Linux SW RAID

V Linuxu můžeme použít 3 typy RAIDů:

• Linux SW RAID, který je realizován kompletně Linux-em
• FakeRAID neboli SW RAID v BIOSu počítače, který je realizován BIOSem, ale nad kterým v Linux-u máme kontrolu jen v případě, že máme funkční Linux driver k chipsetu, který tento SW RAID realizuje
• plně HW RAID - v základních sestavách běžných počítačů a serverů jej nehledejte, za řadič plně HW RAID si musíte připlatit. Z vlastní neblahé zkušenosti HW RAID doporučuji pouze v případě, kdy máte více strojů se stejným řadičem, jinak v případě, že máte stroj pouze 1, řadič umře a stejný se už dávno neprodává, už z disků s např. RAID5 data neodstanete. Proto HW RAID v tomto článku nebudu vůbec řešit.

Výhody a nevýhody FakeRAIDu a Linux SW RAIDu

Jeden aspekt, který nemůžu srovnat, je hotswap disků. V Linux SW RAID je sice možné hotswap částečně naprogramovat, ale je to hodně práce (viz níže). Jak se hotswap disků dělá v BIOS (Fake) RAIDu, netuším, nikdy jsem to nezkoušel.

Linux SW RAID

• Výhody:
  • pokud máte hotswap disky a správně nakonfigurovaný systém (viz kapitola o Hotswap), můžete za plného provozu serveru (bez výpadku služeb) odstranit pokažený disk a místo něj dát čerstvý nový. Nastavení nového disku totiž děláte z příkazové řádky Linuxu.
  • do Linux SW RAIDu lze zapojit různě velké disky - nezapojují se totiž celé disky, ale jejich partitions. Pokud po letech provozu selže jeden ze starých disků a do RAIDu vložíme nový disk s násobnou velikostí, není jeho zbylá volná kapacita promarněna - můžeme ji využít na ukládání nekritických dat, popř. můžeme zbylou kapacitu do RAIDu zapojit později, až vyměníme i ten zbývající starý malý disk
  • Linux SW RAID je nezávislý na HW počítače. Pokud shoří základní deska a disky přežijí, můžete disky vložit do jakéhokoli jiného počítače a server máte okamžitě znovu online, v plné parádě včetně funkčního RAIDu, bez potřeby jakéhokoli nastavování v Linuxu.
  • Linux SW RAID je plně funkční, odladěný a stabilní systém, určený pro nasazení v ostrém provozu. Což se mnohdy od Linux driverech BIOS SW RAIDu nedá říci.

• Nevýhody:
  • je potřeba se naučit syntaxi příkazů mdadm :-)
  • ve srovnání s plně HW RAIDem asi menší rychlost a větší zátěž CPU

FakeRAID - BIOS SW RAID

• Výhody:
  • Je možný dual-boot Windows-Linux, oba OS vidí RAID jako jeden disk (u Linux serverů vás ale tato výhoda asi nezaujme..)
  • Jednoduché ovládání - nemusíte se učit syntaxi příkazů mdadm :-)
  • disky v SW BIOS RAIDu se v Linux-u tváří jako jeden disk, takže můžete nabootovat např. z nějakého live CD, které nemusí podporovat Linux SW RAID, a přesto uvidíte ten samý disk, který je stále plně funkční RAID, zatímco u disků Linux SW RAIDu byste viděli jeho jednotlivé komponenty. Novější Live CD si ale Linux SW RAID dokážou nadetekovat a normálně poskládat.

• Nevýhody:
  • pokud jeden z disků v RAIDu umře a výrobce FakeRAIDu neposkytuje SW k jeho správě přímo ve vašem OS, pak musíte po vložení nového disku rebootovat a v BIOSu nový disk nastavit. Váš server bude v té době offline. Toto u Linux RAIDu nehrozí, pokud jsou vaše disky hotswap.
  • Pokud umře základní deska, musíte najít nějakou se stejným BIOSem/chipsetem, jinak svoje diskové pole nesložíte. U RAID1 (mirroring) budete schopni provozovat aspoň jeden disk, ale pokud budete chtít poskládat z disků svého bývalého RAIDu opět funkční pole, s jiným BIOSem/chipsetem budete mít asi smůlu. V takovém případě budete muset vytvořit nové prázdné pole a na ně nahrát data ze zálohy.
  • Linux nemusí mít ovladač pro daný BIOS SW RAID, nebo ovladač nemusí být stabilní - viz např. FakeRAID pro chipset ICH9. Což je u nového HW vcelku běžný problém. Pokud nemáte funkční ovladač, nedokážete pole z Linuxu ovládat, tj. nedokážete za provozu přidávat další disky, neuvidíte vzniklé chyby, neuvidíte postup synchronizace u nového disku atd.
  • Většina BIOS SW RAIDů neumožňuje nastavovat parametry typu "Minimální/maximální rychlost synchronizace", což může ovlivnit výkon vašeho serveru v době, kdy by se synchornizace prováděla

Ovládání Linux SW RAID

Výpadek disku

Pokud disk ještě máte v zařízeních /dev (tj. pokud ještě nějakým způsobem žije, UDEV systém nebo reboot jej neodstranil), označte jej jako vadný a odstraňte jej z pole, například takto:

mdadm -f /dev/md0 /dev/sda1; mdadm -W /dev/md0; mdadm -r /dev/md0 /dev/sda1
mdadm -f /dev/md1 /dev/sda2; mdadm -W /dev/md1; mdadm -r /dev/md1 /dev/sda2
mdadm -f /dev/md2 /dev/sda3; mdadm -W /dev/md2; mdadm -r /dev/md2 /dev/sda3
...

Option -f označí partition jako vadnou ("failed"), option -W (--wait) čeká na dokončení předchozí operace, option -r odstraní partition z RAIDu.

To samé za vás provede tento skript:

#!/bin/bash
#Tento skript uložte v /usr/local/sbin/fail-all-raid-parts
MDADM=/sbin/mdadm
for i in $( ls $1* ); do
       #split the output of mdadm scan ("ARRAY /dev/md? level=raid1 num-devices=2 UUID=...")
       #so MD_DEVICE will contain /dev/md?
       read -d ] ARR MD_DEVICE REST< <(IFS=' '; echo `$MDADM --examine --scan $i`)
       if [ "" != "$MD_DEVICE" ]; then
               echo "Failing $i from RAID device=$MD_DEVICE"
               $MDADM -f $MD_DEVICE $i
               $MDADM -W $MD_DEVICE
               $MDADM -r $MD_DEVICE $i
       fi
done

Pro testování kompletního výpadku disku můžete využít tento skript.

Přidání disku do pole

Pokud chceme přidat do pole disk (např. poté, co jsme jej odstranili při výpadku pomocí mdadm -f), použijeme např. tyto příkazy:

mdadm -a /dev/md0 /dev/sda1
mdadm -a /dev/md1 /dev/sda2
mdadm -a /dev/md2 /dev/sda3

Popřípadě se dá použít i

mdadm --re-add /dev/md0 /dev/sda1

Rozdíl mezi "--add" a "--re-add" by měl být v tom, že re-add by při přidávání disku, který jsme před chvílí odebrali, při použití "write-intent bitmap" neměl dělat kompletní resync. Skutečnost je taková, že v takovém případě kompletní resync nevyvolá ani "--add".

Místo ručního přidávání disků můžete použít i tento skript, který výše uvedené příkazy udělá za vás - ale jen v případě, kdy již disk byl v poli zapojen a jednotlivé jeho RAID partitions mají na sobě všechna potřebná metadata, takže příkaz "mdadm --examine --scan /dev/sda1" vytiskne "ARRAY /dev/md0 level=raid1 num-devices=2 UUID=...", tj zjistí, do kterého RAID zařízení daná partition patří:

#!/bin/bash
# Tento skript uložte v /usr/local/sbin/add-all-raid-parts
for i in $( ls $1* ); do
       #split the output of mdadm scan ("ARRAY /dev/md? level=raid1 num-devices=2 UUID=...")
       #so MD_DEVICE will contain /dev/md?
       read -d ] ARR MD_DEVICE REST< <(IFS=' '; echo `mdadm --examine --scan $i`)
       if [ "" != "$MD_DEVICE" ]; then
               echo "Adding $i into RAID device=$MD_DEVICE"
               mdadm -a $MD_DEVICE $i
       fi
done

Skript pak můžete zavolat např. takto:

add-all-raid-parts /dev/sda

Nastavení parametrů synchronizace

Po přidání disku do pole začne Linux na něj synchronizovat data RAID pole. Jak rychle se bude tato synchronizace provádět, můžeme sami ovládat a tím určovat, kolik % volného CPU a IO času sychronizace zabere, a to pomocí nastavení proměnných /proc/sys/dev/raid/speed_limit_min (defaultně má hodnotu 1000) a /proc/sys/dev/raid/speed_limit_max (defaultně má hodnotu 200000).

Pokud chceme synchronizaci rychlejší, proveďte tento příkaz

cat 200000 > /proc/sys/dev/raid/speed_limit_min 

Jak zabránit plné resynchronizaci při pádu systému nebo vyjmutí disku

Pokud následkem nějaké chyby (násilné vyjmutí disku, pád OS) dojde k tomu, že se pole rozsynchronizuje, čeká vás zdlouhavá resynchronizace - defaultně se resync dělá v RAID1 jako prostá kopie "čisté" RAID partitiony do té "špinavé" (dirty). U RAID partitions, které mají stovky GB, si počkáte i několik hodin.

V těchto případech se ale dá kompletní resynchronizaci zabránit použitím tzv. "write intent bitmapy", kterou vytvoříte takto:

mdadm --grow --bitmap=internal /dev/md*

Více viz stránka o Linux SW RAID bitmapách na RAID wiki kernel.org

Monitoring RAIDu

Postup synchronizace

Pokud přidáme do RAIDu disk, můžeme sledovat postup jeho synchronizace např. takto:

more /proc/mdstat

Což vypíše u plně synchronizovaných RAID zařízení:

md0 : active raid1 sda1[0] sdb1[1]
     497856 blocks [2/2] [UU]

A u RAID zařízení, kde synchornizace právě probíhá:

md1 : active raid1 sda2[2] sdb2[1]
     468752512 blocks [2/1] [_U]
     [=>...................]  recovery =  5.4% (25333888/468752512) finish=66.8min speed=110468K/sec

Status synchronizace se vypisuje také příkazem

mdadm --detail /dev/md1

Který při synchronizaci vypíše toto:

/dev/md1:
       Version : 00.90
 Creation Time : Mon Jan  4 15:06:14 2010
    Raid Level : raid1
    Array Size : 468752512 (447.04 GiB 480.00 GB)
 Used Dev Size : 468752512 (447.04 GiB 480.00 GB)
  Raid Devices : 2
 Total Devices : 2
Preferred Minor : 1
   Persistence : Superblock is persistent

   Update Time : Thu Mar 18 10:34:57 2010
         State : clean, degraded, recovering
Active Devices : 1
Working Devices : 2
Failed Devices : 0
 Spare Devices : 1

Rebuild Status : 6% complete

          UUID : 511ea31a:0a968ed8:25791403:81883028
        Events : 0.826942

   Number   Major   Minor   RaidDevice State
      2       8        2        0      spare rebuilding   /dev/sda2
      1       8       18        1      active sync   /dev/sdb2

Zasílání emailů

Ze všeho nejvíc nás zajímá chvíle, kdy jeden disk v RAIDu selže - budeme chtít, aby nám systém poslal email. V Debian-u je to jednoduché - při instalaci balíku mdadm se také automaticky spustí mdadm v monitor módu jako démon, takže stačí jen v souboru /etc/mdadm/mdadm.conf nastavit řádky

MAILADDR mujmail@mojedomena.cz
MAILFROM mujmail@mojedomena.cz

Hotswap disků

Správná otázka: umí Linux SW RAID hotswap? Tj. můžu přijít k serveru, vytrhnout z něj za provozu disk bez toho, abych jej musel nejdřív na příkazové řádce označit jako vadný, a pak jej do systému za provozu vrátit? Tak, jak to umožňují plně HW RAID řadiče?

Odpověď je: ano, je to možné, ale není to tak jednoduché jako u HW RAIDu.

Více viz můj článek na wiki Debianu