Linux/Software-RAID/Anlegen

Das Hauptwerkzeug für alle Arbeiten an Software-RAIDs unter Linux ist mdadm.

mdadm

• mdadm bildet die Schnittstelle zu den RAID-Funktionen des Kernels.

• Hiermit werden auch RAID-Verbunde erstellt.

RAID über zwei Partitionen

• z.B mit den Partitionen sde1 und sdf1:

# mdadm --create /dev/Name_des_RAIDs --auto md --level=RAID-Level --raid-devices=Anzahl_der_Partitionen /dev/Name_der_Partition /dev/Name_der_Partition

RAID 5 über vier Partitionen

• z.B. mit den Partitionen sde1, sdf1, sdg1 und sdh1:

# mdadm --create /dev/Name_des_RAIDs --auto md --level=5 --raid-devices=4 /dev/sde1 /dev/sdf1 /dev/sdg1 /dev/sdh1

Dateisystem

• Um den RAID-Verbund als normales Speicherlaufwerk zu nutzen, muss noch ein Dateisystem darauf erstellt und dieses in das System eingebunden werden, z.B. ext4.

RAID 1

# mkfs.ext4 /dev/md0

RAID 0, 5, 6 oder 10

• Bei komplexeren Verbunden wie RAID 0, 5, 6 oder 10 sollte das Dateisystem auf das RAID angepasst werden, um optimale Leistung zu ermöglichen.
• Dafür muss zunächst die sog. Chunk Size, also die Datenmenge, die in einem einzelnen Schreibvorgang geschrieben wird, bekannt sein.

Alignment (Ausrichtung)

• Datenträger, RAID-Verbunde und Dateisysteme fassen Daten jeweils für sich in Blöcke zusammen, bevor sie gespeichert werden.
• Diese Blöcke haben im Allgemeinen alle unterschiedliche Größen.
• Um eine optimale Performance zu erzielen, sollten die Größen aufeinander abgestimmt sein.

Ermittlung der Chunk Size

# mdadm -D /dev/md0 | grep "Chunk Size" 

• Bei einem RAID 5 mit Standardeinstellungen liefert dies z.B.:

    Chunk Size : 512K

• Es werden also 512 KiB Chunks verwendet.

Änderung der Chunk Size

• Chunk Size auf 64 KiB ändern.
• Macht nur Sinn, wenn auf dem RAID hauptsächlich sehr kleine Dateien geschrieben bzw. gelesen werden sollen.

# mdadm --grow -c 64 /dev/md0

Berechnung des Alignments

• Hieraus können, zusammen mit der Anzahl der Partitionen und des RAID-Levels, die Dateisystem-Parameter berechnet werden.

• Am einfachsten geht das mittels eines Raid-Stride-Calculators.

• Alternativ können die Parameter auch von Hand ermittelt werden.
  • block-size - Die Größe der Dateisystemblöcke in Bytes. Heutzutage werden fast ausschließlich 4096 Byte (4 KiB) Blöcke verwendet.
  • stride-size - Die Chunk Size umgerechnet in Dateisystemblöcke. Bei 512 KiB Chunk Size mit 4 KiB Blöcken ergibt sich 512 KiB/ 4 KiB = 128.
  • stripe-width - Die Größe eines Datenstreifens, also die Menge an Blöcken, die geschrieben wird, wenn ein voller Chunk auf jedes Laufwerk geschrieben wird. Diese berechnet sich aus stride-size * Anzahl der effektiv nutzbaren Partitionen. Bei einem RAID 5 über 4 Partitionen ergibt sich hier 128 * 3 = 384.

• Details zur Anzahl der effektiv nutzbaren Partitionen findet man im Artikel Hardware:Storage:RAID.

• Sind die Parameter ermittelt, wird das Dateisystem erstellt:

# mkfs.ext4 -b 4096 -E stride=128,stripe-width=384 /dev/md0

RAID mounten

• Das RAID muss noch in die Verzeichnisstruktur eingebunden werden.

• Dies geschieht einfach mittels mount, z.B. am Mountpunkt /media/daten.

Manuell und transient (nicht dauerhaft)

# mount /dev/md0 /media/daten

Automatisch und persistent (dauerhaft)

• Damit das System beim Start das Dateisystem selber einhängt, muss eine entsprechende Zeile in die Datei /etc/fstab eingetragen werden.
• Man kann zum beim Eintrag den Namen des RAIDs oder seine UUID (Universally Unique Identifier) verwenden.
• Bei Verwendung des Namens kann es u.U. zu Problemen führen.
• Besser man verwendet die UUID, diese ist absolut eindeutig.

UUID=ausgelesene UUID     /media/daten      ext4      defaults 0 2

UUID auslesen

Name des RAID-Array hier md0.

# blkid –c /dev/md0

/dev/md0: UUID="e5e4d736-b1a8-4400-bda6-1a4c44bbe783" TYPE="ext4"

mdadm.conf

• Alle Informationen zum RAID werden auf jeder verwendeten Partition in den sog. Superblock geschrieben (auch Metadaten genannt).

• Der Kernel sucht beim Starten automatisch nach diesen Superblöcken und startet alle voll funktionsfähigen RAIDs, ohne dass eine Konfigurationsdatei nötig ist.

• Trotzdem kann es sinnvoll sein, eine Konfigurationsdatei zu erstellen, z.B. wenn man über Ausfälle am RAID per E-Mail benachrichtigt werden möchte.

• Über die Konfigurationsdatei können sehr viele Details der RAIDs angepasst werden.

• Generell gilt bei neu aufgesetzten RAIDs allerdings: Je weniger, desto besser.

• Nähere Informationen liefert die Manpage von mdadm.conf.

Erstellen der mdadm.conf

• Die Konfigurationsdatei kann bequem mit einem Skript von mdadm erstellt werden und enthält dann direkt alle Definitionen aller momentan aktiven RAIDs:

# su -c "/usr/share/mdadm/mkconf > /etc/mdadm/mdadm.conf"

Über Ausfälle am RAID per E-Mail benachrichtigt werden

• In der mdadm.conf muss dafür in der Zeile...

MAILADDR root 

• ...root durch die gewünschte E-Mail-Adresse ersetzt werden.

MAILADDR xzy@abc.org

• Dafür muss der E-Mail-Versand durch das System eingerichtet sein, z.B. via Postfix als Satellitensystem.

RAID-Optimierung

Datenträger-Cache

• Bei einem Software-RAID ist es empfehlenswert den Schreib-Cache von Datenträger zu deaktivieren, um bei einem Stromausfall keinen Datenverlust zu erleiden.
• Ausnahme sind dabei SSDs mit integrierten Kondensatoren, die den Cache-Inhalt bei einem Stromausfall noch auf den Flash-Speicher schreiben (z.B. Intel DC S3510 Series SSDs).

Status Datenträger-Cache überprüfen

• Überprüfen, ob der Write-Cache einer Datenträger aktiviert oder deaktiviert ist. Hier bei der Datenträger sda.

# hdparm -i /dev/sda

Model=INTEL SSDMCEAC060B3, FwRev=LLLi, SerialNo=CVLI303201QK060K
Config={ Fixed }
RawCHS=16383/16/63, TrkSize=0, SectSize=0, ECCbytes=0
BuffType=unknown, BuffSize=unknown, MaxMultSect=16, MultSec=16
CurrCHS=16383/16/63, CurSecs=16514064, LBA=yes, LBAsects=117231408
IORDY=on/off, tPIO={min:120,w/IORDY:120}, tDMA={min:120,rec:120}
PIO modes:  pio0 pio3 pio4
DMA modes:  mdma0 mdma1 mdma2
UDMA modes: udma0 udma1 udma2 udma3 udma4 udma5 *udma6
AdvancedPM=yes: unknown setting WriteCache=enabled
Drive confirms to: unknown:  ATA/ATAP-2,3,4,5,6,7

* signifies the current active mode

• WriteCache=enabled: Datenträger-Cache ist hier also zur Zeit aktiviert.

Datenträger-Cache deaktivieren

• Mit einem Editor die Konfigurationsdatei von hdparm unter /etc/hdparm.conf öffnen, z.B. mit vim.
• Dort in der Zeile #write_cache = off Auskommentierung aufheben und Änderung speichern.

# -W Disable/enable the IDE drive's write-caching feature
write_cache = off

• Nach einem Systemneustart sieht das Ergebnis wie folgt aus:

# hdparm -i /dev/sda

Model=INTEL SSDMCEAC060B3, FwRev=LLLi, SerialNo=CVLI303201QK060K
Config={ Fixed }
RawCHS=16383/16/63, TrkSize=0, SectSize=0, ECCbytes=0
BuffType=unknown, BuffSize=unknown, MaxMultSect=16, MultSec=16
CurrCHS=16383/16/63, CurSecs=16514064, LBA=yes, LBAsects=117231408
IORDY=on/off, tPIO={min:120,w/IORDY:120}, tDMA={min:120,rec:120}
PIO modes:  pio0 pio3 pio4
DMA modes:  mdma0 mdma1 mdma2
UDMA modes: udma0 udma1 udma2 udma3 udma4 udma5 *udma6
AdvancedPM=yes: unknown setting WriteCache=disabled
Drive confirms to: unknown:  ATA/ATAP-2,3,4,5,6,7

* signifies the current active mode

• Der Datenträger-Cache ist nun deaktiviert.

Anwendung

RAID 1 über zwei Partitionen

• z.B mit den Partitionen sde1 und sdf1:

# mdadm --create /dev/md0 --auto md --level=1 --raid-devices=2 /dev/sde1 /dev/sdf1

RAID 5 über vier Partitionen

• z.B. mit den Partitionen sde1, sdf1, sdg1 und sdh1:

# mdadm --create /dev/md0 --auto md --level=5 --raid-devices=4 /dev/sde1 /dev/sdf1 /dev/sdg1 /dev/sdh1

Quellen

https://wiki.ubuntuusers.de/Software-RAID/

https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/Linux_Software_RAID

https://wiki.hetzner.de/index.php/Seriennummern_von_Festplatten_und_Hinweise_zu_defekten_Festplatten#Ermitteln_der_Seriennummer_einer_Festplatte