Программный RAID в Linux

mdadm

Управление программным RAID-массивом в Linux выполняется с помощью программы mdadm.

У программы mdadm есть несколько режимов работы.

Assemble (сборка)

Собрать компоненты ранее созданного массива в массив. Компоненты можно указывать явно, но можно и не указывать — тогда выполняется их поиск по суперблокам.

Build (построение)

Собрать массив из компонентов, у которых нет суперблоков. Не выполняются никакие проверки, создание и сборка массива в принципе ничем не отличаются.

Create (создание)

Создать новый массив на основе указанных устройств. Использовать суперблоки размещённые на каждом устройстве.

Monitor (наблюдение)

Следить за изменением состояния устройств. Для RAID0 этот режим не имеет смысла.

Grow (расширение или уменьшение)

Расширение или уменьшение массива, включаются или удаляются новые диски.

Incremental Assembly (инкрементальная сборка)

Добавление диска в массив.

Manage (управление)

Разнообразные операции по управлению массивом, такие как замена диска и пометка как сбойного.

Misc (разное)

Действия, которые не относятся ни к одному из перечисленных выше режимов работы.

Auto-detect (автоообнаружение)

Активация автоматически обнаруживаемых массивов в ядре Linux.

Формат вызова

 mdadm [mode] [array] [options]

Режимы:

• -A, --assemble — режим сборки
• -B, --build — режим построения
• -C, --create — режим создания
• -F, --follow, --monitor — режим наблюдения
• -G, --grow — режим расширения
• -I, --incremental — режим инкрементальной сборки

Настройка программного RAID-массива

Рассмотрим как выполнить настройку RAID-массива 5 уровня на трёх дисковых разделах. Мы будем использовать разделы:

   /dev/hde1
   /dev/hdf2
   /dev/hdg1

В том случае если разделы иные, не забудьте использовать соответствующие имена файлов.

Создание разделов

Нужно определить на каких физических разделах будет создаваться RAID-массив. Если разделы уже есть, нужно найти свободные (fdisk -l). Если разделов ещё нет, но есть неразмеченное место, их можно создать с помощью программ fdisk или cfdisk.

Просмотреть какие есть разделы:

   %# fdisk -l

   Disk /dev/hda: 12.0 GB, 12072517632 bytes
   255 heads, 63 sectors/track, 1467 cylinders
   Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes

   Device Boot    Start       End    Blocks   Id  System
   /dev/hda1   *         1        13    104391   83  Linux
   /dev/hda2            14       144   1052257+  83  Linux
   /dev/hda3           145       209    522112+  82  Linux swap
   /dev/hda4           210      1467  10104885    5  Extended
   /dev/hda5           210       655   3582463+  83  Linux
   ...
   ...
   /dev/hda15         1455      1467    104391   83  Linux

Просмотреть, какие разделы куда смонтированы, и сколько свободного места есть на них (размеры в килобайтах):

   %# df -k
   Filesystem           1K-blocks      Used Available Use% Mounted on
   /dev/hda2              1035692    163916    819164  17% /
   /dev/hda1               101086      8357     87510   9% /boot
   /dev/hda15              101086      4127     91740   5% /data1
   ...
   ...
   ...
   /dev/hda7              5336664    464228   4601344  10% /var

Размонтирование

Если вы будете использовать созданные ранее разделы, обязательно размонтируйте их. RAID-массив нельзя создавать поверх разделов, на которых находятся смонтированные файловые системы.

   %# umount /dev/hde1
   %# umount /dev/hdf2
   %# umount /dev/hdg1

 

Изменение типа разделов

Желательно (но не обязательно) изменить тип разделов, которые будут входить в RAID-массив и установить его равным FD (Linux RAID autodetect). Изменить тип раздела можно с помощью fdisk.

Рассмотрим как это делать на примере раздела /dev/hde1.

    %# fdisk /dev/hde
    The number of cylinders for this disk is set to 8355. 
    There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
    and could in certain setups cause problems with:
    1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
    2) booting and partitioning software from other OSs
    (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

    Command (m for help):

    Use FDISK Help

    Now use the fdisk m command to get some help:

    Command (m for help): m
    ...
    ...
    p   print the partition table
    q   quit without saving changes
    s   create a new empty Sun disklabel
    t   change a partition's system id
    ...
    ...
    Command (m for help):

    Set The ID Type To FD

    Partition /dev/hde1 is the first partition on disk /dev/hde. 
    Modify its type using the t command, and specify the partition number 
    and type code. 
    You also should use the L command to get a full listing 
    of ID types in case you forget.

    Command (m for help): t
    Partition number (1-5): 1
    Hex code (type L to list codes): L

    ...
    ...
    ...
    16  Hidden FAT16    61   SpeedStor       f2  DOS secondary
    17  Hidden HPFS/NTF 63  GNU HURD or Sys fd  Linux raid auto
    18  AST SmartSleep  64  Novell Netware  fe  LANstep
    1b  Hidden Win95 FA 65  Novell Netware  ff  BBT
    Hex code (type L to list codes): fd
    Changed system type of partition 1 to fd (Linux raid autodetect)

    Command (m for help):

    Make Sure The Change Occurred

    Use the p command to get the new proposed partition table:

    Command (m for help): p

    Disk /dev/hde: 4311 MB, 4311982080 bytes
    16 heads, 63 sectors/track, 8355 cylinders
    Units = cylinders of 1008 * 512 = 516096 bytes

    Device Boot    Start       End    Blocks   Id  System
    /dev/hde1             1      4088   2060320+  fd  Linux raid autodetect
    /dev/hde2          4089      5713    819000   83  Linux
    /dev/hde4          6608      8355    880992    5  Extended
    /dev/hde5          6608      7500    450040+  83  Linux
    /dev/hde6          7501      8355    430888+  83  Linux

    Command (m for help):

    Save The Changes

    Use the w command to permanently save the changes to disk /dev/hde:

    Command (m for help): w
    The partition table has been altered!

    Calling ioctl() to re-read partition table.

    WARNING: Re-reading the partition table failed with error 16: Device or resource busy.
    The kernel still uses the old table.
    The new table will be used at the next reboot.
    Syncing disks.

Аналогичным образом нужно изменить тип раздела для всех остальных разделов, входящих в RAID-массив.

 

Создание RAID-массива

Создание RAID-массива выполняется с помощью программы mdadm (ключ --create). Мы воспользуемся опцией --level, для того чтобы создать RAID-массив 5 уровня. С помощью ключа --raid-devices укажем устройства, поверх которых будет собираться RAID-массив.

    %# mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=5  --raid-devices=3 /dev/hde1 /dev/hdf2 /dev/hdg1

    mdadm: layout defaults to left-symmetric
    mdadm: chunk size defaults to 64K
    mdadm: /dev/hde1 appears to contain an ext2fs file system
        size=48160K  mtime=Sat Jan 27 23:11:39 2007
    mdadm: /dev/hdf2 appears to contain an ext2fs file system
        size=48160K  mtime=Sat Jan 27 23:11:39 2007
    mdadm: /dev/hdg1 appears to contain an ext2fs file system
        size=48160K  mtime=Sat Jan 27 23:11:39 2007
    mdadm: size set to 48064K
    Continue creating array? y
    mdadm: array /dev/md0 started.

Если вы хотите сразу создать массив, где диска не хватает (degraded) просто укажите слово missing вместо имени устройства. Для RAID5 это может быть только один диск; для RAID6 — не более двух; для RAID1 — сколько угодно, но должен быть как минимум один рабочий.

Проверка правильности сборки

Убедиться, что RAID-массив проинициализирован корректно можно просмотрев файл /proc/mdstat. В этом файле отражается текущее состояние RAID-массива.

    %# cat /proc/mdstat
    Personalities : [raid5]
    read_ahead 1024 sectors
    md0 : active raid5 hdg1[2] hde1[1] hdf2[0]
        4120448 blocks level 5, 32k chunk, algorithm 3 [3/3] [UUU]

    unused devices: <none>

Обратите внимание на то, как называется новый RAID-массив. В нашем случае он называется /dev/md0. Мы будем обращаться к массиву по этому имени.

Создание файловой системы поверх RAID-массива

Новый RAID-раздел нужно отформатировать, т.е. создать на нём файловую систему. Сделать это можно при помощи программы из семейства mkfs. Если мы будем создавать файловую систему ext3, воспользуемся программой mkfs.ext3. :

    %# mkfs.ext3 /dev/md0
    mke2fs 1.39 (29-May-2006)
    Filesystem label=
    OS type: Linux
    Block size=1024 (log=0)
    Fragment size=1024 (log=0)
    36144 inodes, 144192 blocks
    7209 blocks (5.00%) reserved for the super user
    First data block=1
    Maximum filesystem blocks=67371008
    18 block groups
    8192 blocks per group, 8192 fragments per group
    2008 inodes per group
    Superblock backups stored on blocks: 
            8193, 24577, 40961, 57345, 73729

    Writing inode tables: done                            
    Creating journal (4096 blocks): done
    Writing superblocks and filesystem accounting information: done

    This filesystem will be automatically checked every 33 mounts or
    180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.

Имеет смысл для лучшей производительности файловой системы указывать при создании количество дисков в рейде и количество блоков файловой системы которое может поместиться в один страйп ( chunk ), это особенно важно при создании массивов уровня RAID0,RAID5,RAID6,RAID10. Для RAID1 ( mirror ) это не имеет значения так как запись идет всегда на один device, a в других типах рейдов дата записывается последовательно на разные диски порциями соответствующими размеру stripe.Например если мы используем RAID5 из 3 дисков, с дефолтным размером страйпа в 64К и используем файловую систему ext3 с размером блока в 4К то можно вызывать команду mkfs.ext вот так:

   
      %# mkfs.ext3 -b 4096 -E stride=16 stripe-width=3 /dev/md0

Для неменее популярной файловой системы XFS надо указывать не количество блоков файловой системы соответствующих размеру stripe в массиве, а непосредственно размер самого страйпа

      %# mkfs.xfs -d su=64k,sw=3 /dev/md0

Создание конфигурационного файла mdadm.conf

Система сама не запоминает какие RAID-массивы ей нужно создать и какие компоненты в них входят. Эта информация находится в файле mdadm.conf.

Строки, которые следует добавить в этот файл, можно получить при помощи команды

 mdadm --detail --scan --verbose

Вот пример её использования:

    %# mdadm --detail --scan --verbose
    ARRAY /dev/md0 level=raid5 num-devices=4 
    UUID=77b695c4:32e5dd46:63dd7d16:17696e09
    devices=/dev/hde1,/dev/hdf2,/dev/hdg1

Если файла mdadm.conf ещё нет, можно его создать:

    %# echo "DEVICE partitions" > /etc/mdadm/mdadm.conf
    %# mdadm --detail --scan --verbose | awk '/ARRAY/ {print}' >> /etc/mdadm/mdadm.conf

Создание точки монтирования для RAID-массива

Поскольку мы создали новую файловую систему, вероятно, нам понадобится и новая точка монтирования. Назовём её /raid.

    %# mkdir /raid

Изменение /etc/fstab

Для того чтобы файловая система, созданная на новом RAID-массиве автоматически монтировалась при загрузке, добавим соответствующую запись в файл /etc/fstab хранящий список автоматически монтируемых при загрузке файловых систем.

   /dev/md0      /raid     ext3    defaults    1 2

Если мы объединяли в RAID-массив разделы, которые использовались раньше, нужно отключить их монтирование: удалить или закомментировать соответствующие строки в файле /etc/fstab. Закомментировать строку можно символом #.

    #/dev/hde1       /data1        ext3    defaults        1 2
    #/dev/hdf2       /data2        ext3    defaults        1 2
    #/dev/hdg1       /data3        ext3    defaults        1 2

Монтирование файловой системы нового RAID-массива

Для того чтобы получить доступ к файловой системе, расположенной на новом RAID-массиве, её нужно смонтировать. Монтирование выполняется с помощью команды mount.

Если новая файловая система добавлена в файл /etc/fstab, можно смонтировать её командой mount -a(смонтируются все файловые системы, которые должны монтироваться при загрузке, но сейчас не смонтированы).

   %# mount -a

Можно смонтировать только нужный нам раздел (при условии, что он указан в /etc/fstab).

   %# mount /raid

Если раздел в /etc/fstab не указан, то при монтировании мы должны задавать как минимум два параметра — точку монтирования и монтируемое устройство:

   %# mount /dev/md0 /raid

Проверка состояния RAID-массива

Информация о состоянии RAID-массива находится в файле /proc/mdstat.

    %# raidstart /dev/md0
    %# cat /proc/mdstat
    Personalities : [raid5]
    read_ahead 1024 sectors
    md0 : active raid5 hdg1[2] hde1[1] hdf2[0]
        4120448 blocks level 5, 32k chunk, algorithm 3 [3/3] [UUU]

    unused devices: <none>

Если в файле информация постоянно изменяется, например, идёт пересборка массива, то постоянно изменяющийся файл удобно просматривать при помощи программы watch:

%$ watch cat /proc/mdstat

Как выполнить проверку целостности программного RAID-массива md0:

echo 'check' >/sys/block/md0/md/sync_action

Как посмотреть нашлись ли какие-то ошибки в процессе проверки программного RAID-массива по команде check или repair:

cat /sys/block/md0/md/mismatch_cnt

Обновление initramfs (initrd)

Для того, чтобы конфигурация RAID-массивов была доступна на этапе загрузки системы (критически важно, если boot- или root-раздел располагается на одном из них), необходимо обновить начальный образ файловой системы:

update-initramfs -u

Лучше же использовать другую команду, которая обновит и другие важные настройки, связанные с инициализацией программных RAID-массивов:

dpkg-reconfigure mdadm

Дальнейшая работа с массивом

Пометка диска как сбойного

Диск в массиве можно условно сделать сбойным, ключ --fail (-f):

    %# mdadm /dev/md0 --fail /dev/hde1
    %# mdadm /dev/md0 -f     /dev/hde1

Удаление сбойного диска

Сбойный диск можно удалить с помощью ключа --remove (-r):

    %# mdadm /dev/md0 --remove /dev/hde1
    %# mdadm /dev/md0 -r       /dev/hde1

Добавление нового диска

Добавить новый диск в массив можно с помощью ключей --add (-a) и --re-add:

    %# mdadm /dev/md0 --add /dev/hde1
    %# mdadm /dev/md0 -a    /dev/hde1

 

Сборка существующего массива

Собрать существующий массив можно с помощью mdadm --assemble. Как дополнительный аргумент указывается, нужно ли выполнять сканирование устройств, и если нет, то какие устройства нужно собирать.

    %# mdadm --assemble /dev/md0 /dev/hde1 /dev/hdf2 /dev/hdg1
    %# mdadm --assemble --scan

Расширение массива

Расширить массив можно с помощью ключа --grow (-G). Сначала добавляется диск, а потом массив расширяется:

    %# mdadm /dev/md0 --add /dev/hdh2

Проверяем, что диск (раздел) добавился:

    %# mdadm --detail /dev/md0
    %# cat /proc/mdstat

Если раздел действительно добавился, мы можем расширить массив:

    %# mdadm -G /dev/md0 --raid-devices=4

При необходимости, можно регулировать скорость процесса расширения массива, указав нужное значение в файлах

    /proc/sys/dev/raid/speed_limit_min
    /proc/sys/dev/raid/speed_limit_max

Убедитесь, что массив расширился:

    %# cat /proc/mdstat

Нужно обновить конфигурационный файл с учётом сделанных изменений:

    %# mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf
    %# vi /etc/mdadm/mdadm.conf

Возобновление отложенной синхронизации

Отложенная синхронизация:

Personalities : [linear] [multipath] [raid0] [raid1] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active(auto-read-only) raid1 sda1[0] sdb1[1]
      78148096 blocks [2/2] [UU]
        resync=PENDING

Возобновить:

echo idle > /sys/block/md2/md/sync_action

P.S.: Если вы увидели «active (auto-read-only)» в файле /proc/mdstat, то возможно вы просто ничего не записывали в этот массив. К примеру, после монтирования раздела и любых изменений в примонтированном каталоге, статус автоматически меняется:

md2 : active raid1 sdc[0] sdd[1]

Переименование массива

Для начала отмонтируйте и остановите массив:

    %# umount /dev/md0
    %# mdadm --stop /dev/md0

Затем необходимо пересобрать как md5 каждый из разделов sd[abcdefghijk]1

    %# mdadm --assemble /dev/md5 /dev/sd[abcdefghijk]1 --update=name

Удаление массива

Для начала отмонтируйте и остановите массив:

    %# umount /dev/md0
    %# mdadm -S /dev/md0

Затем необходимо затереть superblock каждого из составляющих массива:

    %# mdadm --zero-superblock /dev/hde1
    %# mdadm --zero-superblock /dev/hdf2

Если действие выше не помогло, то затираем так:

    %# dd if=/dev/zero of=/dev/hde1 bs=512 count=1
    %# dd if=/dev/zero of=/dev/hdf2 bs=512 count=1

Дополнительная информация

• man mdadm (англ.)
• man mdadm.conf (англ.)
• Linux Software RAID (англ.)
• HOWTO Gentoo Install on Software RAID (англ.)
• Remote Conversion to Linux Software RAID-1 for Crazy Sysadmins HOWTO (англ.)
• Migrating To RAID1 Mirror on Sarge (англ.)
• Настройка программного RAID-1 на Debian Etch (рус.), а также обсуждение на ЛОРе
• Недокументированные фишки программного RAID в Linux (рус.)

Производительность программных RAID-массивов

• Adventures With Linux RAID: Part 1, Part 2 (англ.)
• Параметры, влияющие на производительность программного RAID (рус.)