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4. Configuración de RAID

4.1 Configuración general

Esto es lo que necesita para cualquiera de los niveles RAID:

Todo este software se puede encontrar en ftp://ftp.fi.kernel.org/pub/linux;. Las herramientas RAID y los parches están en el subdirectorio daemons/raid/alpha. Los núcleos se encuentran en el subdirectorio kernel.

Parchee el núcleo, configúrelo para incluir el soporte del nivel RAID que quiera usar. Compílelo e instálelo.

A continuación desempaquete, configure, compile e instale las herramientas RAID.

Hasta ahora todo va bien. Si rearranca ahora, debería tener el fichero /proc/mdstat. Recuérdelo, ese fichero es su amigo. Vea lo que contiene haciendo cat /proc/mdstat. Le debe decir que tiene registrada la personalidad RAID (es decir, el modo RAID) correcta y que actualmente no hay dispositivos RAID activos.

Cree las particiones que quiere incluir en su grupo RAID.

Ahora, vayamos a un modo específico.

4.2 Modo lineal

De acuerdo, así que tiene dos o más particiones que no son necesariamente del mismo tamaño (pero que, naturalmente, pueden serlo) que quiere adjuntar unas con otras.

Prepare el fichero /etc/raidtab para describir su configuración. He preparado un /etc/raidtab para dos discos en modo lineal y el fichero se parece a esto: 

raiddev /dev/md0
        raid-level      linear
        nr-raid-disks   2
        persistent-superblock 1
        device          /dev/sdb6
        raid-disk       0
        device          /dev/sdc5
        raid-disk       1

Aquí no se soportan discos de reserva. Si un disco muere, el array muere con él. No hay información que poner en un disco de reserva.

Creemos el array. Ejecute la orden: 

  mkraid /dev/md0

Esto inicializará su array, escribirá superbloques persistentes y arrancará el array.

Échele un vistazo a /proc/mdstat. Debe ver que el array está funcionando.

Ahora, puede crear un sistema de ficheros, justo como haría con cualquier otro dispositivo, montarlo, incluirlo en su /etc/fstab, etc.

4.3 RAID-0

Tiene dos o más dispositivos, de aproximadamente el mismo tamaño, y quiere combinar sus capacidades de almacenamiento y rendimiento accediéndolos en paralelo.

Prepare el fichero /etc/raidtab para describir su configuración. Un raidtab de ejemplo se parece a esto: 

raiddev /dev/md0
        raid-level      0
        nr-raid-disks   2
        persistent-superblock 1
        chunk-size     4
        device          /dev/sdb6
        raid-disk       0
        device          /dev/sdc5
        raid-disk       1

Como en el modo lineal, los discos de reserva tampoco se soportan aquí. Un RAID-0 no tiene redundancia, por lo que cuando un disco muere, el array le acompaña.

Una vez más, ejecute simplemente 

  mkraid /dev/md0

para inicializar el array. Esto debe inicializar los superbloques y poner en funcionamiento el dispositivo RAID. Éche un vistazo a /proc/mdstat para ver qué sucede. Debería ver que su dispositivo ahora está en funcionamiento.

/dev/md0 está listo para ser formateado, montado, usado y maltratado.

4.4 RAID-1

Tiene dos dispositivos de aproximadamente el mismo tamaño y quiere que cada uno de los dos sea un duplicado del otro. Finalmente, tiene más dispositivos que quiere guardar como discos de reserva preparados, que automáticamente formarán parte del duplicado si uno de los dispositivos activos se rompe.

Configure así el fichero /etc/raidtab: 

raiddev /dev/md0
        raid-level      1
        nr-raid-disks   2
        nr-spare-disks  0
        chunk-size      4
        persistent-superblock 1
        device          /dev/sdb6
        raid-disk       0
        device          /dev/sdc5
        raid-disk       1

Si tiene discos de reserva, puede añadirlos al final de la especificación de dispositivos como 

        device          /dev/sdd5
        spare-disk      0

Recuerde configurar la entrada nr-spare-disks adecuadamente.

De acuerdo, ahora estamos listos para comenzar la inicialización del RAID. Se debe construir el duplicado, es decir, los contenidos (de todos modos, sin importancia ahora, ya que el dispositivo todavía está sin formatear) de los dos dispositivos se deben sincronizar.

Dé la orden 

  mkraid /dev/md0

para comenzar la inicialización del duplicado.

Compruebe el fichero /proc/mdstat. Debe decirle que se ha puesto en funcionamiento el dispositivo /dev/md0, que está siendo reconstruido el duplicado y una cuenta del tiempo estimado para la terminación de la reconstrucción.

La reconstrucción se realiza usando el ancho de banda libre de E/S. De esta manera, su sistema debe ser capaz todavía de responder en gran medida, aunque los LEDs de sus discos deben parpadear lozanamente.

El proceso de reconstrucción es transparente, por lo que realmente puede usar el dispositivo aunque la duplicación esté actualmente en curso.

Intente formatear el dispositivo mientras la reconstrucción se esté realizando. Funcionará. También puede montarlo y usarlo mientras la reconstrucción se esté realizando. Naturalmente, si el disco equivocado se rompe mientras se está realizando la reconstrucción, no hay solución.

4.5 RAID-4

¡Nota! No he comprobado esta configuración por mí mismo. La configuración de más abajo es mi mejor suposición, no algo que realmente haya tenido funcionando.

Tiene tres o más dispositivos de aproximadamente el mismo tamaño, un dispositivo es significativamente más rápido que los otros dispositivos y quiere combinarlos todos en un único dispositivo más grande, conservando todavía alguna información de redundancia. Finalmente, tiene varios dispositivos que desea usar como discos de reserva.

Configure el fichero /etc/raidtab así: 

raiddev /dev/md0
        raid-level      4
        nr-raid-disks   4
        nr-spare-disks  0
        persistent-superblock 1
        chunk-size      32
        device          /dev/sdb1
        raid-disk       0
        device          /dev/sdc1
        raid-disk       1
        device          /dev/sdd1
        raid-disk       2
        device          /dev/sde1
        raid-disk       3

Si tuviéramos discos de reserva, se insertarían de forma parecida, siguiendo las especificaciones de discos RAID; 

        device         /dev/sdf1
        spare-disk     0

como de costumbre.

Su array se puede inicializar con la orden 

   mkraid /dev/md0

como es habitual.

Debería ver la sección mke2fs de opciones especiales de mke2fs antes de formatear el dispositivo.

4.6 RAID-5

Tiene tres o más dispositivos de aproximadamente el mismo tamaño, quiere combinarlos en un dispositivo mayor, pero conservando todavía cierto grado de redundancia para la seguridad de datos. Finalmente, tiene varios dispositivos para usar como discos de reserva, que no tomarán parte en el array antes de que otro dispositivo falle.

Si usa N dispositivos donde el tamaño del más pequeño es S, el tamaño de todo el array será (N-1)*S. El espacio que falta se usa para información de paridad (redundancia). De esta manera, si cualquier disco falla, todos los datos permanecerán intactos. Pero si dos discos fallan, todos los datos se perderán.

Configure el fichero /etc/raidtab así: 

raiddev /dev/md0
        raid-level      5
        nr-raid-disks   7
        nr-spare-disks  0
        persistent-superblock 1
        parity-algorithm        left-symmetric
        chunk-size      32
        device          /dev/sda3
        raid-disk       0
        device          /dev/sdb1
        raid-disk       1
        device          /dev/sdc1
        raid-disk       2
        device          /dev/sdd1
        raid-disk       3
        device          /dev/sde1
        raid-disk       4
        device          /dev/sdf1
        raid-disk       5
        device          /dev/sdg1
        raid-disk       6

Si tuviéramos discos de reserva, se insertarían de forma parecida, siguiendo las especificaciones de discos RAID; 

        device         /dev/sdh1
        spare-disk     0

Y así sucesivamente.

Un tamaño de segmento de 32KB es un buen valor por defecto para muchos sistemas de ficheros de propósito general de estas proporciones. El array sobre el que se utiliza el raidtab anterior es un dispositivo de 7 por 6 GB = 36 GB (recuerde que (N-1)*S = (7-1)*6 = 36). Contiene un sistema de ficheros ext2 con un tamaño de bloque de 4KB. Podría incrementar tanto el tamaño del segmento unitario del array como el tamaño de bloque del sistema de ficheros si su sistema de ficheros fuera o bien mucho mayor o bien si simplemente contuviera ficheros muy grandes.

Vale, ya hemos hablado bastante. Configure el fichero /etc/raidtab y veamos si funciona. Ejecute la orden 

  mkraid /dev/md0

y observe qué ocurre. Es de esperar que sus discos comiencen a trabajar como locos debido a que empiezan la reconstrucción de su array. Échele un vistazo a /proc/mdstat para ver qué está sucediendo.

Si el dispositivo se ha creado correctamente, el proceso de reconstrucción comenzará ahora. Su array no será consistente hasta que esta fase de reconstrucción haya terminado. No obstante, el array es totalmente funcional (excepto, por supuesto, para el manejo de fallos de dispositivos) y puede formatearlo y usarlo incluso mientras se esté reconstruyendo.

Consulte la sección mke2fs de opciones especiales de mke2fs antes de formatear el array.

Bueno, ahora que ya tiene su dispositivo RAID funcionando, siempre puede pararlo o rearrancarlo usando las órdenes 

  raidstop /dev/md0

y 

  raidstart /dev/md0,

respectivamente.

En lugar de colocar éstos en ficheros de inicio y rearrancar un número astronómico de veces hasta hacer que funcione, siga leyendo y haga funcionar la autodetección.

4.7 El superbloque persistente

Si volviéramos a aquellos maravillosos días (The Good Old Days (TM)), las herramientas RAID (raidtools) leerían su fichero /etc/raidtab y a continuación inicializarían el array. Sin embargo, esto requeriría que el sistema de ficheros sobre el que reside /etc/raidtab estuviera montado. Esto es imposible si quiere arrancar a partir de un RAID.

También, la anterior aproximación producía complicaciones al montar sistemas de ficheros sobre dispositivos RAID. Éstos no se podían colocar en el fichero /etc/fstab como era usual, sino que tenían que ser montados en los guiones (scripts) de inicio.

Los superbloques persistentes solucionan estos problemas. Cuando un array se inicializa con la opción persistent-superblock en el fichero /etc/raidtab, se escribe un superbloque especial al principio de todos los discos participantes en el array. Esto permite al núcleo leer la configuración de los dispositivos RAID directamente de los discos involucrados, en lugar de leerla de algún fichero de configuración que puede no estar disponible en todo momento.

Sin embargo, todavía debería mantener un fichero /etc/raidtab consistente, ya que puede necesitar este fichero para una reconstrucción posterior del array.

Los superbloques persistentes son obligatorios si desea la autodetección de sus dispositivos RAID durante el arranque del sistema. Esto se describe en la sección Autodetección .

4.8 Tamaños de segmento unitario

El tamaño de segmento unitario merece una explicación. Nunca puede escribir de forma totalmente paralela a un grupo de discos. Si tuviera dos discos y quisiera escribir un byte, tendría que escribir cuatro bits en cada disco; realmente, todos los segundos bits irían al disco 0 y los otros al disco 1. Sencillamente, el hardware no soporta eso. En su lugar, elegimos algún tamaño de de segmento unitario que definimos como la masa atómica más pequeña de datos que puede ser escrita en los dispositivos. Una escritura de 16 KB con un tamaño de segmento unitario de 4 KB provocaría que el primer y tercer segmento unitario de 4KB se escriban en el primer disco, y el segundo y el cuarto en el segundo, en el caso de un RAID-0 de dos discos. De esta manera, para grandes escrituras, podría observar menor sobrecarga teniendo segmentos lo suficientemente grandes, mientras que los arrays que contuvieran principalmente ficheros pequeños se podrían beneficiar más de un tamaño de segmento unitario más pequeño.

Los tamaños de segmento unitario se pueden especificar para todos los niveles de RAID excepto para el modo lineal.

Para un rendimiento óptimo, debería experimentar con el valor, así como con el tamaño de bloque del sistema de ficheros que pusiera en el array.

El argumento de la opción chunk-size en /etc/raidtab especifica el tamaño de segmento unitario en kilobytes. Por tanto, 4 significa 4 KB.

RAID-0

Los datos se escriben casi en paralelo en todos los discos del array. Realmente, se escriben chunk-size bytes en cada disco, de forma consecutiva.

Si especifica un tamaño de segmento unitario de 4 KB y escribe 16 KB a un array de 3 discos, el sistema RAID escribirá 4 KB a los discos 0, 1 y 2, en paralelo, y a continuación los 4 KB restantes al disco 0.

Un tamaño de segmento unitario de 32 KB es un punto de partida razonable para la mayoría de los arrays. Pero el valor óptimo depende muchísimo del número de discos implicados, del contenido del sistema de ficheros que aloja y de muchos otros factores. Experimente con él para obtener el mejor rendimiento.

RAID-1

Para las escrituras, el tamaño de segmento unitario no afecta al array, ya que se deben escribir todos los datos a todos los discos sin importar qué. Para las lecturas, sin embargo, el tamaño de segmento unitario indica cuántos datos leer consecutivamente de los discos participantes. Ya que todos los discos activos del array contienen la misma información, las lecturas se pueden hacer en paralelo al estilo de un RAID-0.

RAID-4

Cuando se realiza una escritura en un array RAID-4, también se debe actualizar la información de paridad en el disco de paridad. El tamaño de segmento unitario es el tamaño de los bloques de paridad. Si se escribe un byte a un array RAID-4, entonces se leerán chunk-size bytes de los N-1 discos, se calculará la información de paridad y se escribirán chunk-size bytes al disco de paridad.

El tamaño de segmento unitario afecta al rendimiento de las lecturas de la misma manera que en un RAID-0, ya que las lecturas de un RAID-4 se realizan de la misma forma.

RAID-5

En RAID-5 el tamaño de segmento unitario tiene exactamente el mismo significado que en un RAID-4.

Un tamaño de segmento unitario razonable para un RAID-5 es 128 KB pero, como siempre, puede desear experimentar con éste.

También consulte la sección mke2fs de opciones especiales de mke2fs. Esto afecta al rendimiento de un RAID-5.

4.9 Opciones de mke2fs

Hay disponible una opción especial cuando se formatean dispositivos RAID-4 y RAID-5 con mke2fs. La opción -R stride=nn permitirá a mke2fs situar mejor diferentes estructuras de datos específicas de ext2 en un dispositivo RAID de forma inteligente.

Si el tamaño de segmento unitario es 32 KB significa que 32 KB de datos consecutivos residirán en un único disco. Si queremos construir un sistema de ficheros ext2 con un tamaño de bloque de 4KB, nos damos cuenta de que habrá 8 bloques del sistema de ficheros en una segmento unitario del array. Podemos pasar esta información a la utilidad mke2fs cuando se cree el sistema de ficheros: 

  mke2fs -b 4096 -R stride=8 /dev/md0

El rendimiento de un RAID-{4,5} se ve fuertemente influido por esta opción. No estoy seguro de cómo la opción stride afectará a otros niveles RAID. Si alguien tiene información sobre esto, por favor, que la envíe a mi dirección email.

4.10 Autodetección

La autodetección permite a los dispositivos RAID ser automáticamente reconocidos por el núcleo durante el arranque, justo después de que se realice la detección ordinaria de particiones.

Esto requiere varias cosas:

  1. Necesita todo el soporte necesario para autodetección (SCSI, IDE, RAID, etc) en el núcleo (no como módulo) o bien crear una imagen initrd, lo cual de todos modos es absurdo, dado lo improbable de que descargue dicho soporte en un sistema activo. Compruebe esto.
  2. Debe haber creado los dispositivos RAID usando superbloques persistentes.
  3. El tipo de partición de los dispositivos usados en el RAID se debe establecer a 0xFD (use fdisk y establezca el tipo a fd)

NOTA: asegúrese de que su RAID NO ESTÁ FUNCIONANDO antes de cambiar los tipos de las particiones. Use raidstop /dev/md0 para parar el dispositivo.

Si sigue los pasos 1, 2 y 3 de arriba, la autodetección debería activarse. Pruebe rearrancar. Cuando el sistema se levante, vea el contenido de /proc/mdstat; debería decirle que su RAID está funcionando.

Durante el arranque, podría ver mensajes similares a éstos: 

 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: SCSI device sdg: hdwr sector= 512
  bytes. Sectors= 12657717 [6180 MB] [6.2 GB]
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: Partition check:
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sda: sda1 sda2 sda3 sda4
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sdb: sdb1 sdb2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sdc: sdc1 sdc2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sdd: sdd1 sdd2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sde: sde1 sde2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sdf: sdf1 sdf2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel:  sdg: sdg1 sdg2
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: autodetecting RAID arrays
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sdb1's sb offset: 6199872
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sdb1,1>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sdc1's sb offset: 6199872
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sdc1,2>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sdd1's sb offset: 6199872
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sdd1,3>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sde1's sb offset: 6199872
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sde1,4>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sdf1's sb offset: 6205376
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sdf1,5>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: (read) sdg1's sb offset: 6205376
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: bind<sdg1,6>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: autorunning md0
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: running: <sdg1><sdf1><sde1><sdd1><sdc1><sdb1>
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: now!
 Oct 22 00:51:59 malthe kernel: md: md0: raid array is not clean --
  starting background reconstruction

Esta es la salida de la autodetección de un array RAID-5 que no fue limpiamente desactivado (es decir, la máquina se cayó). La reconstrucción se inicia automáticamente. Montar este dispositivo es perfectamente seguro, ya que la reconstrucción es transparente y todos los datos son consistentes (sólo es la información de paridad la que es inconsistente - aunque la misma no se necesita hasta que un dispositivo falle).

Los dispositivos autoarrancados también son automáticamente parados durante el cierre del sistema. No se preocupe de los guiones de inicio. Simplemente, use los dispositivos /dev/md como cualquier otro dispositivo /dev/sdX o /dev/hdX.

Sí, verdaderamente es así de fácil.

Quizás desee buscar cualquier orden raidstart/raidstop en sus guiones de inicio/parada /etc/rc.d/rc.sysinit y /etc/rc.d/init.d/halt (guiones de inicio estándares de RedHat). Se usan para el antiguo estilo de RAID y no tienen utilidad en el nuevo estilo de RAID con autodetección. Elimine las líneas y todo irá perfectamente bien.

4.11 Arrancar desde RAID

Existen varias formas de configurar un sistema que monta su sistema de ficheros raíz sobre un dispositivo RAID. Desafortunadamente, ninguna de las distribuciones de Linux con las que yo he probado (RedHat y Debian) soportan un dispositivo RAID como dispositivo del sistema de ficheros raíz durante el proceso de instalación. Por tanto, le va a doler un poco si quiere esto pero, de hecho, es posible.

Actualmente, LILO no maneja dispositivos RAID y por ello, no se puede cargar el núcleo desde un dispositivo RAID en el instante del arranque. Su sistema de ficheros /boot tendrá que residir en un dispositivo que no sea RAID. Un modo de asegurar que su sistema arranca, pase lo que pase, es crear particiones /boot similares en todas las unidades de su RAID, de esa forma la BIOS siempre puede cargar datos desde, por ejemplo, la primera unidad disponible. Esto necesita que no arranque con un disco defectuoso en su sistema.

Otra forma de asegurar que su sistema siempre arranca es crear un disquete de arranque cuando toda la configuración se haya terminado. Si muere el disco en el que reside el sistema de ficheros /boot, siempre puede arrancar desde el disquete.

Método 1

Este método asume que posee un disco de reserva en el que puede instalar el sistema y que no es parte del RAID que configurará más adelante.

Si está haciendo esto con discos IDE, asegúrese de indicarle a su BIOS que todos los discos son del tipo «auto-detect», así la BIOS permitirá a su máquina arrancar incluso cuando un disco haya fallado.

Método 2

Este método necesita que parchee su paquete raidtools para poder incluir la directiva failed-disk en /etc/raidtab. Busque en los archivos de la lista de correo Linux-raid los mensajes enviados por Martin Bene, alrededor del 23 de abril de 1999, donde se envió el parche failed-disk. Se espera que esta funcionalidad esté pronto en el paquete raidtools (para cuando esté leyendo esto puede que incluso no necesite parchear las raidtools).

Sólo puede utilizar este método en RAIDs de niveles 1 o superiores. La idea es instalar un sistema sobre un disco que es adrede marcado como estropeado en el RAID, copiar a continuación el sistema en el RAID que estará funcionando en modo degrado y finalmente hacer que el RAID use el ya no necesario disco de instalación, aniquilando la anterior instalación pero haciendo que el RAID funcione en modo no degradado.

4.12 Dificultades

Nunca NUNCA nunca reparticione discos que son parte de un RAID que está funcionando. Si debe alterar la tabla de particiones de un disco que es parte de un RAID, pare primero el array y reparticione después.

Es fácil poner demasiados discos en un bus. Un bus Fast-Wide SCSI normal puede sostener 10 MB/s que es menos de lo que muchos discos pueden obtener por sí solos hoy en día. Por supuesto, colocar seis de tales discos en un bus no le proporcionará el aumento de rendimiento esperado.

La mayoría de los controladores SCSI sólo le proporcionarán un rendimiento extra si los buses SCSI son llevados prácticamente al máximo por los discos conectados a ellos. No observará una mejora de rendimiento por usar dos controladoras 2940 con dos discos SCSI viejos en lugar de simplemente hacer funcionar los dos discos sobre una sola tarjeta.

Si olvida la opción persistent-superblock puede que su array no arranque por las buenas después de que haya sido parado. Simplemente, recree el array con la opción colocada correctamente en el fichero /etc/raidtab.

Si un RAID-5 no logra reconstruirse después de que un disco haya sido eliminado y reinsertado, puede deberse al orden de los dispositivos en el fichero /etc/raidtab. Intente mover el primer par device -- raid-disk al final de la descripción del array en el fichero raidtab.

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