В высоконагруженных производственных серверах жесткие диски и SSD подключены не по отдельности, а объединены в специальные массивы, внутри которых данные физически хранятся на нескольких дисках одновременно, что обеспечивает лучшую сохранность данных при выходе дисков из строя, а также увеличивает скорость записи, так как данные можно записывать не на один диск, а сразу на несколько обходя ограничение скорости каждого диска. Такие массивы называются RAID.
Для создания RAID массивов используются аппаратные специальные контроллеры. Однако создать RAID массив можно и без такого контролера. Такие массивы называются программными. В этой статье мы рассмотрим как создать программный RAID Linux.
Что такое RAID
Аббревиатура RAID расшифровывается как Redundant Array of Inexpensive Disks. С помощью этой технологии вы можете превратить несколько реальных жестких дисков в один виртуальный диск с увеличенным объемом и скоростью передачи данных. Но объем полученного диска и параметры его работы уже зависят от выбранного режима работы RAID. Доступны такие режимы:
- RAID 0 — позволяет увеличить скорость записи. Все диски массива будут использоваться для записи данных, поэтому их скорости будут складываться. Например, если у вас есть три диска объемом 512 Гб и скоростью записи 200 Мб в секунду, то объединив их в RAID 0 вы получите виртуальный диск объемом 1,5 Тб и максимальной скоростью записи 600 Мб в секунду.
- RAID 1 — этот режим увеличивает сохранность данных. Во время записи одни и те же данные пишутся параллельно на подключённые диски. В результате у вас будет несколько копий одних и тех же данных. Если один из дисков массива выйдет из строя, система продолжит работать, так как данные есть ещё и на другом диске. Например, если вы объедините два диска по 1 Тб в RAID 1, то получите один виртуальный диск с объемом 1 Тб.
- RAID 10 — объединяет в себе два предыдущих варианта. Он может состоять как минимум из четырех дисков. В таком случае сначала создаются два массива RAID 1, а поверх них создается массив RAID 0 для увеличения производительности.
Конечно, существуют и другие режимы работы, но эти самые популярные. В сегодняшней статье мы рассмотрим как создать программный RAID уровней 0 и 1.
Создание программного RAID в Linux
Шаг 1. Установка mdadm
Для управления программными RAID массивами в Linux используется утилита mdadm. Для того чтобы установить её в Ubuntu или Debian выполните такую команду:
sudo apt install mdadm
Для установки утилиты в CentOS/Fedora/RedHat необходимо выполнить:
sudo yum install mdadm
Шаг 2. Подготовка дисков
Посмотреть список дисков, подключённых к системе можно с помощью команды lsblk:
lsblk
В этой статье я покажу как объединить три диска в RAID на примере дисков /dev/sda, /dev/sdb и /dev/sdc. Сначала необходимо определиться стоит ли размещать RAID непосредственно на диски или на разделы. Лучше выбрать разделы, так как это дает больше гибкости и безопасности. Во первых, операционная система может перезаписать суперблок RAID если он размещён прямо на диске. Во вторых, если вы выделяете весь диск под RAID, то у вас могут возникнуть проблемы при замене диска. Диски одинакового объема, обычно, немного отличаются у разных производителей. Поэтому для замены вам придется искать точно такой же диск с точно таким же реальным объемом. Если же у вас будет раздел, вы просто сможете создать раздел нужного объема.
Сначала нужно создать таблицу разделов на всех выбранных дисках:
sudo parted /dev/sda mklabel msdos
sudo parted /dev/sdb mklabel msdos
sudo parted /dev/sdc mklabel msdos
Если на диске уже существует таблица разделов программа предупредит о том, что создание новой сотрёт все данные с диска. После создания таблицы разделов следует создать по разделу на каждом диске. Например, создадим разделы размером 460 гигабайт. Для этого можно воспользоваться той же командой parted:
sudo parted /dev/sda mkpart primary ext4 2048 460Gb
sudo parted /dev/sdb mkpart primary ext4 2048 460Gb
sudo parted /dev/sdc mkpart primary ext4 2048 460Gb
Теперь диски готовы к размещению на них RAID:
Шаг 3. Создание RAID 0
Для создания RAID массива надо выполнить команду mdadm с опцией —create, указать режим работы массива, количество дисков и сами диски. Синтаксис команды такой:
$ sudo mdadm —create /dev/имя_массива —level=режим_работы —raid-devices=количество_устройств список устройств
Например:
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=0 --raid-devices=3 /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1
После выполнения этой команды вы увидите раздел raid в lsblk. С этим разделом можно работать как с любым обычным разделом в вашей системе.
Шаг 4. Тестирование RAID 0
Давайте для примера отформатируем полученный раздел в файловую систему Ext4, смонтируем и попробуем записывать туда файлы:
sudo mkfs -t ext4 /dev/md0
sudo mount /dev/md0 /mnt
Затем можно тестировать скорость с помощью dd:
sudo dd if=/dev/zero of=/mnt/file bs=1G count=5
Как видите, при записи 5 Гб данных мы получаем скорость 400 Мб/сек, это уже на уровне обычного SSD.
Шаг 5. Информация о RAID
Найти информацию обо всех созданных в системе RAID массивах вы можете в файле /proc/mdstat:
cat /proc/mdstat
Именно так можно посмотреть RAID Linux. Посмотреть более детальную информацию о массиве /dev/md0 можно с помощью самой утилиты mdadm:
sudo mdadm --detail /dev/md0
Здесь в том числе отображается состояние RAID Linux. Посмотреть детальную информацию о каждом устройстве, которое входит в RAID можно с помощью опции —examine:
sudo mdadm --examine /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1
Шаг 6. Сохранение RAID массива
В принципе, уже сейчас RAID массив работает и продолжит работать после перезагрузки, потому что mdadm просканирует все диски, найдёт метаданные массива и построит его. Но неизвестно какое имя программа присвоит полученному массиву и неизвестно все ли параметры будут восстановлены верно. Поэтому конфигурацию массива лучше сохранить. Для этого используйте такую команду:
sudo mdadm --detail --scan --verbose | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf
Затем нужно пересоздать initramfs с поддержкой этого массива:
sudo update-initramfs -u
С полученным массивом можно обращаться как с обычным разделом диска. Например, для того чтобы автоматически монтировать его в систему добавьте такую строчку в /etc/fstab:
sudo vi /etc/fstab
/dev/md0 /mnt/ ext4 defaults 0 0
На этом создание raid массива linux завершено.
Шаг 7. Переименование RAID массива
Если вы не выполните предыдущий пункт и перезагрузите компьютер, то можете получить RAID массив с именем md127 вместо md0, такое имя также может быть присвоено второму RAID массиву. Для того чтобы переименовать массив, его придется пересобрать. Для этого сначала остановите существующий массив:
sudo mdadm --stop /dev/md127
Затем выполните команду переименования. Синтаксис у неё такой:
$ sudo mdadm —assemble —update=name —name=номер /dev/md_номер список устройств
Например:
sudo mdadm --assemble --update=name --name=0 /dev/md0 /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1
После этого следует повторить предыдущий шаг для уже правильного сохранения RAID устройства.
Шаг 8. Удаление RAID массива
Если вы не хотите чтобы ваши диски и дальше были объединены в RAID, его можно удалить. Для этого выполните такую команду:
sudo mdadm --remove /dev/md0
Она удалит все метаданные с дисков /dev/md0. Дальше останется только удалить или закомментировать секцию данного RAID массива в /etc/mdadm/mdadm.conf
sudo vi /etc/mdadm/mdadm.conf
Шаг 10. Создание массива RAID 1
Теперь вы знаете как создать raid linux на примере RAID 0. Давайте ещё разберемся с RAID 1. Для создания RAID 1 используется такая же команда как и для RAID 0, но указывается другой уровень работы массива:
sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=3 /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1
Затем вы можете убедится что RAID создан посмотрев информацию о нём:
sudo mdadm --detail /dev/md0
Ну и с помощью lsblk можно оценить размер устройства:
lsblk
Как и ожидалось, размер не увеличился, поскольку копии данных будут записываться на все три диска. Теперь давайте посмотрим на скорость:
Скорость записи данных такая же как и у одного диска. Это цена сохранности данных. Если вы отключите один из дисков, то все данные всё равно будут вам доступны.
Выводы
В этой статье мы рассмотрели как создать программный RAID в Linux. Как видите здесь нет ничего очень сложного. Может и программный RAID не такой производительный, как аппаратный, зато полностью решает задачи объединения дисков.
