Instalacja programowego RAID w Arch Linuksie

W tym artykule znajdziesz opis instalacji dystrybucji Arch Linux z wykorzystaniem programowych macierzy RAID.

RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks) to specjalny tryb pracy grupy dysków twardych, w których współpracują one ze sobą, aby uzyskać korzyści nieosiągalne przy wykorzystaniu jednego HDD. Korzyści te mogą mieć wieloraki charakter, np. poprawienie bezpieczeństwa danych w razie awarii jednego z urządzeń, zwiększenie prędkości odczytu albo i przestrzeni dyskowej dostępnej jako jedna całość. Z tego powodu RAID jest szczególnie polecany na serwerach, które pracują non-stop i zazwyczaj młócą ogromne iloci danych.

Istnieje kilka tzw. poziomów RAID numerowanych od 0 do 5. Każdy z nich niesie ze sobą nieco inne wady i korzyści, dlatego przed wyborem warto zapoznać się z ich opisem. Przykładowo, macierz RAID-0 powoduje, że miejsce na połączonych w nich dyskach widziane jest jako jedna całość. Dane przeplatane są między urządzeniami, co często daje efekt zwiększenia wydajności (jeśli dwa procesy czytają dane umieszczone na różnych dyskach, mogą to robić niezależnie od siebie). Niestety, awaria jednego z urządzeń oznacza uszkodzenie caej macierzy. Niejako odwrotnością RAID-0 jest RAID-1. Tutaj system dostaje ilość miejsca równą tylko pojemności najmniejszego urządzenia. Wszystkie twarde dyski są bowiem swoimi własnymi kopiami i przechowują dokładnie takie same informacje. Jeżeli nawet padnie jeden HDD, pozostałe mirrory pracują dalej. W międzyczasie admin może wymienić zepsuty dysk na nowy, a system odbuduje jego zawartość Zwiększona zostaje także prędkość odczytu, lecz konieczność zapisania tych samych danych na wielu urządzeniach zmniejsza wydajność zapisu.

Posiadaczem macierzy RAID można zostać na kilka sposobów. Możemy wyłożyć pieniądze na odpowiedni kontroler HDD zajmujący się tym po stronie sprzętowej, lecz możemy wybrać również tańsze rozwiązanie: RAID programowy, gdzie zarządzanie macierzą należy do zadań systemu operacyjnego. W tym artykule pokażę, jak zainstalować dystrybucję Arch Linux 0.7.2 na RAID-zie programowym.

Ostrzeżenie: instalacja i konfiguracja RAID jest skomplikowana i jest więcej, niż prawdopodobne, że nie uda się za pierwszym razem. Dlatego najlepiej całą zabawę przeprowadzać na "czystym" komputerze lub przynajmniej zadbać o kopię zapasową wszystkich danych.

Przygotowania

Macierz RAID montuje się w zasadzie nie na całym urządzeniu, ale na pojedynczej partycji. Stąd też nie istnieją żadne przeszkody, aby część dysku pracowała np. jako RAID-5, a druga była elementem macierzy RAID-1. W naszym artykule ustawimy cztery partycje RAID-1 na dwóch 160-gigabajtowych dyskach IDE, a następnie zainstalujemy na nich system Arch Linux. Podział przestrzeni będzie następujący:

/ - 28 GB - główna partycja systemu
swap - 2 GB - partycja wymiany
/home - 100 GB - partycja przeznaczona na konta użytkowników
/var - 30 GB - Arch Linux przechowuje w katalogu /var całkiem sporo informacji, dlatego nie żałujemy dla niego przestrzeni.

Na system plików wybrałem ReiserFS, aczkolwiek warto zastanowić się, czy w Twojej konkretnej sytuacji także będzie on dobrym rozwiązaniem. Zakładam ponadto, iż jesteś obeznany nieco z Linuksem oraz procesem instalacji samego Arch Linuksa, ponieważ w niniejszym artykule pragnę skupić się wyłącznie na sprawach związanych z RAID.

Przebieg instalacji

Poniżej zaprezentowałem w punktach szybki przegląd kolejnych kroków instalacji.

Uruchomienie instalatora,
Partycjonowanie dysków twardych,
Utworzenie macierzy RAID,
Zamontowanie systemu plików,
Instalacja i konfiguracja Arch Linuksa,
Instalacja Gruba na pierwszym HDD,
Odmontowanie systemu plików i pierwsze uruchomienie,
Instalacja Gruba na drugim HDD,

Uruchomienie instalatora

Najwygodniejsze jest instalowanie Arch Linuksa z płyty CD. Ustawiamy w BIOS-ie start systemu z właśnie tego medium, wrzucamy płytkę do napędu i restartujemy komputer. Po włączeniu znajdującego się na płycie bootloadera naciskamy Enter (chyba że nasz sprzęt wymaga przekazania dodatkowych parametrów rozruchu) i czekamy na załadowanie jądra. Ujrzawszy znak zachęty, nie uruchamiaj graficznego instalatora, ponieważ na razie nie będzie on nam potrzebny.

Partycjonowanie dysków twardych

Pora na trudniejszą rzecz, czyli podział naszych dysków na partycje. Użyjemy programu cfdisk do utworzenia na nich identycznego zestawu partycji:

Partycja 1: 28 GB, typ FD, bootowalna
Partycja 2: 2 GB, typ FD
Partycja 3: 100 GB, typ FD
Partycja 4: 30 GB, typ FD

Najpierw uruchom:

# cfdisk /dev/hda

I utwórz każdą z partycji w następujący sposób:

Wybierz New
Wciśnij Enter do stworzenia partycji głównej (Primary)
Wpisz dla każdej z partycji rozmiar (w megabajtach). Dla ostatniej, czwartej, możesz po prostu wcisnąć Enter, aby wykorzystać pozostałe miejsce.
Wciśnij Enter, aby utworzyć nową partycję na początku wolnego obszaru (Beginning).
Wybierz typ partycji. Klawiszem Enter przejdź na drugą stronę listy i wpisz identyfikator "fd" ("Linux RAID autodetect").
Dla partycji 1 na każdym z dysków wybierz Bootable.
Strzałką w dół przesuń się na pozostały wolny obszar i stwórz następną w kolejności partycję.

Identyczne czynności powtarzamy także dla dysku hdb:

# cfdisk /dev/hdb

Odpowiadające sobie partycje na obu dyskach powinny mieć identyczny rozmiar. W przeciwnym razie RAID wprawdzie zadziała, ale system otrzyma obszar o rozmiarze najmniejszej z partycji wchodzących w skład macierzy.

Utworzenie macierzy RAID

Najpierw ładujemy sterowniki dla poziomów RAID, które chcemy wykorzystać. Na 18374% znajdują się one na płycie, więc jeżeli system nie może ich znaleźć, oznacza to, że masz uszkodzoną płytę albo napęd CD.

# modprobe raid1

Jesteśmy już gotowi do spięcia naszych partycji w macierz. Służy do tego program mdadm. Aby utworzyć partycję /:

# mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda1 /dev/hdb1

Aby utworzyć partycję swap:

# mdadm --create /dev/md1 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda2 /dev/hdb2

Aby utworzyć partycję /home:

# mdadm --create /dev/md2 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda3 /dev/hdb3

Aby utworzyć partycję /var:

# mdadm --create /dev/md3 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda4 /dev/hdb4

Uwaga: partycja główna (/) musi ZAWSZE być zamontowana jako /dev/md0. Jeżeli do tego urządzenia podmontujesz jakąkolwiek partycję podrzędną, nie uda Ci się ukończyć instalacji, ponieważ tak postawiony system nie będzie chciał się uruchomić.

Za pomocą dyrektywy --level wybieramy poziom tworzonej macierzy RAID, za pomocą --raid-devices ustalamy ilość dysków ją tworzących. Później wymieniamy fizycznie istniejące na nich partycje, które chcemy dodać do tworzonej macierzy.

Na tym etapie powinieneś mieć już działające partycje RAID. Po ich stworzeniu system dokonuje ich wzajemnej synchronizacji tak, aby były one swoimi lustrzanymi odbiciami co do bajta. Cały proces może być monitorowany poleceniem

# cat /proc/mdstat

albo (dla pojedynczej partycji RAID):

# mdadm --misc --detail /dev/md0

Nie musisz czekać z instalacją na zakończenie procesu synchronizacji. Możesz nawet w jej trakcie zrestartować komputer i w żaden sposób go nie zakłócisz.

Zamontowanie systemu plików

Pora na utworzenie na partycjach RAID jakiegoś systemu plików. Na potrzeby artykułu wybrałem ReiserFS, aczkolwiek warto zapoznać się także z innymi oraz dobrać odpowiedni do roli, jaką dana partycja ma pełnić w systemie, aby wycisnąć z komputera jak najwięcej.

# mkreiserfs /dev/md0
# mkswap /dev/md1
# mkreiserfs /dev/md2
# mkreiserfs /dev/md3

Instalator Arch Linuksa wymaga, aby twardy dysk, na którym zainstalowany zostanie system, był zamontowany w katalogu /mnt. Ponieważ pracujemy z "autorskim" zestawem partycji, musimy samodzielnie zamontować partycje tam, gdzie trzeba.

# mount /dev/md0 /mnt
# mkdir /mnt/home
# mount /dev/md2 /mnt/home
# mkdir /mnt/var
# mount /dev/md3 /mnt/var

Instalacja i konfiguracja Arch Linuksa

Nie będę tutaj objaśniać szczegółowo procesu instalacji Archa, zakładam, że w podstawowym stopniu użytkownik wie, jak on się odbywa. W razie czego można zajrzeć do oficjalnego przewodnika instalacji po dodatkowe szczegóły. Najważniejszy zestaw kroków to:

Wpisz /arch/setup, aby włączyć instalator.
Wybierz < OK > w ekranie powitalnym.
Wybierz 1 CD_ROM, aby wybrać instalację z CD-ROMU.
W menu głównym zostaw całkowicie opcje zabawy dyskami i skocz od razu do punktu 2 Select packages. Wybierz wszystkie pakiety z kategorii base, a także pakiet mdadm z kategorii system (od wersji arch-base-0.7.2 pakiet ten został przeniesiony do kategorii base, aczkolwiek na wszelki wypadek upewnij się, że jest on zaznaczony).
Wybierz 3 Install packages i poczekaj, aż wszystko znajdzie się na twardym dysku.

Kolejnym etapem jest wybranie 4 Configure system. Poświęcimy mu trochę więcej uwagi, ponieważ Arch Linux przechodzi właśnie proces zmiany podstawowego mechanizmu ramdysku ze starszego mkinitrd na mkinitcpio. Dla wersji poniżej 0.7.2 musimy tutaj wykonać następujące czynności:

Edytujemy /mnt/etc/mkinitrd.conf. Upewniamy się, że REMOVE_RAID NIE jest ustawiony na 1. Następnie ustawiamy zmienną RAID_ROOT_DEVICES, w której wpisujemy wszystkie urządzenia wchodzące w skład głównej partycji RAID (md0).

# nie bootujemy systemu z USB ani firewire
REMOVE_USB=1
REMOVE_FW=1
# Ale potrzebujemy tego
REMOVE_RAID=
REMOVE_DM=
# Nasza glowna (/) partycja RAID to md0
# (i zadna inna!)
RAID_ROOT_ARRAY="md0"
# potrzebujemy jedynie listy urzadzen dla md0, nie dla wszystkich partycji RAID
RAID_ROOT_DEVICES="/dev/hda1 /dev/hdb1"

Trzeba także skonfigurować bootloader Grub (plik /mnt/boot/grub/menu.lst):

# (0) Arch Linux
title  Arch Linux  [[/boot/vmlinuz26]]
root   (hd0,0)
kernel /vmlinuz26 root=/dev/md0 ro

Dla wersji wykorzystującej mkinitcpio edytujemy plik /mnt/etc/mkinitcpio.conf. Dodajemy raid do zmiennej HOOKS i określamy partycję RAID, z której będziemy bootować system. Tyle wystarczy:

md=0,/dev/hda1,/dev/hdb1

Konfiguracja bootloadera Grub (plik /mnt/boot/grub/menu.lst):

# (0) Arch Linux
title  Arch Linux  [[/boot/vmlinuz26]]
root   (hd0,0)
kernel /vmlinuz26 root=/dev/md0 ro md=0,/dev/hda1,/dev/hdb1

Dla wszystkich wersji: ostatnią czynnością jest edycja pliku /mnt/etc/fstab:

/dev/md0                /       reiserfs        defaults        0       0
/dev/md1                swap    swap            defaults        0       0
/dev/md2                /home   reiserfs        defaults        0       0
/dev/md3                /var    reiserfs        defaults        0       0

Wprowadź niezbędne dla twojej konfiguracji modyfikacje w pozostałych plikach i zainstaluj jądro 2.6.x, wybierając 5 Install kernel. Instalację bootloadera musimy przeprowadzić ręcznie, dlatego możesz już zakończyć działanie instalatora.

Instalacja Gruba na pierwszym HDD

Jest to ostatni krok niezbędny do wykonania pierwszego uruchomienia naszego systemu. Grub musi być instalowany na każdym dysku z osobna. Z poziomu płyty instalacyjnej wgramy go tylko na pierwsze z urządzeń, podczas gdy drugie i ewentualnie kolejne, jeśli masz więcej dysków, zostaną poddane temu procesowi już po uruchomieniu systemu. Krótkiego opisu wymaga procedura instalacji. Kopiujemy pliki instalacyjne Gruba do /mnt/boot/grub, montujemy procfs oraz drzewo urządzeń w obrębie /mnt, następnie przełączymy się chrootem na ten katalog i zainstalujemy wszystko. Na koniec zapiszemy konfigurację RAID w pliku /etc/mdadm.conf tak, aby była automatycznie montowana po restarcie.

Kopiowanie oraz chrootowanie odbywa się w następujący sposób:

# cp -a /mnt/usr/share/grub/i386-pc/* /mnt/boot/grub
# sync
# mount -o bind /dev /mnt/dev
# mount -t proc none /mnt/proc
# chroot /mnt /bin/bash

Jeżeli po chrootowaniu masz problem z zobaczeniem wpisywanych znaków, wpisz polecenie reset w konsoli - powinno pomóc. W każdym razie, gdy już będziesz widział, co piszesz, uruchom Gruba:

# grub

Po krótkim oczekiwaniu powinniśmy znaleźć się teraz w wierszu poleceń bootloadera. Wydamy tu polecenie instalacji go na pierwszym z dysków:

grub> root (hd0,0)
grub> setup (hd0)
grub> quit

Teraz trzeba zapisać konfigurację RAID do pliku. W poprzednich wersjach Arch Linuksa nie było to konieczne, ponieważ sterowniki RAID były wbudowane w jądro. Lecz kiedy ładowane są one dynamicznie w trakcie uruchamiania systemu, macierze nie są wykrywane automatycznie.

Domyślny plik /etc/mdadm.conf zawiera w zasadzie jedynie szereg objaśniających nie wiadomo co komentarzy. Aby go uzupełnić, niepotrzebna jest nam jakaś szczególna finezja. Wystarczy przechwycić wyjście programu mdadm i dokleić je na koniec tego pliku.

# mdadm -D --scan >>/etc/mdadm.conf

To wszystko. Możesz teraz powrócić do instalatora, wciskając Ctrl+D lub wpisując exit.

Odmontowanie systemu plików i pierwsze uruchomienie

Zanim zakończysz działanie płyty instalacyjnej, pamiętaj o odmontowaniu dysku twardego:

# cd /
# umount /mnt/dev /mnt/proc /mnt/home /mnt/var
# umount /mnt

Teraz usuwamy płytę z napędu i wydajemy polecenie reboot. Jeśli ujrzysz procedurę ładowania nowego systemu, możesz odetchnąć, aczkolwiek pamiętaj, że do pełni szczęścia wymagane jest, aby procedura ta doszła szczęśliwie i bez żadnego błędu do końca, co wcale nie jest takie oczywiste w przypadku RAID-a :).

Instalacja Gruba na pozostałych dyskach

Gruba wgrywamy także na drugi z twardych dysków. Dzięki temu nawet, gdyby padł hda, system wciąż będzie mógł być uruchomiony z hdb. Po zalogowaniu się jako root wykonaj następujące czynności:

# grub
grub> device (hd0) /dev/hdb
grub> root (hd0,0)
grub> setup (hd0)
grub> quit

Możesz również zarchiwizować układ partycji na każdym z urządzeń, dzięki czemu ich ewentualna wymiana będzie dziecinnie prosta:

# mkdir /etc/partitions
# sfdisk --dump /dev/hda >/etc/partitions/disc0.partitions
# sfdisk --dump /dev/hdb >/etc/partitions/disc1.partitions

Problemy

Podczas instalacji programowego RAID w Arch Linuksie jest całkiem prawdopodobne, iż pierwsza próba wykonania takowej nie powiedzie się. Także i później, w trakcie użytkowania, może zdarzyć się, że system nie będzie chciał z jakiegoś powodu się uruchomić. Za pomocą płyty LiveCD z instalatorem często można zlokalizować i usunąć usterkę. Jedyny problem polega na podmontowaniu się do już istniejącej macierzy RAID i nieuszkodzenia jej przy okazji. Zadanie to jest wykonalne, choć nieco topornie.

Załóżmy więc, że np. dodawaliśmy własne ulepszenia do plików startowych i popełniliśmy błąd składni, przez co system nie chce się uruchomić. Wkładamy do napędu płytkę Arch Linuksa i bootujemy z niej. Potrzebny nam jest dostęp do dysku, dlatego na początku ładujemy sterowniki dla wykorzystywanych poziomów RAID, po czym inicjujemy macierze... w identyczny sposób, jak przy ich tworzeniu:

# modprobe raid1
# mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda1 /dev/hdb1
# mdadm --create /dev/md1 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda2 /dev/hdb2
# mdadm --create /dev/md2 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda3 /dev/hdb3
# mdadm --create /dev/md3 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda4 /dev/hdb4

Dyrektywa create wygląda dość hardcore'owo, ale bez obaw. Dokładnie w identyczny sposób radziłem sobie u siebie i danych jakoś nie utraciłem. W każdym razie masz teraz stworzone urządzenia od md0 do md3, które możesz użyć do zamontowania systemu plików:

# mount /dev/md0 /mnt
# mount /dev/md2 /mnt/home
# mount /dev/md3 /mnt/var

Wykonaj teraz niezbędne naprawy w konfiguracji systemu, ale wstrzymaj się z hurraoptymistycznym restartem. Bez dodatkowych czynności system dalej by się nie uruchamiał, tym razem z powodu "błędów" w macierzy RAID. Rzecz w tym, że montując je tak, jak przedstawiłem powyżej, macierze otrzymują nowe identyfikatory. Musimy zatem jeszcze raz wgrać Gruba z całą chrootową otoczką, a także zapisać nowe ustawienia w /etc/mdadm.conf.

# cp -a /mnt/usr/share/grub/i386-pc/* /mnt/boot/grub
# sync
# mount -o bind /dev /mnt/dev
# mount -t proc none /mnt/proc
# chroot /mnt /bin/bash
# grub
grub> root (hd0,0)
grub> setup (hd0)
grub> quit

Otwórz /etc/mdadm.conf jakimś edytorem i usuń z niego stare wpisy. Następnie z powrotem kontynuuj cały proces:

# mdadm -D --scan >>/etc/mdadm.conf
# exit
# cd /
# umount /mnt/dev /mnt/proc /mnt/home /mnt/var
# umount /mnt
# reboot

Arch Linux powinien znów uruchomić się po staremu.

Zakończenie

Artykuł ten bazuje na angielskim tekście "Installing with software RAID or LVM" dostępnym na wiki Arch Linuksa. Pierwowzór objaśnia dodatkowo, jak utworzyć na macierzy RAID logiczne woluminy LVM dające większą skalowalność, niż zwykłe partycje. Doszedłem jednak do wniosku, że troszkę tego za dużo, jak na jeden tekst i dla większej czytelności skupiłem się tylko i wyłącznie na macierzach RAID. Mam nadzieję, że z LVM-em czy bez niego, artykuł spełnił swą rolę. Zatem gratulacje, zainstalowałeś właśnie Arch Linuksa z programowym RAID-em!

Artykuł udostępniony na licencji GNU Free Documentation License 2.1

Autor: Tomasz "Zyx" Jędrzejewski, www.zyxist.com

Źródło: http://artykuly.zyxist.com/czytaj.php/instalacja_programowego_raid_w_arch_linuksie

technologia linux oprogramowanie raid