvia. Per esempio abbiamo attaccato un disco SCSI aggiuntivo nel sistema; sarà nominato come /dev/sdb. Abbiamo montato questo disco in modo permanente con il suo nome di dispositivo. Ora supponiamo che qualcun altro abbia rimosso questo disco e collegato un nuovo disco SCSI nello stesso slot. Anche il nuovo disco sarà nominato come /dev/sdb. Poiché il nome del vecchio e del nuovo disco è lo stesso, il nuovo disco sarà montato al posto del vecchio disco. In questo modo, il nome del dispositivo potrebbe creare un serio problema in un ambiente dinamico. Ma questo problema può essere risolto con UUID. Non importa come attacchiamo la risorsa al sistema, il suo UUID rimarrà sempre fisso.

Se avete un ambiente statico, potete considerare il nome del dispositivo per montare la risorsa. Ma se avete un ambiente dinamico, dovreste sempre usare UUID.

Per conoscere l’UUID di tutte le partizioni possiamo usare il comando blkid. Per conoscere l’UUID di una specifica partizione dobbiamo usare il suo nome come argomento con questo comando.

Una volta conosciuto l’UUID, possiamo usarlo al posto del nome del dispositivo. Possiamo anche usare l’opzione copia e incolla per digitare l’UUID.

• Utilizza il comando blkid per stampare l’UUID dell’array.
• Copia l’UUID dell’array.
• Usa il comando mount per montare l’array. Usa l’opzione incolla invece di digitare l’UUID.

La figura seguente illustra i passi precedenti

Quando il sistema si avvia, guarda nel file /etc/fstab per trovare i dispositivi (partizioni, LV, swap o array) che devono essere montati automaticamente nel file system. Per default questo file ha una voce per quelle partizioni, volumi logici e spazio di swap che sono stati creati durante l’installazione. Per montare qualsiasi dispositivo aggiuntivo (Array) automaticamente dobbiamo fare una voce per quel dispositivo in questo file. Ogni voce in questo file ha sei campi.

Facciamo alcune directory per montare gli array che abbiamo creato recentemente

Prendi il backup del file fstab e aprilo per la modifica

Fai le voci per gli array e salva il file.

A scopo dimostrativo ho usato sia il nome del dispositivo che l’UUID per montare le partizioni.Dopo aver salvato controlla sempre le voci con il comando mount -a. Questo comando monterà tutto ciò che è elencato nel file /etc/fstab. Quindi se abbiamo fatto qualche errore durante l’aggiornamento di questo file, otterremo un errore come output di questo comando.

Se ottieni qualche errore come output del comando mount -a, correggilo prima di riavviare il sistema.

Il comando df -h è usato per controllare lo spazio disponibile in tutte le partizioni montate. Possiamo usare questo comando per verificare che tutte le partizioni siano montate correttamente.

L’output qui sopra conferma che tutte le partizioni sono montate correttamente. Elenchiamo entrambi i dispositivi RAID.

Come eliminare un array RAID

Non possiamo eliminare un array montato. Smonta tutti gli array che abbiamo creato in questo esercizio

Usa il seguente comando per fermare l’array RAID

#mdadm --stop /dev/

Rimuovi la directory di montaggio e copia il file fstab originale.

Se non avete preso il backup del file fstab originale, rimuovete tutte le voci da questo file che avete fatto.

Finalmente resettate tutti i dischi usati in questa pratica.

Il comando dd è il modo più semplice per resettare il disco. Le utility del disco memorizzano i loro parametri di configurazione in super blocco. Di solito la dimensione del super blocco è definita in KB quindi abbiamo appena sovrascritto il primo spazio di 10MB con byte nulli in ogni disco. Per imparare il comando dd in dettaglio, vedi la quinta parte di questo tutorial che spiega questo comando in dettaglio.

Ora riavvia il sistema e usa nuovamente il comando df -h per verificare che tutti i dispositivi RIAD che abbiamo creato in questo esercizio siano spariti.

Come creare array RAID 1 e RAID 5

Possiamo creare array RAID 1 o RAID 5 seguendo la stessa procedura. Tutti i passi e i comandi saranno gli stessi tranne il comando mdadm –create. In questo comando dovete cambiare il livello RAID, il numero di dischi e la posizione dei dischi associati.

Per creare un array RAID 1 dai dischi /dev/sdd e /dev/sdb usate il seguente comando

Per creare un array RAID 1 dalle partizioni /dev/sdb1 e /dev/sdb2 usate il seguente comando

Per creare un array RAID 5 dai dischi /dev/sdb, /dev/sdc e /dev/sdd usa il seguente comando.

La configurazione RAID 5 richiede almeno 3 dischi o partizioni. Ecco perché qui abbiamo usato tre dischi.

Per creare un array RAID 5 dalle partizioni /dev/sdb1, /dev/sdb2 e /dev/sdb3 usate il seguente comando

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Per evitare errori inutili riposate sempre i dischi prima di usarli in una nuova pratica.

Finora in questo tutorial abbiamo imparato come creare, montare e rimuovere un array RAID. Nella sezione seguente impareremo come gestire e risolvere i problemi di un array RAID. Per questa sezione presumo che abbiate almeno un array configurato. A scopo dimostrativo userò l’ultimo esempio configurato (RAID 5 con 3 partizioni). Creiamo il file system in questo array e montiamolo.

Mettiamo alcuni dati fittizi in questa directory.

Ho reindirizzato la pagina manuale del comando ls nel file /testingdata/manual-of-ls-command. In seguito, per verificare che il file contenga dati reali ho usato il comando wc che conta la linea, la parola e i caratteri del file.

Come visualizzare i dettagli del dispositivo RAID

Il seguente comando è usato per visualizzare le informazioni dettagliate sul dispositivo RAID.

#mdadm --detail /dev/

Queste informazioni includono il livello RAID, la dimensione dell’array, la dimensione usata dalla dimensione totale disponibile, i dispositivi usati per creare questo array, i dispositivi attualmente usati, i dispositivi di riserva, i dispositivi falliti, la dimensione del chunk, l’UUID dell’array e molto altro.

Come aggiungere un disco o una partizione aggiuntiva in RIAD

Ci sono diverse situazioni in cui dobbiamo aumentare la dimensione del dispositivo RAID per esempio un dispositivo RAID potrebbe essere pieno di dati o un disco dell’array potrebbe essere guasto. Per aumentare lo spazio del dispositivo RAID dobbiamo aggiungere altri dischi o partizioni nell’Array esistente.

Nell’esempio corrente abbiamo usato il disco /dev/sdb per creare tre partizioni. I dischi /dev/sdc e /dev/sdd sono ancora disponibili per l’uso. Prima di aggiungerle in questo Array assicuratevi che siano pulite. L’ultima volta abbiamo usato il comando dd per pulire i dischi. Possiamo usare ancora quel comando o usare il seguente comando

#mdadm --zero-superblock /dev/

Per controllare un disco se contiene superblocchi o no possiamo usare il seguente comando

#mdadm --examine /dev/

La figura seguente illustra l’uso di entrambi i comandi su entrambi i dischi

Ora entrambi i dischi sono pronti per l’array RAID. Il seguente comando è usato per aggiungere un ulteriore disco nell’array esistente.

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

Aggiungiamo il disco /dev/sdc in questo array e confermiamo lo stesso.

In questo momento questo disco è stato aggiunto come disco di riserva. Questo disco non sarà usato fino a quando un disco non si guasta dall’array esistente o forziamo manualmente il RAID a usare questo disco.

Per il backup aggiungeremo un altro disco nell’array, usiamo questo disco per aumentare la dimensione dell’array. Il seguente comando è usato per aumentare la dimensione del dispositivo RAID.

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

RAID dispone tutti i dispositivi in una sequenza. Questa sequenza è costruita dall’ordine in cui i dischi sono aggiunti nell’array. Quando usiamo questo comando RAID aggiungerà il prossimo dispositivo funzionante nei dispositivi attivi.

La figura seguente illustra questo comando

Come possiamo vedere nell’output di cui sopra il disco è stato aggiunto nell’array e la dimensione dell’array è stata aumentata con successo.

Rimozione dispositivo difettoso

Se il dispositivo di riserva è disponibile, RAID sostituirà automaticamente il dispositivo difettoso con quello di riserva. L’utente finale non vedrà alcun cambiamento. Sarà in grado di accedere ai dati come al solito. Capiamolo praticamente.

In questo momento non c’è un disco di riserva disponibile nell’array. Aggiungiamo un disco di riserva.

Quando un disco si guasta, il RAID segna quel disco come dispositivo guasto. Una volta contrassegnato, può essere rimosso in modo sicuro. Se vogliamo rimuovere un dispositivo funzionante dall’array per la manutenzione o la risoluzione dei problemi, dovremmo sempre contrassegnarlo come dispositivo in errore prima di rimuoverlo. Quando un dispositivo è contrassegnato come dispositivo non funzionante, tutti i dati dal dispositivo non funzionante vengono ricostruiti nei dispositivi funzionanti.

Per contrassegnare un disco come dispositivo non funzionante si usa il seguente comando.

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

Di recente abbiamo aumentato la dimensione di questo array. Quindi prima di fare questa pratica verifichiamo ancora una volta che l’array contenga ancora i dati validi.

Come l’output precedente conferma che l’array contiene ancora dati validi. Ora marchiamo un dispositivo /dev/sdc come dispositivo difettoso dall’array e confermiamo l’operazione.

Come l’output precedente conferma che il dispositivo sdc che è il numero quattro nella sequenza dell’array è stato marcato come dispositivo difettoso.

Come sappiamo se il disco di riserva è disponibile, sarà usato automaticamente per sostituire il dispositivo difettoso. Nessuna azione manuale è richiesta in questo processo. Confermiamo che il disco di riserva è stato usato per sostituire il disco difettoso.

Infine verifichiamo che i dati siano ancora presenti nell’array.

L’output qui sopra conferma che l’array contiene ancora dati validi.

Questo è tutto per questo tutorial.