instalando_e_configurando_raid_via_software_debian_squeeze_pt_br [DQS CONSULTORIA E TREINAMENTOS]
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Trabalhando com raid via software
Redundant Array of Independent Drives, também denominado Redundant Array of Inexpensive Drives, mais conhecido como simplesmente RAID ou ainda em português: Conjunto Redundante de Discos Independentes ou também Conjunto Redundante de Discos Econômicos ou ainda Arranjo Redundante de Discos Independentes, é um meio de se criar um sub-sistema de armazenamento composto por vários discos individuais, com a finalidade de ganhar segurança e desempenho.
Popularmente, RAID seriam dois ou mais discos (por exemplo, HD ou disco rígido) trabalhando simultaneamente para um mesmo fim, por exemplo, citando o exemplo de RAID-1 logo abaixo, serviria como um espelhamento simples, rápido e confiável entre dois discos, para fazer o backup de um disco em outro. Apesar do RAID oferecer segurança e confiabilidade na adição de redundância e evitar falhas dos discos, o RAID não protege contra falhas de energia ou erros de operação. Falhas de energia, código errado de núcleo ou erros operacionais podem danificar os dados de forma irrecuperável.
Implementação Via software
Na implementação via software, o sistema operacional gerencia o RAID através da controladora de discos, sem a necessidade de um controlador de RAIDs, tornando-a mais barata.
Nesse tipo de implementação, todo o processamento necessário para o gerenciamento do RAID é feito pela CPU. Toda movimentação de dados(leitura e escrita) é feita por uma camada de software que faz a abstração entre a operação lógica (RAID) e os discos físicos, e é controlada pelo sistema operacional.
A configuração do RAID via software é feita pelo sistema operacional, que precisa ter implementado no próprio núcleo a utilização de RAIDs via software. É possível criar RAIDs via software no Mac OS X, Linux, FreeBSD, OpenBSD e no Windows (versão server). Alternativamente, podem ser criados com algum software especialmente dedicado a manutenção de discos rígidos do fabricante da placa mãe (quando há suporte para RAID, é claro).
Implementação Via hardware
Controladoras RAID em hardware usam layouts de disco proprietários (e diferentes). Por isso, normalmente não é possível misturar controladoras de fabricantes diferentes. Eles não utilizam recursos do processador. O BIOS - Basic Input/Output System - pode iniciar (dar boot) por ela, e uma integração maior com o driver de dispositivo pode oferecer um melhor tratamento de erros.
Uma implementação de RAID em hardware requer pelo menos uma controladora especialmente dedicada para isso. Em uma estação de trabalho (PC comum) isso pode ser uma placa de expansão PCI, PCI-e ou uma placa integrada à placa-mãe. Controladoras utilizando a maioria dos tipos de drive podem ser usadas - IDE/ATA, Serial ATA, SCSI, SSA, Fibre Channel, e às vezes uma combinação. A controladora e os discos utilizados devem estar isolados. Podem estar conectados diretamente ao computador, ou conectados via SAN. A controladora gerencia os drives e faz os cálculos de paridade necessários pelo nível de RAID escolhido.
A maioria das implementações em hardware proveem cache de leitura e escrita, o que (dependendo da carga de I/O) melhora a performance. Na maioria dos casos, o cache de escrita é não-volátil (protegido por bateria), e portanto, escritas pendentes não são perdidas no caso de uma falha no suprimento de energia. Implementações em hardware promovem performance garantida, não sobrecarregam o processador e podem suportar vários sistemas operacionais, já que a controladora apresentará ao sistema operacional um disco simples. A maioria das implementações em hardware também suporta o "hot-swapping", permitindo que discos com falha sejam substituídos enquanto o sistema está sendo executado.
Níveis de RAID são as várias maneiras de combinar discos para um fim.
O sistema RAID consiste em um conjunto de dois ou mais discos rígidos com dois objetivos básicos: tornar o sistema de disco mais rápido (isto é, acelerar o carregamento de dados do disco), através de uma técnica chamada divisão de dados (data striping ou RAID 0);tornar o sistema de disco mais seguro, através de uma técnica chamada espelhamento (mirroring ou RAID 1).
Essas duas técnicas podem ser usadas isoladamente ou em conjunto.
É uma simples concatenação de partições para criar uma grande partição virtual.
No striping, ou distribuição, os dados são subdivididos em segmentos consecutivos (stripes, ou faixas) que são escritos sequencialmente através de cada um dos discos de um array, ou conjunto. Cada segmento tem um tamanho definido em blocos. A distribuição, ou striping, oferece melhor desempenho comparado a discos individuais, se o tamanho de cada segmento for ajustado de acordo com a aplicação que utilizará o conjunto, ou array. Há problemas de confiabilidade e desempenho. RAID-0 não terá desempenho desejado com sistemas operacionais que não oferecem suporte a busca combinada de setores. Uma desvantagem desta organização é que a confiança se torna geometricamente pior. Um disco SLED com um tempo médio de vida de 20.000 horas será 4 vezes mais seguro do que 4 discos funcionando em paralelo com RAID 0 (admitindo-se que a capacidade de armazenamento somada dos quatro discos for igual ao do disco SLED). Como não existe redundância, não há confiabilidade neste tipo de organização.
Acesso rápido as informações (até 50% mais rápido);
custo baixo para expansão de memória.
Caso algum dos setores de algum dos HD's venha a apresentar perda de informações, o mesmo arquivo que está dividido entre os mesmos setores dos demais HD's não terão mais sentido existir, pois uma parte do arquivo foi corrompida, ou seja, caso algum disco falhe, não tem como recuperar;
Não é usada paridade.
RAID-1 é o nível de RAID que implementa o espelhamento de disco, também conhecido como mirror. Para esta implementação são necessários no mínimo dois discos. O funcionamento deste nível é simples: todos os dados são gravados em dois discos diferentes; se um disco falhar ou for removido, os dados preservados no outro disco permitem a não descontinuidade da operação do sistema.
Caso algum setor de um dos discos venha a falhar, basta recuperar o setor defeituoso copiando os arquivos contidos do segundo disco;
Segurança nos dados (com relação a possíveis defeitos que possam ocorrer no HD).
Custo relativamente alto se comparado ao RAID 0;
Ocorre aumento no tempo de escrita;
O RAID 2 surgiu no final dos anos 1980, onde os HDs não possuíam checagem de erros. Assim, pode-se dizer que o RAID 2 é similar ao RAID 4, mas possuíndo algoritmos de Hamming ECC (Error Correcting Code)[1], que é a informação de controle de erros, no lugar da paridade. Além disso, pode-se ter várias configurações, como 10 discos normais + 4 discos somente para ECC. Este fato possibilita uma protecção adicional, porém o RAID 2 ficou obsoleto pelas novas tecnologias de disco já possuírem este tipo de correcção internamente. O RAID 2 origina uma maior consistência dos dados se houver queda de energia durante a escrita. Baterias de segurança e um encerramento correto podem oferecer os mesmos benefícios.
Usa ECC, diminuindo a quase zero as taxas de erro, mesmo com falhas de energia.
Hoje em dia, há tecnologias melhores para o mesmo fim.
Dependendo da configuração e necessidade da empresa, era necessário a mesma quantidade de discos ECC para discos normais, isto é, desperdício de espaço que poderia ser usado para dados.
O RAID 3 é uma versão simplificada do RAID nível 2. Nesse arranjo, um único bit de paridade é computado para cada palavra de dados e escrito em um drive de paridade. À primeira vista, pode parecer que um único bit de paridade dá somente detecção de erro, e não correção de erro. Para o caso de erros aleatórios não detectados, essa observação é verdadeira. Todavia, para o caso de uma falha de drive, ela provê correção total de erros de um bit, uma vez que a posição do bit defeituoso é conhecida. Se um drive falhar, o controlador apenas finge que todos os seus bits são "zeros". Se uma palavra apresentar erro de paridade, o bit que vem do drive extinto deve ter sido um "um", portanto, é corrigido.
A fim de evitar o atraso em razão da latência rotacional, o RAID 3 exige que todos os eixos das unidades de disco estejam sincronizados. A maioria das unidades de disco mais recentes não possuem a opção de sincronização do eixo, ou se são capazes disto, faltam os conectores necessários, cabos e documentação do fabricante.
Escrita rápida;
Possui controle de erros.
Montagem difícil via software.
O RAID 4 funciona com três ou mais discos iguais. Um dos discos guarda a paridade (uma forma de soma de segurança) da informação contida nos discos. Se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Os discos restantes, usados para armazenar dados, são configurados para usarem segmentos suficientemente grandes (tamanho medido em blocos) para acomodar um registro inteiro. Isto permite leituras independentes da informação armazenada, fazendo do RAID 4 um array perfeitamente ajustado para ambientes transacionais que requerem muitas leituras pequenas e simultâneas.
O RAID 4 assim como outros RAID's, cuja característica é utilizarem paridade, usam um processo de recuperação de dados mais envolvente que arrays espelhados, como RAID 1. Este nível também é útil para criar discos virtuais de grande dimensão, pois consegue somar o espaço total oferecido por todos os discos, exceto o disco de paridade. O desempenho oferecido é razoável nas operações de leitura, pois podem ser utilizados todos os discos em simultâneo.
Sempre que os dados são escritos no array, as informações são lidas do disco de paridade e um novo dado sobre paridade deve ser escrito para o respectivo disco antes da próxima requisição de escrita ser realizada. Por causa dessas duas operações de I/O, o disco de paridade é o factor limitante do desempenho total do array. Devido ao facto do disco requerer somente um disco adicional para protecção de dados, este RAID é mais acessível em termos monetários que a implementação do RAID 1.
Taxa de leitura rápida;
Possibilidade do aumento de área de discos físicos.
Taxa de gravação lenta;
Em comparação com o RAID 1, em caso de falha do disco, a reconstrução é difícil, pois o RAID 1 já tem o dado pronto no disco espelhado;
Tecnologia não mais usada por haver melhores para o mesmo fim.
Maior rapidez com tratamento de ECC;
Leitura rápida (porém escrita não tão rápida).
sistema complexo de controle dos HDs.
É um padrão relativamente novo, suportado por apenas algumas controladoras. É semelhante ao RAID 5, porém usa o dobro de bits de paridade, garantindo a integridade dos dados caso até 2 dos HDs falhem ao mesmo tempo. Ao usar 8 HDs de 20 GB cada um, em RAID 6, teremos 120 GB de dados e 40 GB de paridade.
Possibilidade falhar 2 HDs ao mesmo tempo sem perdas.
Precisa de N+2 HDs para implementar por causa dos discos de paridade;
escrita lenta;
RAID 0 (zero) + 1
O RAID 0 + 1 é uma combinação dos níveis 0 (Striping) e 1 (Mirroring), onde os dados são divididos entre os discos para melhorar o rendimento, mas também utilizam outros discos para duplicar as informações. Assim, é possível utilizar o bom rendimento do nível 0 com a redundância do nível 1. No entanto, é necessário pelo menos 4 discos para montar um RAID desse tipo. Tais características fazem do RAID 0 + 1 o mais rápido e seguro, porém o mais caro de ser implantado. No RAID 0+1, se um dos discos vier a falhar, o sistema vira um RAID 0.
Ex: se os dois discos que possuam a sequencia A1, A3, A5 falharem ao mesmo tempo, haverá perda de dados. Se apenas uma das controladoras falhar, o sistema continua funcionando, mas sem outra tolerância a falha e sem o ganho de velocidade.
Pode falhar 1 dos HD's, ou os dois HD's do mesmo DiskGroup, porém deixando de ser RAID 0 + 1.
Alto custo de expansão de hardware (custo mínimo = 4N HDs);
Os drives devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance.
O RAID 1+0, ou 10, exige ao menos 4 discos rígidos. Cada par será espelhado, garantindo redundância, e os pares serão distribuídos, melhorando desempenho. Até metade dos discos pode falhar simultaneamente, sem colocar o conjunto a perder, desde que não falhem os dois discos de um espelho qualquer — razão pela qual usam-se discos de lotes diferentes de cada 'lado' do espelho. É o nível recomendado para bases de dados, por ser o mais seguro e dos mais velozes, assim como qualquer outro uso onde a necessidade de economia não se sobreponha à segurança e desempenho.
Pode falhar um ou dois dos HDs ao mesmo tempo, dependendo de qual avaria.
Os drivers devem ficar em sincronismo de velocidade para obter a máxima performance.
É um arranjo híbrido que usa as técnicas de RAID com paridade em conjunção com a segmentação de dados. Um arranjo RAID-50 é essencialmente um arranjo com as informações segmentadas através de dois ou mais arranjos. Veja o esquema representativo abaixo:
Ótimo para uso em servidores.
O RAID 100 basicamente é composto do RAID 10+0. Normalmente ele é implementado utilizando uma combinação de software e hardware, ou seja, implementa-se o RAID 0 via software sobre o RAID 10 via Hardware.
aptitude update && aptitude dist-upgrade && aptitude install mdadm
Precisamos carregar o módulo de raid
Agora vamos aos comandos para Desmontar um RAID
Desfazer a ligação entre os discos:
mdadm --zero-superblock /dev/sdf
Agora vamos aos comandos para a criação do raid 0
mdadm -C /dev/md0 -v -l 0 -n 2 /dev/{sdb,sdc}
Aqui estamos utilizando 2 discos o /dev/sdb e o /dev/sdc
mdadm é o comando para a criação do raid
-C qual dispositivo que vai ser criado no nosso cado o /dev/md0
-l 0 O level de raid no nosso caso o raid 0
-n numero de dispositivos utilizandos para o raid
/dev/{sdb,sdc} → discos que vão ser utilizados para a criação do raid
O raid 0 não tem redundância ele serve para expandirmos o tamanho do disco ou seja caso tenhamos 2 discos de 20 GB e montarmos o raid 0 com eles vamos ter um raid de 40GB, porem caso um deles venha a falhar vamos perder toda a partição pois os dados são gravamos distribuindo pelos 2 discos.
Agora vamos aos comandos para a criação de um raid 1
mdadm -C /dev/md1 -v -l 1 -n 2 /dev/{sdd,sde}
-C Qual dispositivo que vai ser criado no nosso caso o /dev/md1
-l 1 O level de raid no nosso caso o raid 1
-n Número de dispositivos utilizados para o raid
/dev/{sdd,sde} → Discos que vão ser utilizados para a criação do raid
O raid 1 trabalha com redundância pois espelha os discos no caso dos meus dois discos com 20GB o tamanho do raid vai ser 20GB pois estamos trabalhando com eles espelhando os dados, neste caso perderíamos um disco em questões de tamanho de armazenamento.
Um dos níveis mais utilizados. Nele, cada elemento do conjunto guarda dados e informações sobre paridade, o que resulta em uma melhor performace de gravação por não haver necessidade de acessar um outro disco para gravar a paridade dos dados. Se um dos elementos do conjuntos falhar, não prejudica o funcionamento do arranjo como um todo, apenas causa perda da performace até que esse elemento seja reintegrado ao conjunto.
OBS: Caso mais de um membro do arranjo falhe, ele se torna indisponível, ou seja o RAID 5 não suporte perda de mais de um componente do arranjo.
Agora vamos aos comandos para a criação de um raid 5
mdadm -C /dev/md5 -v -l 5 -n 3 /dev/{sdf,sdg,sdh}
Aqui estamos utilizando 3 discos o /dev/sdf e o /dev/sdg e o /dev/sdh
-C Qual dispositivo que vai ser criado no nosso caso o /dev/md5
-l 5 O level de raid no nosso caso o raid 5
/dev/{sdf,sdg,sdh} → Discos que vão ser utilizados para a criação do raid
Para acompanhar o raid podemos verificar o arquivo /proc/mdstat
Exemplo de um arquivo com um raid1 e um raid5
md1 : active raid1 sdc[1] sdb[0]
md5 : active raid5 sdf[3] sdd[0] sde[1]
4191232 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [3/3] [UUU]
Agora é só montar o sistema de arquivos em um dos /dev/{md1,md5}
mkfs.ext3 -L raid1 /dev/md1
mkfs.ext3 -L raid5 /dev/md5
Agora temos que efetuar a montagem do raid para podemos utilizá-lo
mkdir /mnt/{raid1,raid5}
mount /dev/md1 /mnt/raid1
mount /dev/md5 /mnt/raid5
Vamos verificar as partições
Sist. Arq.    Tipo    Size  Used Avail Use% Montado em
/dev/sda1     ext3    323M  146M  161M  48% /
tmpfs        tmpfs    249M     0  249M   0% /lib/init/rw
udev         tmpfs    244M  180K  244M   1% /dev
tmpfs        tmpfs    249M     0  249M   0% /dev/shm
/dev/sda9     ext3    7,9G  147M  7,4G   2% /home
/dev/sda8     ext3    368M   11M  339M   3% /tmp
/dev/sda5     ext3    7,5G  704M  6,4G  10% /usr
/dev/sda6     ext3    2,8G  257M  2,4G  10% /var
/dev/md1      ext3    2,0G   36M  1,9G   2% /mnt/raid1
/dev/md5      ext3    4,0G   73M  3,7G   2% /mnt/raid5
Os últimos são os nossos arrays
Agora precisamos de uma forma para que eles subam na inicialização, então vamos pegar as identificações deles
Um exemplo do arquivo /etc/mdadm/mdadm.conf
# This file was auto-generated on Tue, 09 Aug 2011 09:29:33 -0300
ARRAY /dev/md/1 metadata=1.2 UUID=d54a7d1b:9f419df5:25251005:2ad3a668 name=debian22:1
ARRAY /dev/md/5 metadata=1.2 UUID=0e31bb76:46b38d02:cc02b1bc:7248912f name=debian22:5
Agora vamos tirar a identificação das partições
/dev/sda1: UUID="b76bd2ef-b659-45d5-9fad-5bb15cd33040" TYPE="ext3"
/dev/sda5: UUID="e3bc4b38-68e0-48f5-8c91-741dc110ae45" TYPE="ext3"
/dev/sda6: UUID="275b073b-0b12-4781-98f3-26c87caee7dc" TYPE="ext3"
/dev/sda7: UUID="fb553dc0-5927-4ea4-8885-c9be8b0468d4" TYPE="swap"
/dev/sda8: UUID="3cf18df1-e31c-4fdf-a267-d8d4256b6ba2" TYPE="ext3"
/dev/sda9: UUID="ef9c85da-d5b3-4ddf-973a-4527f121d97d" TYPE="ext3"
/dev/sdb: UUID="d54a7d1b-9f41-9df5-2525-10052ad3a668" LABEL="debian22:1" TYPE="linux_raid_member"
/dev/sdc: UUID="d54a7d1b-9f41-9df5-2525-10052ad3a668" LABEL="debian22:1" TYPE="linux_raid_member"
/dev/md1: UUID="647d1da8-0f99-48c5-bbea-ab30595cfe76" TYPE="ext3"
/dev/sdd: UUID="0e31bb76-46b3-8d02-cc02-b1bc7248912f" LABEL="debian22:5" TYPE="linux_raid_member"
/dev/sde: UUID="0e31bb76-46b3-8d02-cc02-b1bc7248912f" LABEL="debian22:5" TYPE="linux_raid_member"
/dev/md5: UUID="1316b782-58e9-486e-b97e-75882a5a1807" TYPE="ext3"
/dev/sdf: UUID="0e31bb76-46b3-8d02-cc02-b1bc7248912f" LABEL="debian22:5" TYPE="linux_raid_member"
Nós precisamos da identificação do /dev/md1 e do /dev/md5 para colocarmos o nosso raid na inicialização.
O nosso arquivo do /etc/fstab tem que ficar parecido com o abaixo
UUID=b76bd2ef-b659-45d5-9fad-5bb15cd33040 /               ext3    errors=remount-ro 0       1
UUID=ef9c85da-d5b3-4ddf-973a-4527f121d97d /home           ext3    defaults        0       2
UUID=3cf18df1-e31c-4fdf-a267-d8d4256b6ba2 /tmp            ext3    defaults        0       2
UUID=e3bc4b38-68e0-48f5-8c91-741dc110ae45 /usr            ext3    defaults        0       2
UUID=275b073b-0b12-4781-98f3-26c87caee7dc /var            ext3    defaults        0       2
UUID=fb553dc0-5927-4ea4-8885-c9be8b0468d4 none            swap    sw              0       0
UUID="647d1da8-0f99-48c5-bbea-ab30595cfe76" /mnt/raid1    ext3    defaults         0      0
UUID="1316b782-58e9-486e-b97e-75882a5a1807" /mnt/raid5    ext3    defaults         0      0
Agora vamos ver como testamos o nosso raid vamos dar falha em um dispositivo do nosso raid
mdadm --fail /dev/md1 /dev/sdc
mdadm: set /dev/sdc faulty in /dev/md1
Vamos analisar o arquivo /proc/mdstat pode ser notado que em md1 temos um [_U] que significa que o sdc esta falho
md1 : active raid1 sdc[1](F) sdb[0]
2096116 blocks super 1.2 [2/1] [_U]
Agora vamos ver como fazemos para remover o dispositivo do array que esta com problema
mdadm --remove /dev/md1 /dev/sdc
mdadm: hot removed /dev/sdc from /dev/md1
Como pode ser notado em /proc/mdstat temos somente um sdb em md1 ou seja estamos sem um disco agora vamos ver para adicionar ele novamente.
md1 : active raid1 sdb[0]
Adicionando o novo disco
mdadm --add /dev/md1 /dev/sdc
Agora vamos acompanhar os logs
[================>.............]  recovery = 38.5% (809408/2096116) finish=0.1min speed=202352K/sec
Como pode ser notado o array esta sincronizando. Assim que terminar o array vamos ficar assim
Podemos acrescentar um novo disco para ficar de reserva com o comando abaixo.
mdadm --manage /dev/md1 --add /dev/sdg
Agora vamos verificar o arquivo /proc/mdstat
md1 : active raid1 sdg[2](S) sdc[1] sdb[0]
md5 : active raid5 sdd[0] sdf[3] sde[1]
Como pode ser notado em md1 temos o sdg que esta com (S) que é de spare-disk nosso disco reserva entao caso o algum dos dois disco apresente problema ele assume automaticamente, vamos fazer um teste. Vamos fazer dar falha em um disco