Linux.raid

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"md" ist ein Kernel Bestandteil von Linux mit dem man per Software ein RAID-System aufbauen kann. md stellt dem Linux System eine virtuelle Partition zur Verfügung (in der Regel "/dev/md0") die es "so" gar nicht real auf der/den Festplatte(n) gibt. Je nach RAID Level werden Schreib- Lesezugriff auf /dev/md0 durch die md-Software auf die realen Partitionen weitergegeben. RAID kann für mehr Datensicherheit sorgen (der Preis dafür ist geringe Geschwindigkeit sowie geringere Nettonutzinhalt der Partition), oder für höhere Zugriffsgeschwindigkeit (der Preis dafür die eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit), das alles jedoch unterhalb der Dateisystem-Ebene. Ich finde Software-RAID optimal, da das ganze Array von einem Mainboard auf ein anderes umgezogen werden kann. Auch von einem Kernel zu einem neueren. Es ist kein spezieller Controller nötig, der 2fach vorgehalten werden muss. Hier einige ausgesuchte Details - Infos ...

wie funktioniert das?

Inbetriebnahme

Tipps

  • Benutze eine eigene Platte (SSD) für Boot und Betriebssystem. Es gibt natürlich auch die Möglichkeit vom RAID Array zu booten, oder Swap oder Systempartitionen darauf zu haben, aber das ist NICHT zu empfehlen weil es auch mit Risiken verbunden ist (Wenn das vermischt wird schwächst Du die Datensicherheit, Gefahr bei Updates, Mobilität). Betrachte dein RAID Array als Verbund, den man auch mal komplett an neue Hardware anschliessen können muss.
  • Benutze Level 5 (ab 3 Partitionen) für Grössen bis 5GB oder Level 6 (ab 4 Partitionen) ab 5 GB
  • Benutze ein Bitmap (das ist default!), aber kein externes (dadurch schwächst Du die Datensicherheit, Stichwort Mobilität des RAID)
  • Benutze Platten mit nahezu gleicher Grösse und Datenrate
  • Wenn eine Platte leicht oder sehr viel grösser ist als die anderen im Verbund. Erstelle dennoch eine maximal grosse Partition. Wenn die kleinen Platten in Zukunft alle ausgefallen / ausgetauscht sind kannst Du mit --grow die RAID Partition auch vergrössern und so den zunächst ungenutzen Platz dennoch nutzen.
  • Benutze Platten verschiedener Hersteller, oder verschiedene Modelle / Serien, oder verschiedene Chargen Nummern. Dies erhöht die Diversität des Ausfallmomentes.
  • Mache Firmware-Updates aller Platten auf einem Windows PC vor dem Einbau
  • Bei einer Wartung kann die SATA Verkabelung völlig vertauscht werden, kein Problem!
  • Versuche zumindest einen SATA Port freizulassen, hier kann bei einem Plattentausch die "Neue" angeschlossen werden, ohne dass man eine bestehende Platte abziehen muss (Ja, man kann und sollte im reibungslos laufenden Betrieb mal eine (alte) Platte tauschen!!). Optimal sind z.B. 6x SATA Ports: 1x System 4x RAID6 1x frei
  • Mache Dir eine Lageplan-Skizze der Platten mit folgenden Angaben:
    • Lage der Platte (aus der Skizze ersichtlich)
    • SATA Port Bezeichnung (z.B. "Rot"-"0", ermitteln durch Aufdruck auf dem Mainboard)
    • Plattenbezeichnung (z.B. "/dev/sdb", ermitteln durch hwinfo --hdd)
    • "Serien-Nummer" der Platte (z.B. "GDCCBSGGS", ermitteln durch smartctl -a /dev/sdb)
    • Nummer der Platte inerhalb des RAID-Verbundes (z.B. "3", ermitteln mdadm --detail /dev/md0)

Hardware

Versuchsaufbau

  • Hier 4x 1 Terrabyte Festplatten von 2 unterschiedlichen Herstellern (2x ST1000NM0011, 2x WD1003FBYX) im Software RAID 5 Verbund
  • Zum Booten und für das openSuSe 11.4 System verwende ich eine Intel SSD
  • Man sieht im Versuchsaufbau die 4 Festplatten auf übergrosse Kühlkörper geschraubt

Produktiv

  • 6x HotSwap Wechselrahmen auf einem 19" Träger

  • Die Wechselrahmen passiv (Bin nicht so 100% zufrieden, werden durch ICY DOCK ersetzt)

Software

Partition(en) erstellen

  • Auf allen RAID Platten des Verbundes: erstelle eine primäre & maximale Partition Typ "fd" (=Linux RAID autodetect)
  • Es spielt keine Rolle ob eine DOS-Partitionstabelle (fdisk) oder eine GPT-Partitionstabelle (gdisk) erstellt wird
  • Bei OpenSuse verwende ich gerne die Partitionsverwaltung in ...
    • yast

die RAID-Partition erstellen

  • Erstelle eine raid-Partition aus den Einzelnen
    • mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=6 --raid-devices=5 /dev/sd[bcdef]1


  • Nicht erschrecken, direkt nach dem Erstellen eines RAID5 Verbundes ist da einige Zeit ein "Spare" Drive, das verschwindet aber wenn das Array vollständig erzeugt ist. Schon in dieser Phase kann das Array benutzt also beschrieben werden.
http://www.spinics.net/lists/raid/msg34976.html

Dateisysten mounten

  • Erstelle ein Filesystem auf der raid-Partition
    mkfs.ext4 -m 0 /dev/md0
    • "-m 0": da die Platte NICHT unsere Systemplatte ist soll für root nichts reserviert werden
    • Im Internet gibt es Infos, dass ext4 auf den RAID Betrieb hin optimiert werden kann. Das passiert aber im Rahmen der Erzeugung des Systems von alleine. Die manuelle Berechnung ist hier. Es war bei mir aber immer so dass die Werte passten! Hier: http://busybox.net/~aldot/mkfs_stride.html aber der Link für die Berechnung der Werte.
    • Ich habe ein ext4 Dateisystem, also vielmehr das darunter liegende md-Device von RAID5 auf RAID6 migriert, dabei habe ich die Plattenanzahl von 4 auf 5 erhöht, dennoch passten die Werte am Ende wieder zusammen.

Infos über RAID und ext4

#
# Welche Platte hängt an welchem SATA-Controller?
#
hwinfo --disk | grep ata
 
#
# Aktueller Status des RAID Verbundes
#
cat /proc/mdstat

# 
# Alle Parameter meines RAID 6
#
mdadm --detail /dev/md0

#
# Alle Infos über den Superblock auf jeder Disk
#
mdadm --examine /dev/sdb1
mdadm --examine /dev/sdc1
mdadm --examine /dev/sdd1
mdadm --examine /dev/sde1
mdadm --examine /dev/sdf1

#
# Alle Parameter meines ext4 Dateisystems
#
tune2fs -l /dev/md0

#
# Alternativer Befehl
#
dumpe2fs /dev/md0

Dateisystem <-> RAID

Das Dateisystem kann es RAID-Verbund leicht machen, oder das Leben auch erschweren. In der Regel geht ein Dateisystem davon aus dass etwas lesen, oder etwas schreiben im Prinzip die gleichen Kosten hat. Wegen der Redundanz hat der Verbund mit "schreiben" jedoch sehr viel höhere Kosten, beim Lesen hingegen kann die Redundanz sogar die Leistung verbessern.

...

Betrieb

Vollständiger Lesecheck

echo check > /sys/block/md~ArrayNummer~/md/sync_action
  • Werden Platten zu warm, oder es ist zu viel los kann man den check unterberechen
echo idle > /sys/block/md~ArrayNummer~/md/sync_action
  • Ist die Prüfung beendet lass Dir anzeigen ob es Lesefehler gab
cat /sys/block/md~ArrayNummer~/md/mismatch_cnt

Montoring

watch -n.4 'cat /proc/mdstat'

mdadm --detail /dev/md0

smartctl -l scttemp /dev/sdX | grep Current

Identifikation

dd if=/dev/sdX of=/dev/null

Umzug

  1. Wenn möglich unmounten, um das Array definiert runterzufahren. Stromlos schalten.
  2. Das ganze Array einfach abklemmen, über die SATA-Host-Kanal-Kabel-Reihenfolge keine Gedanken machen.
  3. An den neuen Server anschliessen. Neu starten, im dmesg müsste über die Bildung eines neuen md-devices berichtet sein.
  4. die neue md-Partition mit dem richtigen FIlesystem mounten fertig.


  • Umzug von Kernel 3.0.101-95 nach 3.4.63-2.44 ist ohne Probleme gelungen
  • Umzug von Kernel 3.4.63-2.44 nach Kernel 4.1.10-1 ist ohne Probleme gelungen

Vorsorglicher Austausch einer Platte

Dazu ist es von Vorteil, wenn man eine weitere SATA Schnittstelle im System frei hat. An diesen neuen Port hängt man die neue Platte. Nach dem Start schaut man mit hwinfo --disk wie der Devicename von Linux für die neue Platte vergeben wurde.


  • Die neue Platte: Eine maximal grosse Linux-RAID Partition erstellen (mache ich mit yast)
  • Die neue Partition der neuen Platte muss man bekannt machen
    •  mdadm /dev/md0 --manage --add /dev/sdd1 
  • Die alte Partition muss ausgetauscht werden
    •  mdadm /dev/md0 --replace /dev/sde1 
  • Nun erfolgt die resync-Phase
    •  watch -n.4 'cat /proc/mdstat' 
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md0 : active raid6 sdd1[4](R) sdc1[1] sde1[2] sdb1[0] sdf1[3]
      976504832 blocks super 1.2 level 6, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
      [==========>..........]  recovery = 53.3% (260476332/488252416) finish=59.5min speed=63787K/sec
      bitmap: 0/4 pages [0KB], 65536KB chunk

unused devices: <none>
  • Man erkennt dass RAID-Device "2" (rot) durch "2" (grün) ersetzt wird

 mdadm --detail /dev/md0  

/dev/md0:
       Version : 1.2
 Creation Time : Wed Jan 28 22:47:57 2015
    Raid Level : raid6
    Array Size : 976504832 (931.27 GiB 999.94 GB)
 Used Dev Size : 488252416 (465.63 GiB 499.97 GB)
  Raid Devices : 4
 Total Devices : 5
   Persistence : Superblock is persistent

 Intent Bitmap : Internal

   Update Time : Mon Mar 30 17:49:32 2015
         State : active, recovering
Active Devices : 4
Working Devices : 5
Failed Devices : 0
 Spare Devices : 1

        Layout : left-symmetric
    Chunk Size : 512K

Rebuild Status : 55% complete

          Name : raib23:0  (local to host raib23)
          UUID : a9b9721a:7da8602e:313975c3:10fa337e
        Events : 5132

   Number   Major   Minor   RaidDevice State
      0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
      1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1
      2       8       65        2      active sync   /dev/sde1
      4       8       49        2      spare rebuilding   /dev/sdd1
      3       8       81        3      active sync   /dev/sdf1
  • Beobachte während des Resync die Temperatur aller Platten.
    • Dies mache ich durch smartctl -all /dev/sd[abcdef] | grep Airflow_Temperature für alle Platten
190 Airflow_Temperature_Cel 0x0032   071   056   000    Old_age   Always       -       29
190 Airflow_Temperature_Cel 0x0022   072   072   045    Old_age   Always       -       28 (Min/Max 26/28)
190 Airflow_Temperature_Cel 0x0022   071   069   045    Old_age   Always       -       29 (Min/Max 28/29)
190 Airflow_Temperature_Cel 0x0022   055   048   045    Old_age   Always       -       50 (Min/Max 45/51)
190 Airflow_Temperature_Cel 0x0022   062   059   045    Old_age   Always       -       38 (Min/Max 38/41)

Vermindere die Sync Leistung massiv ggf. so lange bis die Platten wieder unter 45 Grad sind, durch 

echo "5000" /sys/block/md0/md/sync_speed_max

# alternativ
#
# sysctl -w dev.raid.speed_limit_max=5000


es wird wohl schwer sein ein gutes Mittelmass zu finden, bei mir war es 

echo "60000" /sys/block/md0/md/sync_speed_max

Full speed ist ja 

echo "200000" /sys/block/md0/md/sync_speed_max


  • Erst nachdem der Resync durch ist, steht die auszubauende Platte auf (F)
# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md0 : active raid6 sdd1[4] sdc1[1] sde1[2](F) sdb1[0] sdf1[3]
     976504832 blocks super 1.2 level 6, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
     bitmap: 0/4 pages [0KB], 65536KB chunk

unused devices: <none>



# mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
       Version : 1.2
 Creation Time : Wed Jan 28 22:47:57 2015
    Raid Level : raid6
    Array Size : 976504832 (931.27 GiB 999.94 GB)
 Used Dev Size : 488252416 (465.63 GiB 499.97 GB)
  Raid Devices : 4
 Total Devices : 5
   Persistence : Superblock is persistent

 Intent Bitmap : Internal

   Update Time : Mon Mar 30 18:59:42 2015
         State : active
Active Devices : 4
Working Devices : 4
Failed Devices : 1
 Spare Devices : 0

        Layout : left-symmetric
    Chunk Size : 512K

          Name : raib23:0  (local to host raib23)
          UUID : a9b9721a:7da8602e:313975c3:10fa337e
        Events : 5136

   Number   Major   Minor   RaidDevice State
      0       8       17        0      active sync   /dev/sdb1
      1       8       33        1      active sync   /dev/sdc1
      4       8       49        2      active sync   /dev/sdd1
      3       8       81        3      active sync   /dev/sdf1

      2       8       65        -      faulty   /dev/sde1


  • Nun muss man dieses noch aus dem Array entfernen
    • mdadm /dev/md0 --manage --remove /dev/sde1 

Vergrößern

  • Im obigen Schritt habe ich alle 512 GB Platten Schritt für Schritt durch 2 TB Platten ausgetauscht. Es gab immer ein "reboot" weil ich Platten entfernen und neue anklemmen musste - aber niemals war ein unmount des Dateisystems nötig.
  • Auch für die folgenden Schritte war kein unmount nötig - alles erfolgte "online" mit ext4 gemountet!
  • mdadm --grow ausführen, um das Array wachsen zu lassen
    • mdadm --grow /dev/md0 --size=max
  • Das Dateisystem vergrössern
    • resize2fs /dev/md0
  • Nun noch beobachten was der "grow" verursacht. ext4 merkt davon nix.
    •  watch -n.4 'cat /proc/mdstat' 
Every 0.4s: cat /proc/mdstat                                                   Wed Apr  1 00:15:16 2015

Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md0 : active raid6 sdd1[7] sdc1[4] sdb1[5] sdf1[6]
      3906764800 blocks super 1.2 level 6, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]
      [=====>...............]  resync = 29.3% (573007872/1953382400) finish=327.4min speed=70255K/sec
      bitmap: 3/4 pages [12KB], 262144KB chunk

unused devices: <none>

RAID5 nach RAID6 Migration

  • Ich hatte 4x 1 TB Festplatten im RAID5 Verbund

Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md127 : active (auto-read-only) raid5 sdd1[0] sdf1[1] sdb1[4] sde1[2]
      2930277888 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]

unused devices: <none>

  • Hole dir eine weitere passende Platte
  • mit yast eine maximale Partition erstellen


  • mdadm /dev/md127 --manage --add /dev/sdc1

Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md127 : active raid5 sdc1[5](S) sdd1[0] sdf1[1] sdb1[4] sde1[2]
      2930277888 blocks super 1.2 level 5, 512k chunk, algorithm 2 [4/4] [UUUU]

unused devices: <none>


  • mdadm /dev/md127 --grow --level=6 --raid-devices=5

Personalities : [raid6] [raid5] [raid4]
md127 : active raid6 sdc1[5] sdd1[0] sdf1[1] sdb1[4] sde1[2]
      2930277888 blocks super 1.2 level 6, 512k chunk, algorithm 18 [5/4] [UUUU_]
      [=>...................]  reshape =  5.7% (55685504/976759296) finish=248.1min speed=61864K/sec

unused devices: <none>

  • Resize des Dateisystems?
    • resize2fs /dev/md127
    • Ich Dussel! Ich habe durch die Migration doch gar keinen neuen Platz gewonnen, das war mehr so ein Reflex, da ich ja eine neue Platte hinzugefügt habe. Auf meinen Resize versuch sagt Linux richtigerweise:

resize2fs 1.42.11 (09-Jul-2014)
The filesystem is already 732569472 blocks long.  Nothing to do!

  • Wir haben jetzt laut Händlerangabe 5 Terra-Byte. Doch wieviel davon ist im ext4-Dateisystem nun verfügbar? Durch den RAID 6 Level sind das reale 2,7 Terra-Byte.


  • Das Bild zeigt den ganzen Vorgang wie ihn dmesg gesehen hat. Es beginnt also mit der neuen Partition sdc1, die aber zunächst als "Spare" in dem Array vorhanden ist.
  • Bei der Migration merkt er, ok ich muss einen reshape durchführen

Autostart

  • mit systemd.mount
  • joe /etc/systemd/system/srv-smb-ra6.mount
[Unit]
Description=srv-smb-ra6

[Mount]
What=/dev/md0
Where=/srv/smb/ra6

[Install]
WantedBy=local-fs.target

Hot Plug

  • Beim Anstecken: Zuerst Strom, dann Datenkabel dranstecken.
  • Beim Abstecken: Zuerst Datenkabel, dann Stromkabel abziehen.

Benchmarks

Also hier die Messergebnisse mit einem per 1GBit-LAN angebundenen Windows 7 Client. Das Netzwerk ist hier wohl das Limitierende Element.

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