Hoe configureer je RAID in Linux stap voor stap?

In deze handleiding wordt uitgelegd hoe je RAID-niveaus (0, 1 en 5) in Linux stap voor stap bekijkt, opsomt, aanmaakt, toevoegt, verwijdert, de grootte aanpast, formatteert, mounteert en configureert aan de hand van praktische voorbeelden. Leer de basis concepten van software RAID (Chunk, Mirroring, Striping en Parity) en essentiële RAID apparaat beheer commando’s in detail.

RAID staat voor Redundant Array of Independent Disks. Er zijn twee soorten RAID; Hardware RAID en Software RAID.

Hardware RAID

Hardware RAID is een fysiek opslag apparaat dat is opgebouwd uit meerdere harde schijven. Bij het aansluiten op het systeem worden alle schijven als een enkele SCSI-schijf in het systeem weergegeven. Vanuit het oogpunt van het systeem is er geen verschil tussen een gewone SCSI schijf en een Hardware RAID apparaat. Het systeem kan een hardware RAID apparaat gebruiken als een enkele SCSI schijf.

Hardware RAID heeft zijn eigen onafhankelijke schijf subsysteem en bronnen. Het maakt geen gebruik van middelen van het systeem, zoals stroom, RAM en CPU. Hardware RAID zorgt niet voor extra belasting van het systeem. Aangezien het zijn eigen toegewijde bronnen heeft, biedt het hoge prestaties.

Software RAID

Software RAID is een logisch opslagapparaat dat is opgebouwd uit aangesloten schijven in het systeem. Het gebruikt alle bronnen van het systeem. Het levert langzame prestaties maar kost niets. In deze tutorial leren we hoe we software RAID in detail kunnen maken en beheren.

Deze tutorial is het laatste deel van ons artikel “Linux Schijf Beheer Uitgelegd in Eenvoudige Taal met Voorbeelden”. U kunt de andere delen van dit artikel hier lezen.

Basisconcepten van RAID

Een RAID-apparaat kan op verschillende manieren worden geconfigureerd. Afhankelijk van de configuratie kan het worden ingedeeld in tien verschillende niveaus. Voordat we de RAID niveaus in meer detail bespreken, kijken we eerst even naar een aantal belangrijke termen die gebruikt worden in RAID configuratie.

Chunk: – Dit is de grootte van het gegevensblok dat in de RAID-configuratie wordt gebruikt. Als de chunk 64 KB groot is, zijn er 16 chunks in een RAID-array van 1 MB (1024 KB/64 KB).

Hot Spare: – Dit is de extra schijf in de RAID-array. Als een schijf uitvalt, worden de gegevens van de defecte schijf automatisch naar deze reserve schijf gemigreerd.

Mirroring: – Als deze functie is ingeschakeld, wordt een kopie van dezelfde gegevens ook op een andere schijf opgeslagen. Het is net als het maken van een extra kopie van gegevens voor back-up doeleinden.

Striping: – Als deze functie is ingeschakeld, zullen gegevens worden geschreven op alle beschikbare schijven willekeurig. Het is net als het delen van gegevens tussen alle schijven, zodat alle van hen vullen gelijk.

Pariteit: – Dit is de methode van het regenereren van verloren gegevens van opgeslagen pariteitsinformatie.

Verschillende RAID-niveaus worden gedefinieerd op basis van hoe spiegelen en strippen zijn vereist. Van deze niveaus alleen Level 0, Level1 en Level5 worden meestal gebruikt in Red Hat Linux.

RAID Level 0

Dit niveau biedt striping zonder pariteit. Aangezien het geen pariteitsgegevens opslaat en gelijktijdig lees- en schrijfbewerkingen uitvoert, zou de snelheid veel sneller zijn dan op andere niveaus. Dit niveau vereist ten minste twee harde schijven. Alle harde schijven in dit niveau worden gelijkmatig gevuld. U dient dit niveau alleen te gebruiken als lees- en schrijfsnelheid van belang zijn. Als u besluit dit niveau te gebruiken, maak dan altijd gebruik van een alternatief gegevensback-up plan. Als een enkele schijf van een array uitvalt, zal dat resulteren in een totaal verlies van gegevens.

RAID Level 1

Dit level biedt pariteit zonder striping. Het schrijft alle gegevens op twee schijven. Als een schijf uitvalt of wordt verwijderd, hebben we nog steeds alle gegevens op de andere schijf. Dit niveau vereist dubbele harde schijven. Dit betekent dat als u 2 harde schijven wilt gebruiken, u 4 harde schijven moet inzetten of als u één harde schijf wilt gebruiken, u twee harde schijven moet inzetten. Op de eerste harde schijf worden de originele gegevens opgeslagen en op de andere harde schijf wordt een exacte kopie van de eerste schijf opgeslagen. Aangezien gegevens tweemaal worden geschreven, zal de prestatie afnemen. U zou dit niveau alleen moeten gebruiken als de veiligheid van de gegevens van groot belang is.

RAID Level 5

Dit niveau biedt zowel pariteit als striping. Het vereist ten minste drie schijven. Het schrijft pariteitsgegevens gelijkmatig op alle schijven. Als een schijf uitvalt, kunnen gegevens worden gereconstrueerd met pariteitsgegevens die op de resterende schijven beschikbaar zijn. Dit biedt een combinatie van integriteit en prestaties. Waar mogelijk moet u altijd dit niveau gebruiken.

Als het RAID-apparaat correct is geconfigureerd, is er vanuit het oogpunt van het besturingssysteem geen verschil tussen software RAID en hardware RAID. Het besturingssysteem benadert het RAID-apparaat als een gewone harde schijf, ongeacht of het een software RAID of een hardware RAID is.

Linux biedt een md kernel module voor software RAID configuratie. Om software RAID te gebruiken moeten we een RAID md apparaat configureren dat een samenstelling is van twee of meer opslag apparaten.

Hoe software RAID stap voor stap te configureren

Voor deze tutorial ga ik er van uit dat je ongepartitioneerde schijfruimte hebt of extra harde schijven om te oefenen. Als je deze tutorial volgt op virtuele software zoals VMware workstation, voeg dan drie extra harde schijven toe in het systeem. Om te leren hoe je extra harde schijven toevoegt aan een virtueel systeem, zie het eerste deel van deze handleiding. Als u deze handleiding op een fysieke machine volgt, sluit dan een extra harde schijf aan. U kunt een USB-stick of pen drive gebruiken om te oefenen. Ter demonstratie heb ik drie extra harde schijven aangesloten in mijn lab systeem.

Elke schijf is 2GB groot. We kunnen een lijst van alle aangesloten harde schijven maken met het commando fdisk -l.

We kunnen ook het commando lsblk gebruiken om een gestructureerd overzicht te krijgen van alle aangesloten opslagapparaten.

Zoals we in de bovenstaande uitvoer kunnen zien, zijn er drie ongepartitioneerde schijven beschikbaar met elk een grootte van 2G.

Het mdadm pakket wordt gebruikt om de software RAID aan te maken en te beheren. Zorg ervoor dat het geïnstalleerd is voordat we beginnen te werken met software RAID.Om te leren hoe je een pakket installeert en beheert in Linux, zie de volgende tutorials

Hoe YUM Repository te configureren in RHEL
RPM Command Uitgelegd met Voorbeeld

Voor deze tutorial ga ik er van uit dat het mdadm pakket geïnstalleerd is.

RaID 0 array maken

We kunnen RAID 0 array maken met schijven of partities. Om beide opties te begrijpen zullen we twee aparte RAID 0 arrays maken; een met schijven en de andere met partities. RAID 0 Array vereist minstens twee schijven of partities. We zullen /dev/sdc en /dev/sdd schijf gebruiken om RAID 0 Array van schijven te maken. We zullen twee partities maken in /dev/sdb en deze later gebruiken om een andere RAID 0 Array van partities te maken.

Om een RAID 0 Array met schijven te maken, gebruiken we het volgende commando

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

Laten we dit commando in detail begrijpen

mdadm:- Dit is het hoofdcommando

–create:- Deze optie wordt gebruikt om een nieuw md (RAID) apparaat te maken.

–verbose:- Deze optie wordt gebruikt om de real-time update van het proces te bekijken.

/dev/:- Dit argument wordt gebruikt om de naam en locatie van de RAID array op te geven. Het md apparaat moet worden gemaakt onder de /dev/ directory.

–level=:- Deze optie en argument worden gebruikt om het RAID-niveau te definiëren dat u wilt maken.

–raid-devices=:- Deze optie en argument worden gebruikt om het aantal opslagapparaten of partities op te geven die we in dit apparaat willen gebruiken.

:- Deze optie wordt gebruikt om de naam en de locatie van het opslagapparaat op te geven.

Het volgende commando wordt gebruikt om een RAID 0-array te maken van schijven /dev/sdc en /dev/sdd met de naam md0.

Om de array te verifiëren kunnen we het volgende commando gebruiken

De bovenstaande uitvoer bevestigt dat RAID-array md0 met succes is gemaakt van twee schijven (sdd en sdc) met RAID-niveau 0-configuraties.

RaID 0-array met partities maken

Maak een 1GiB-partitie met het commando fdisk

Bestandaard worden alle partities als Linux-standaard aangemaakt. Verander het partitietype in RAID en sla de partitie op. Sluit het hulpprogramma fdisk af en voer het commando partprobe uit om de kernelpartitietabel bij te werken

Om het commando fdisk en de bijbehorende subcommando’s in detail te leren, raadpleegt u het tweede deel van deze tutorial waarin stap voor stap wordt uitgelegd hoe u partities kunt maken en beheren met het commando fdisk.

Laten we nog een partitie maken, maar deze keer gebruiken we het commando parted.

Om het commando parted in detail te leren, zie het vierde deel van deze tutorial waarin stap voor stap wordt uitgelegd hoe je schijven kunt beheren met het commando parted.

We hebben twee partities gemaakt. Laten we nog een RAID (Level 0) array bouwen, maar deze keer partities gebruiken in plaats van schijven.

Hetzelfde commando wordt gebruikt om een RAID array van partities te maken.

Wanneer we het mdadm commando gebruiken om een nieuwe RAID array te maken, zet het zijn handtekening op het geleverde apparaat of partitie.Dit betekent dat we een RAID array kunnen maken van elk partitietype of zelfs van een schijf die helemaal geen partitie bevat. Dus welke partitietype we hier gebruiken is niet belangrijk, het belangrijke punt dat we altijd moeten overwegen is dat partitie geen waardevolle gegevens mag bevatten. Tijdens dit proces worden alle gegevens van de partitie gewist.

Bestandssysteem maken in RAID Array

We kunnen RAID array niet gebruiken voor data opslag zolang het geen geldig bestandssysteem bevat. Het volgende commando wordt gebruikt om een bestandssysteem in de array aan te maken.

#mkfs –t 

Laten we md0 met ext4 bestandssysteem formatteren en md1 met xfs bestandssysteem.

RAID 0 Arrays zijn klaar voor gebruik. Om ze te gebruiken moeten we ze ergens in het Linux bestandssysteem mounten.Linux bestandssysteem (primaire directory structuur) begint met de root (/) directory en alles gaat daaronder of zijn subdirectories.We moeten partities ergens onder deze directory boom mounten. We kunnen partities tijdelijk of permanent mounten.

Tijdelijk mounten RAID 0 Array

Het volgende commando wordt gebruikt om de array tijdelijk te mounten.

#mount 

Mount commando accepteert verschillende opties en argumenten die ik apart zal uitleggen in een andere tutorial. Voor deze tutorial is deze basis syntax voldoende.

wat te mounten :- Dit is de array.

waar te mounten :- Dit is de directory die zal worden gebruikt om toegang te krijgen tot de gemounte bron.

Eenmaal gemount, zullen alle acties die we in de gemounte directory uitvoeren, worden uitgevoerd in de gemounte bronnen. Laten we het praktisch begrijpen.

• Maak een mount directory aan in / directory
• Mount /dev/md0 array
• Lijst de inhoud
• Maak een test directory en bestand
• Lijst de inhoud opnieuw
• Opnieuw
• Uit-mount de /dev/md0 array en lijst de inhoud opnieuw
• Mount nu de /dev/md1 array en lijst de inhoud
• Maak opnieuw een test directory en bestand aan. Gebruik een andere naam voor bestand en directory
• Lijst de inhoud
• Onttkoppel de /dev/md1 array en lijst de inhoud opnieuw

De volgende figuur illustreert deze oefening stap voor stap

Zoals bovenstaande figuur toont, werd elke actie die we in de mount directory uitvoerden, ook werkelijk uitgevoerd in de respectievelijke array.

De tijdelijke mount-optie is goed voor arrays die we af en toe openen. Elke keer als we het systeem herstarten, worden alle tijdelijk aangekoppelde bronnen automatisch losgekoppeld. Dus als we een array hebben die regelmatig gebruikt gaat worden, dan moeten we deze permanent mounten.

RaID Array permanent mounten

Elke bron in het bestandssysteem heeft een unieke ID genaamd UUID. Bij het permanent mounten van een array moeten we UUID gebruiken in plaats van de naam. Vanaf versie 7 gebruikt RHEL ook UUID in plaats van de naam van het apparaat.

De UUID staat voor Universally Unique Identifier. Het is een 128-bits getal, uitgedrukt in hexadecimaal (basis 16) formaat.

Als u een statische omgeving hebt, kunt u de apparaatnaam gebruiken. Maar als u een dynamische omgeving hebt, moet u altijd UUID gebruiken. In een dynamische omgeving kan de naam van het apparaat elke keer veranderen als het systeem opstart. We hebben bijvoorbeeld een extra SCSI schijf aan het systeem gekoppeld; die krijgt de naam /dev/sdb. We hebben deze schijf permanent aangekoppeld met zijn apparaatnaam. Stel dat iemand anders deze schijf verwijdert en een nieuwe SCSI schijf in hetzelfde slot plaatst. De nieuwe schijf zal ook /dev/sdb heten. Aangezien de naam van de oude schijf en de nieuwe schijf hetzelfde is, zal de nieuwe schijf gemount worden op de plaats van de oude schijf. Op deze manier kan de naam van het apparaat een ernstig probleem vormen in een dynamische omgeving. Maar dit probleem kan opgelost worden met UUID. Het maakt niet uit hoe we de bron aan het systeem koppelen, zijn UUID zal altijd vast blijven.

Als je een statische omgeving hebt, kun je de apparaatnaam overwegen om de bron te mounten. Maar als je een dynamische omgeving hebt, moet je altijd UUID gebruiken.

Om de UUID van alle partities te weten, kunnen we blkid commando gebruiken. Om de UUID van een specifieke partitie te weten moeten we de naam als argument gebruiken met dit commando.

Als we eenmaal de UUID weten, kunnen we die gebruiken in plaats van de apparaatnaam. We kunnen ook de kopieer en plak optie gebruiken om de UUID te typen.

• Gebruik het blkid commando om de UUID van de array te printen.
• Kopieer de UUID van de array.
• Gebruik het mount commando om de array te mounten. Gebruik de optie paste in plaats van UUID.

De volgende figuur illustreert de bovenstaande stappen

Wanneer het systeem opstart, kijkt het in het bestand /etc/fstab om de apparaten (partities, LV’s, swap of array) te vinden die automatisch in het bestandssysteem moeten worden aangekoppeld. Standaard heeft dit bestand ingangen voor die partities, logische volumes en swap space die tijdens de installatie aangemaakt werden. Om een extra apparaat (Array) automatisch te mounten, moeten we een entry voor dat apparaat in dit bestand maken. Elke entry in dit bestand heeft zes velden.

Laten we een aantal mappen maken om de arrays te mounten die we onlangs hebben gemaakt

Neem een backup van het fstab-bestand en open het om te bewerken

Maak ingangen voor arrays en sla het bestand op.

Voor de demonstratie heb ik zowel de apparaatnaam als de UUID gebruikt om de partities te mounten.Controleer na het opslaan altijd de vermeldingen met het commando mount -a. Dit commando zal alles mounten dat in /etc/fstab staat. Dus als we een fout hebben gemaakt tijdens het bijwerken van dit bestand, krijgen we een foutmelding als uitvoer van dit commando.

Als u een foutmelding krijgt als uitvoer van mount -a commando, corrigeer dat dan voordat u het systeem herstart.Als er geen foutmelding is, herstart het systeem dan.

Het commando df -h wordt gebruikt om de beschikbare ruimte in alle aangekoppelde partities te controleren. We kunnen dit commando gebruiken om te controleren of alle partities correct zijn aangekoppeld.

De bovenstaande uitvoer bevestigt dat alle partities correct zijn aangekoppeld. Laten we de beide RAID-apparaten eens op een rijtje zetten.

Hoe een RAID-array verwijderen

We kunnen een gemounte array niet verwijderen. Ontkoppel alle arrays die we in deze oefening hebben gemaakt

Gebruik het volgende commando om de RAID-array te stoppen

#mdadm --stop /dev/

Verwijder de mount-directory en kopieer het originele fstab-bestand terug.

Als u geen back-up hebt gemaakt van het oorspronkelijke fstab-bestand, verwijdert u alle gegevens uit dit bestand die u hebt gemaakt.

Final reset alle schijven die in deze praktijk worden gebruikt.

Het dd-commando is de eenvoudigste manier om de schijf te herstellen. Schijfhulpprogramma’s slaan hun configuratieparameters op in superblok. Gewoonlijk wordt de grootte van het superblok gedefinieerd in KB, dus overschrijven we gewoon de eerste 10MB ruimte met null bytes op elke schijf. Om dd commando in detail te leren, zie het vijfde deel van deze tutorial waarin dit commando in detail wordt uitgelegd.

Nu herstart het systeem en gebruik df -h commando opnieuw om te verifiëren dat alle RIAD devices die we in deze oefening hebben gemaakt, verdwenen zijn.

Hoe RAID 1 en RAID 5 array

We kunnen RAID 1 of RAID 5 array maken door dezelfde procedure te volgen. Alle stappen en commando’s zijn hetzelfde, behalve het mdadm –create commando. In dit commando moet u het RAID-niveau, het aantal schijven en de locatie van de bijbehorende schijven wijzigen.

Om een RAID 1 array te maken van /dev/sdd en /dev/sdb schijven gebruikt u het volgende commando

Om een RAID 1 array te maken van /dev/sdb1 en /dev/sdb2 partities gebruikt u het volgende

Om een RAID 5 array te maken van /dev/sdb, /dev/sdc en /dev/sdd schijven gebruikt u het volgende commando.

RAID 5 Configuratie vereist ten minste 3 schijven of partities. Daarom hebben we hier drie schijven gebruikt.

Om een RAID 5 array te maken van /dev/sdb1, /dev/sdb2 en /dev/sdb3 partities gebruikt u het volgende commando

Om onnodige fouten te voorkomen, rust u schijven altijd voordat u ze in de praktijk gebruikt.

Tot nu toe hebben we in deze tutorial geleerd hoe u een RAID array kunt maken, mounten en verwijderen. In de volgende sectie zullen we leren hoe een RAID Array te beheren en problemen op te lossen. Voor deze sectie veronderstel ik dat je minstens één array geconfigureerd hebt. Ter demonstratie gebruik ik het laatst geconfigureerde voorbeeld (RAID 5 met 3 partities). Laten we een bestandssysteem aanmaken in deze array en het mounten.

Laten we wat dummy data in deze directory zetten.

Ik heb de manual pagina van ls commando omgeleid in /testingdata/manual-of-ls-command bestand. Later, om te verifiëren dat bestand bevat werkelijke gegevens die ik wc commando gebruikt die lijn, woord en tekens van bestand telt.

Hoe de details van RAID-apparaat

Het volgende commando wordt gebruikt om de gedetailleerde informatie over RAID-apparaat te bekijken.

#mdadm --detail /dev/

Deze informatie omvat het RAID-niveau, de grootte van de array, de gebruikte grootte van de totale beschikbare grootte, de apparaten die voor het maken van deze array zijn gebruikt, de apparaten die momenteel worden gebruikt, reserveapparaten, defecte apparaten, de grootte van de chunk, de UUID van de array en nog veel meer.

Hoe voeg ik een extra schijf of partitie toe in RIAD

Er zijn verschillende situaties waarin we de grootte van een RAID-apparaat moeten vergroten, bijvoorbeeld wanneer een raid-apparaat vol zit met gegevens of wanneer een schijf van een Array defect is. Om de ruimte van het RAID-apparaat te vergroten, moeten we een extra schijf of partitie in de bestaande Array toevoegen.

In dit voorbeeld hebben we de schijf /dev/sdb gebruikt om drie partities te maken. De /dev/sdc en /dev/sdd zijn nog steeds beschikbaar om te gebruiken. Voordat we ze toevoegen aan deze Array moeten we er zeker van zijn dat ze opgeschoond zijn. De vorige keer hebben we het dd commando gebruikt om de schijven schoon te maken. We kunnen dat commando opnieuw gebruiken of het volgende commando

#mdadm --zero-superblock /dev/

Om te controleren of een schijf al dan niet een superblok bevat, kunnen we het volgende commando gebruiken

#mdadm --examine /dev/

De volgende figuur illustreert het gebruik van beide commando’s op beide schijven

Nu zijn beide schijven klaar voor de RAID Array. Het volgende commando wordt gebruikt om een extra schijf aan de bestaande array toe te voegen.

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

Laten we de schijf /dev/sdc aan deze array toevoegen en hetzelfde bevestigen.

Deze schijf is nu toegevoegd als een reserveschijf. Deze schijf zal niet worden gebruikt totdat een schijf in de bestaande array defect raakt of totdat we de RAID handmatig dwingen deze schijf te gebruiken.

Voor een back-up voegen we nog een schijf toe aan de array, laten we deze schijf gebruiken om de grootte van de array te vergroten. Het volgende commando wordt gebruikt om de grootte van het RAID-apparaat te vergroten.

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

RAID rangschikt alle apparaten in een volgorde. Deze volgorde wordt bepaald door de volgorde waarin de schijven aan de array worden toegevoegd. Wanneer we dit commando gebruiken, voegt RAID het volgende werkende apparaat toe aan de actieve apparaten.

De volgende figuur illustreert dit commando

Zoals we in de bovenstaande uitvoer kunnen zien, zijn er schijven aan de array toegevoegd en is de grootte van de array met succes vergroot.

Foutief apparaat verwijderen

Als er een reserve-apparaat beschikbaar is, vervangt RAID het defecte apparaat automatisch door een reserve-apparaat. De eindgebruiker zal geen verandering zien. Hij zal in staat zijn om toegang te krijgen tot de gegevens zoals gewoonlijk. Laten we het praktisch begrijpen.

Op dit moment is er geen reserve schijf beschikbaar in de array. Laten we een reserveschijf toevoegen.

Wanneer een schijf defect raakt, markeert RAID die schijf als defect apparaat. Eenmaal gemarkeerd, kan hij veilig worden verwijderd. Als we een werkend apparaat uit de array willen verwijderen voor onderhoud of het oplossen van problemen, moeten we dat altijd markeren als een defect apparaat voordat we het verwijderen. Wanneer een apparaat als defect apparaat wordt gemarkeerd, worden alle gegevens van het defecte apparaat hersteld in de werkende apparaten.

Om een schijf als defect apparaat te markeren, wordt het volgende commando gebruikt.

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

We hebben onlangs de grootte van deze array vergroot. Voordat we dit doen, controleren we nogmaals of de array nog geldige gegevens bevat.

De bovenstaande uitvoer bevestigt dat de array nog geldige gegevens bevat. Laten we nu een apparaat /dev/sdc van de array als defect apparaat markeren en de bewerking bevestigen.

Zoals bovenstaande uitvoer bevestigt, is apparaat sdc, dat nummer vier in de reeks van de array is, gemarkeerd als defect apparaat.

Zoals we weten, wordt een reserve schijf die beschikbaar is, automatisch gebruikt om het defecte apparaat te vervangen. Er is geen handmatige actie nodig in dit proces. Laten we bevestigen dat de reserveschijf is gebruikt om de defecte schijf te vervangen.

Laten we ten slotte controleren of de gegevens nog steeds in de array aanwezig zijn.

De bovenstaande uitvoer bevestigt dat de array nog steeds geldige gegevens bevat.

Dat is alles voor deze tutorial.