Linux/Software-RAID/Anlegen

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Festplatten-Cache

  • Bei einem Software-RAID ist es empfehlenswert den Schreib-Cache von Festplatten 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 Festplatten-Cache überprüfen

  • Überprüfen, ob der Write-Cache einer Festplatte aktiviert oder deaktiviert ist. Hier bei der Festplatte sda.
# hdparm -i /dev/sda
  • Ausgabe:
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: Festplatten-Cache ist hier also zur Zeit aktiviert.

Festplatten-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
  • Ausgabe:
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 Festplatten-Cache ist nun deaktiviert.

Partitionierung

  • Zunächst müssen die Bezeichnungen der zu verwendenden Festplatten bekannt sein.
  • Auf jeder Festplatte wird eine Partition erstellt, die (fast) den gesamten Platz der Platte einnimmt.
  • Die Schritte müssen für jedes Laufwerk, das am RAID teilnehmen soll, mit der entsprechenden Bezeichnung vom eigenen System wiederholt werden:

Neue, leere Partitionstabelle auf dem Laufwerk erstellen.

Neuere PCs mit UEFI Bios:

# parted /dev/sda mklabel gpt

Ältere PCs mit altem Bios:

# parted /dev/sda mklabel msdos

Einzelne Partition erstellen:

# parted -a optimal -- /dev/sda mkpart primary 2048s -8192s
  • Möchte man die gesamte Platte nutzen, gibt man statt "2048s -8192s" einfach "0% 100%" an.
  • Über den Parameter -a optimal kümmert sich parted um weitere Anpassungen, falls nötig.
  • Es ist auch möglich, die Laufwerke unpartitioniert zusammenzufassen.
  • Dies birgt jedoch einige Nachteile.
    • Zunächst verkompliziert es das Alignment und kann damit zu Geschwindigkeitseinbußen führen.
    • Außerdem kann im Falle eines Defekts nur ein Laufwerk mit genau gleicher oder höherer Sektorzahl als Ersatz benutzt werden.

Neue Partition als RAID-Partition markieren:

# parted /dev/sda set 1 raid on

Software-RAID anlegen

  • Das Hauptwerkzeug für alle Arbeiten an Software-RAIDs unter Linux ist mdadm.
  • Es bildet die Schnittstelle zu den RAID-Funktionen des Kernels.
  • Mehr Informationen finden sich im Abschnitt MDADM. Hiermit werden auch RAID-Verbunde erstellt:

RAID 1 über zwei Partitionen, sde1 und sdf1:

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

Software-RAID 5 über vier Partitionen:

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

Für weitere Infos siehe Linux:Befehl:mdadm.

Dateisystem

  • Um den RAID-Verbund als normales Speicherlaufwerk zu nutzen, muss noch ein Dateisystem darauf erstellt und dieses ins System eingebunden werden, z.B. ext4.
  • Im Falle eines RAID 1 ist dies recht einfach:
# mkfs.ext4 /dev/md0
  • 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.
  • Diese lässt sich wie folgt ermitteln:
# mdadm -D /dev/md0 | grep "Chunk Size"
  • Bei einem RAID 5 mit Standardeinstellungen liefert dies Beispielsweise:
    Chunk Size : 512K
  • Es werden also 512 KiB Chunks verwendet.
  • Hieraus können, zusammen mit der Anzahl der Partitionen und des RAID-Levels, die Dateisystem-Parameter berechnet werden.
  • 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 beispielsweise (128 * 3) = 384.

  • Details zur Anzahl der effektiv nutzbaren Partitionen finden sich im Abschnitt RAID-Level.
  • 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.
# mount /dev/md0 /media/daten
  • Damit das System beim Start das Dateisystem selber einhängt, muss eine entsprechende Zeile in die Datei /etc/fstab eingetragen werden:
/dev/md0     /media/daten      ext4      defaults 0 2

mdadm.conf aktualisieren

  • 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.
  • 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" 

Achtung!
Je nach Konfiguration kommt es zu Fehlern in der mdadm.conf. 
Daher ist es sinnvoll diese zu überprüfen. Typische Fehler sind, wenn das RAID-System nicht wie im Beispiel als md0 sondern als md127 nach einem Neustart angezeigt wird. 
Das System kommt mit der Option "-name" in der mdadm.conf nicht klar. 
Diese Option auskommentieren und System neu starten.
Um bei Ausfällen per E-Mail benachrichtigt zu werden, muss in der neuen Datei 
/etc/mdadm/mdadm.conf die Zeile

  MAILADDR root

root durch die gewünschte E-Mail-Adresse ersetzt werden. 
Dafür muss der E-Mail-Versand durch das System eingerichtet sein, z.B. via Postfix als Satellitensystem.
  • Über die Konfigurationsdatei können sehr viele Details der RAIDs angepasst werden.
  • Nähere Informationen liefert die Manpage von mdadm.conf.
  • Generell gilt bei neu aufgesetzten RAIDs allerdings: Je weniger, desto besser.
  • Standardmäßig werden alle wichtigen Informationen (Metadaten) direkt auf den beteiligten Partitionen gespeichert, auch wenn nachträglich Änderungen vorgenommen werden.
  • Andererseits haben die Parameter aus der mdadm.conf Vorrang.
  • So ist es z.B. möglich, alle am RAID beteiligten Partitionen in der Datei anzugeben.
  • Ändert sich jedoch die Reihenfolge der Festplatten (z.B. bei Austausch des Controllers, Umstecken der Kabel, Anschließen eines USB-Sticks etc.) ließe sich das RAID nicht mehr starten.
  • Auch dann nicht, wenn in den Superblöcken der RAID-Laufwerke die richtigen Metadaten (unabhängig von den Buchstabenbezeichnungen) gespeichert sind.
  • Dieses Problem lässt sich nur dann beheben, wenn die falschen Angaben in der mdadm.conf korrigiert oder explizit übergangen werden.
  • Damit die Konfiguration beim Booten verfügbar ist, muss schließlich noch die Initrd aktualisiert werden:
# update-initramfs -u -k all
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