RAID dokumentacija

Uvod u RAID

Značenje

RAID (Redundant Array of Independent (Inexpensive) Disks) ili na hrvatskome jeziku: Redundantno polje neovisnih (jeftinih) diskova čini zapravo jedinstveni uređaj za pohranu podataka koji se sastoji od mnoštva (najmanje 2) tvrda diska, a u svrhu povećanja sigurnosti od gubitka podataka ili zbog druge namjene.

Razlikujemo hardverske RAID-ove, tzv. fake RAID-ove (to su RAID-ovi integrirani na matičnim pločama računala) i softverske RAID-ove. U ovoj dokumentaciji baviti ćemo se softverskim RAID-om dostupnim na svim Linux računalima.

Namjena

U današnje vrijeme tvrdi diskovi više nisu skupi kao nekada, te su prilično dostupni svima. S druge strane, količina važnih podataka u digitalnom obliku se stalno povećava i potreba za sigurnim spremanjem (back-up-om) se također povećava. U koliko imate računalo u koje možete smjestiti više od jednog tvrdog diska (uglavnom sva stolna računala), onda možete oformiti i RAID za vlastite potrebe. Kada ga jednom podesite i pustite u rad, RAID je puno zahvalniji i jednostavniji nego stalno ručno ili automatsko čekanje na back-up podataka. Osim toga takvo spremanje podataka radite periodički (dnevno, tjedno, mjesečno) a u RAID polju vaši podaci su stalno sigurni. U slučaju kvara na jednom tvrdom disku, vaši podaci su i dalje dostupni i dovoljno je samo zamijeniti pokvareni disk i polje se vrlo jednostavno dovodi u ispravno (nedegradirano) stanje.

Vrste

RAID polja imamo više vrsta, a ovise o načinu pohrane podataka na tvrde diskove. Nećemo se baviti sa svim vrstama polja, nego samo s onima koja se najčešće koriste.

RAID0

Zapravo to i nije RAID u doslovnom smislu jer ne nudi nikakvu redundantnost podataka. Dapače, degradira sigurnost jer se povećava vjerojatnost kvara nekog tvrdog diska proporcionalno broju tvrdih diskova. RAID0 (data stripping) je zapravo stvaranje jednog polja kapaciteta jednakog zbroju kapaciteta svih diskova u polju. Naravno, ako dođe do kvara na bilo kojem disku u polju, gube se svi podaci tog polja. Ovaj tip RAID-a koristi se ako imamo veći broj malih diskova i želimo ih spojiti u jednu veliku particiju zbog potrebe za prostorom, a sigurnost nam u tom trenutku nije važna. Također, RAID0 ima nešto bolje performanse pri pisanju i čitanju.

RAID1

Vrlo česti primjer u praksi je RAID1. Radi se o čistom zrcaljenju (mirroring) podataka. Što konkretno znači da se podaci spremaju jednako na sve čvrste diskove u polju. Uobičajeno je koristiti dva tvrda diska u takvome polju, no moguće ih je postaviti bilo koji broj, te se u tom slučaju drastično povećava sigurnost podataka, jer je dovoljno da samo jedan disk preživi, a da ne dođe do gubitka. Kapacitet takvog polja uvijek je jednak kapacitetu najmanjeg diska. Što se brzine pristupa tiče, čitanje se može znatno ubrzati u odnosu na jedan disk, jer su svi podaci s diskova odmah dostupni, pa svaki disk može čitati u isto vrijeme drugi podatak. Iz tog razloga preporuča se postavljanje svakog diska na zasebni kontroler. Pisanje podataka je jednako brzini pisanja na pojedini disk jer se podaci moraju zapisati na sve diskove.

RAID10

Ovo je kombinacija RAID1 i RAID0 polja, a donosi beneficije kod većeg broja diskova. Radi se o tome da se dva ili više mirror polja (RAID1) vežu u jedno stripe RAID0 polje i na taj način povećava kapacitet cijelog polja.

Primjer: Imamo četiri diska kapaciteta 100 GB.

• Ako ih povežemo u RAID0 polje dobivamo kapacitet polja: 4*100=400 GB, no kvarom jednog uređaja gubimo sve podatke.
• Ako ih povežemo u RAID1 polje dobivamo kapacitet polja: 100 GB, no podaci su zapisani četverostruko i imamo (pre)veliku sigurnost
• Ako ih povežemo u RAID10 polje dobivamo kapacitet polja: 100+100 =200 GB, RAID1 + RAID1 = RAID1+0 ili RAID10. Takav RAID0 (stripe) je zaštićen jer su njegove komponente ne pojedinačni diskovi, nego RAID1 (mirror) polja, pa ako dođe do kvara na jednom disku, polje i dalje opstaje.

RAID5

Ovaj RAID poprilično je popularan zbog svoje niske cijene redundantnosti, odnosno broja diskova koji su potrebni. Naime, dok je kod RAID1 i RAID10 polja kapacitet samo s/n, gdje je s zbroj kapaciteta n uređaja, RAID5 ima kapacitet Smin*(n-1), gdje je Smin kapacitet najmanjeg uređaja, a n broj svih uređaja u polju. Ako ovo usporedimo sa primjerom iz gornjeg poglavlja gdje imamo četiri diska kapaciteta 100 GB dobivamo: 100*(4-1)= 300GB, ili točnije kapacitet RAID5 polja je uvijek jednak kapacitetu (n-1) uređaja. Poprilično više nego kod primjerice RAID10 polja gdje je kapacitet 200 GB. Sigurnost je jednaka kao i kod RAID10 polja, odnosno RAID5 trpi gubitak jednog diska u polju. Ako trebate veću sigurnost, onda se prelazi na RAID6 sustav koji trpi gubitak 2 diska.

Minimalni broj diskova u RAID5 polju je tri, a kod RAID6 polja četiri.

No, RAID5 trpi na performansama kod zapisivanja i to posebice kod velikih višekorisničkih baza podataka, dok su mu performanse čitanja gotovo jednake kao kod RAID0 polja.

Ovi loši rezultati kod zapisivanja na polje ne igraju preveliku ulogu pri uobičajenom korištenju računala, gdje je čitanje češće nego zapisivanje podataka. Možemo RAID5 preporučiti kao /home particiju pri uobičajenom radu s računalom ili pak za datotečni server.

RAID5 se vrlo jednostavno nadograđuje. Dovoljno je umetnuti novi disk, te ga prijaviti u polje.

Rad sa RAID-om u Linuxu

Namjena je ovih poglavlja da na jednostavan način upoznaju korisnika sa naredbama za kreiranje, slaganje, rasformiranje, povećanje i ostale radnje sa RAID sustavom.

Prije svega važno je napomenuti da Linux RAID polje naziva /dev/mdx uređajem, gdje je x redni broj polja u sistemu. U koliko se na RAID polju formiraju particije, onda se uređaj naziva /dev/mdxpy, gdje je y redni broj particije.

Također, u nađem primjeru kojeg smo koristili u poglavljima koristili smo 4 diska kapaciteta od 8 GB i jedan kapaciteta 16 GB. Nazivi diskova: /dev/sdc, /dev/sdd, /dev/sde, /dev/sdf, /dev/sdg

Uspješno kreirani /dev/mdx RAID uređaj ponaša se kao uobičajeni disk kojeg se particionira i formatira na bilo koji željeni datotečni sustav i montira na uobičajeni način.

Za sve radove sa RAID-om koristi se mdadm naredba iz terminala. Ne postoji GUI alat za ovu namjenu.

Kreiranje RAID polja

Prilikom kreiranja RAID polja potrebno je navesti ime uređaja polja, nivo (level) polja (raid0, raid1, raid10, raid5...) broj diskova u polju i navesti imena uređaja od kojih će se polje stvoriti.

Stvaramo RAID1 polje /dev/md0 od 2 diska /dev/sdc i /dev/sdd:

# mdadm -v --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/sdc /dev/sdd 

Stvaramo RAID5 polje /dev/md0 od 3 diska /dev/sdc, /dev/sdd i /dev/sde:

# mdadm -v --create /dev/md0 --level=raid5 --raid-devices=3 /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

Moguće je pri kreiranju polja navesti i ime rezervnog diska kojim će se polje automatski poslužiti u koliko dođe do kvara na jednom od diskova (primjer sa kreiranjem RAID10 polja s 4 diska + 1 rezervni):

# mdadm -v --create /dev/md0 --level=raid10 --raid-devices=4 /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf --spare-devices=1 /dev/sdg 

Nakon kreiranja RAID polja moramo ga prijaviti u sistem kako bi se isto automatski aktiviralo prilikom podizanja sustava, te eventualno montiralo putem fstab tablice.

# mdadm -Es >> /etc/mdadm.conf

Pregled stanja RAID polja

Ako želimo saznati detalje o aktivnom RAID polju, to postižemo slijedećom naredbom

# mdadm --detail /dev/md0

Naredba daje ovakav rezultat:

/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Wed Jan 12 12:49:59 2011
     Raid Level : raid10
     Array Size : 16774144 (16.00 GiB 17.18 GB)
  Used Dev Size : 8387072 (8.00 GiB 8.59 GB)
   Raid Devices : 4
  Total Devices : 5
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Wed Jan 12 12:51:59 2011
          State : active
 Active Devices : 4
Working Devices : 5
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 1

         Layout : near=2
     Chunk Size : 512K

           Name : Arch-vbox:0  (local to host Arch-vbox)
           UUID : ba5baaa6:c6046fe9:3e1afcd4:e4ff0cee
         Events : 18

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       33        0      active sync   /dev/sdc
       1       8       48        1      active sync   /dev/sdd
       2       8       64        2      active sync   /dev/sde
       3       8       80        3      active sync   /dev/sdf

       4       8       96        -      spare   /dev/sdg

Deaktiviranje RAID polja

Polje možemo deaktivirati ako smo ga prethodno odmontirali sa aktivnog stabla ovako:

# mdadm --stop /dev/md0

Uspostava RAID polja iz postojećih RAID diskova

U koliko želimo ponovo pokrenuti RAID polje iz diskova koji su dio RAID polja, tada to radimo ovako:

# mdadm --assemble --scan

Sustav će sam odskanirati sve diskove u sustavu (onako kako mu je to zadano u mdadm.conf datoteci) i ponovo složiti prethodno deaktivirano RAID polje. Zbog ovoga je bitno nakon kreacije polja podatke o istom zapisati u mdadm.conf datoteku!

Ova procedura se automatski izvršava prilikom svakog pokretanja računala.

Aktiviranje RAID polja

Ukoliko je polje uspostavljeno preko --assemble naredbe ili prilikom pokretanja računala, a došlo je do kvara na jednom od diskova, polje će se uspostaviti ali ne i aktivirati. Prisilno aktiviranje takvog degradiranog polja možemo postići sa:

# mdadm --run /dev/md0

Dodavanje novog diska u RAID polje

Odmah napominjemo da se novi diskovi u polje prijavljuju isključivo kao rezervni (spare), a RAID podsustav ih upotrebljava prema potrebi ili ih sami upotrebljavamo naredbom za povećanje postojećeg polja.

U primjeru dodajemo rezervni disk /dev/sdg u polje /dev/md0:

# mdadm --add /dev/md0 /dev/sdg

Uzimanje rezervnog diska iz RAID polja

Iz RAID polja moguće je izuzeti rezervne diskove i to naredbom:

# mdadm --remove /dev/md0 /dev/sdg

Proglašenje nekog diska u polju pokvarenim (faulty)

Da bismo mogli neki aktivni disk u polju deaktivirati i izuzeti iz polja, primjerice zato jer se s njime nešto čudno počelo dešavati ili S.M.A.R.T. prijavljuje skori kvar, moramo ga prijaviti RAID-u kao pokvareni. Nako prijave, taj disk odmah postaje pokvareni rezervni (faulty spare) disk i lako ga izuzimamo sa --remove naredbom.

Naredba za proglašenej diska pokvarenim je:

# mdadm --fail /dev/md0 /dev/sdg

U koliko u sistemu imamo prijavljen jedan ispravni rezervni disk, sustav će ga odmah prihvatiti i napraviti popravak degradiranog polja.

Postupak prilikom kvara diska u RAID polju

Zamislimo scenarij u kojem imamo vlastitu /home particiju postavljenu na RAID5 polju sa tri diska i prilikom jednog pokretanja računala dolazi do kvara na jednom od tri diska, te sustav više ne podiže i montira /home particiju nego ostaje u degradiranom, neaktivnom stanju. To je uobičajeno stanje u slučaju kvara na nekom od diskova. Pri tome niti jedan vaš podatak nije izgubljen!

Uz to u polju nemamo prijavljen niti jedan rezervni (spare) disk.

Kako sustav ne može podići /home particiju, vrlo vjerojatno će prijaviti problem već prilikom logiranja u sutav. Iz tog razloga moramo se prijaviti kao root putem konzole.

1. Pregled stanja RAID-a

Da bi dobili uvid što je pošlo krivo moramo polje prisilno aktivirati, te dobiti trenutno stanje polja naredbama:

# mdadm --run /dev/md0
# mdadm --detail /dev/md0

Tipična slika stanja prikazana je ovdje:

/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Wed Jan 12 13:43:35 2011
     Raid Level : raid5
     Array Size : 16774144 (16.00 GiB 17.18 GB)
  Used Dev Size : 8387072 (8.00 GiB 8.59 GB)
   Raid Devices : 3
  Total Devices : 2
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Wed Jan 12 13:46:25 2011
          State : clean, degraded
 Active Devices : 2
Working Devices : 2
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 0

         Layout : left-symmetric
     Chunk Size : 512K

           Name : Arch-vbox:0  (local to host Arch-vbox)
           UUID : f1107555:6580de0a:06a60dfa:68049061
         Events : 22

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       32        0      active sync   /dev/sdc
       1       0        0        1      removed
       3       8       48        2      active sync   /dev/sdd

Pod State stoji clean, degraded, te vidimo pri dnu da srednji RaidDevice nedostaje.

Ono što moramo napraviti jest jednostavna fizička zamjena pokvarenog diska s ispravnim, te prijava tog novog diska u RAID polje.

Neka se novi disk zove /dev/sdf, pa radimo slijedeće:

#mdadm --add /dev/md0 /dev/sdf

Ako sada pogledamo stanje polja, to izgleda ovako:

/dev/md0:
        Version : 1.2
  Creation Time : Wed Jan 12 13:43:35 2011
     Raid Level : raid5
     Array Size : 16774144 (16.00 GiB 17.18 GB)
  Used Dev Size : 8387072 (8.00 GiB 8.59 GB)
   Raid Devices : 3
  Total Devices : 3
    Persistence : Superblock is persistent

    Update Time : Wed Jan 12 13:54:49 2011
          State : clean, degraded, recovering
 Active Devices : 2
Working Devices : 3
 Failed Devices : 0
  Spare Devices : 1

         Layout : left-symmetric
     Chunk Size : 512K

 Rebuild Status : 5% complete

           Name : Arch-vbox:0  (local to host Arch-vbox)
           UUID : f1107555:6580de0a:06a60dfa:68049061
         Events : 28

    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       0       8       32        0      active sync   /dev/sdc
       4       8       80        1      spare rebuilding   /dev/sdf
       3       8       48        2      active sync   /dev/sdd

Primjećujemo: State : clean, degraded, recovering i spare rebuilding /dev/sdf. Postupak popravka degradiranog RAID5 polja može potrajati i po par sati, no sustav se tada dovodi opet u potpuno ispravno i sigurno stanje.

Nakon što sistem ponovo prijavi pod State: clean možemo rastartati računalo i naša je 7home particija opet u aktivnom i ispravnom stanju.

Reference i daljnje čitanje

• Software RAID - HowTO