Jednoduché nastavení RAID 1 v Ubuntu: Průvodce pro začátečníky k ochraně dat

1. Úvod

Proč vytvářet RAID 1 v Ubuntu?

Ubuntu je široce používaná distribuce Linuxu, od osobních až po podnikové úrovně. Jeho vysoká spolehlivost a flexibilita z něj dělají oblíbenou volbu pro serverové aplikace. Vytvořením RAID 1 (zrcadlení) v prostředí Ubuntu můžete zajistit redundanci dat a minimalizovat riziko ztráty dat v důsledku selhání disku.

RAID 1 nabízí výhodu zápisu stejných dat na dva nebo více disků v reálném čase, což umožňuje celému systému nadále fungovat i při selhání jednoho disku. Proto je implementace RAID 1 efektivním ochranným opatřením pro Ubuntu prostředí, která pracují s důležitými soubory a službami.

Rozdíly mezi softwarovým a hardwarovým RAID

Existují dva hlavní způsoby, jak vytvořit RAID. Jedním je hardwarový RAID, který je postaven pomocí dedikovaného řadiče RAID nebo funkce RAID na základní desce. Druhým je softwarový RAID, který se konfiguruje pomocí softwaru v OS (hlavně mdadm na Linuxu).

V Ubuntu je softwarový RAID mainstreamová volba díky své nákladové efektivitě a flexibilitě konfigurace. Tento článek se zaměří na to, jak vytvořit RAID 1 v Ubuntu, zahrnující konfiguraci během instalace, provozní a správcovské body a komplexní řešení selhání.

Co se v tomto článku naučíte

Po přečtení tohoto průvodce získáte následující znalosti a dovednosti:

• Základy RAID 1 a jeho fungování v Ubuntu
• Postup vytvoření RAID 1 pomocí softwarového RAID (mdadm)
• Obnova RAID 1, kontrola stavu a řešení problémů
• Rozdíly a klíčová úvaha mezi Ubuntu Server a Desktop
• Praktické FAQ a konfigurační znalosti pro GRUB a fstab

Jakmile je RAID vytvořen, nevyžaduje mnoho údržby, ale pochopení počátečního nastavení je klíčové. Tento článek vysvětlí praktické informace srozumitelně i pro začátečníky, takže prosím čtěte až do konce.

2. Základy RAID 1

Typy úrovní RAID a vlastnosti RAID 1

RAID (Redundant Array of Independent Disks) je technologie, která kombinuje více pevných disků za účelem zvýšení bezpečnosti dat a rychlosti přístupu. Existuje několik „úrovní“ RAID, z nichž každá má své charakteristiky.

Typické úrovně RAID zahrnují:

• RAID 0 : Používá striping pro zvýšení rychlosti, ale nemá žádnou redundanci
• RAID 1 : Zajišťuje redundanci pomocí zrcadlení (hlavní téma tohoto článku)
• RAID 5 : Používá paritní informace napříč třemi a více disky pro redundanci
• RAID 6 : Vylepšená verze RAID 5 se dvěma paritními bloky pro vyšší odolnost vůči chybám
• RAID 10 (1+0) : Konfigurace kombinující RAID 1 a RAID 0

Mezi nimi používá RAID 1 metodu „zrcadlení“, která zapisuje stejná data na dva disky. Proto i při selhání jednoho disku lze data číst z druhého, což poskytuje vynikající dostupnost.

Mechanismus zrcadlení (Diagramový obrázek)

Mechanismus RAID 1 je velmi jednoduchý. Například uvažujme Disk A a Disk B:

[Writing]
User saves File A → Simultaneously written to Disk A and Disk B

[Reading]
Reading can be done from either disk, allowing for performance optimization

Jak vidíte, data jsou vždy duplikována, což činí RAID 1 vysoce odolným vůči fyzickým selháním. To je jeho největší výhoda.

Rozdíly mezi softwarovým a hardwarovým RAID

Existují dva hlavní způsoby, jak vytvořit RAID:

• Softwarový RAID (např. mdadm) – primární metoda používaná v Ubuntu. Provádí řízení RAID na úrovni OS, nabízí flexibilní konfiguraci a cenové výhody. Poskytuje největší svobodu při budování a správě RAID polí a je široce používán při tvorbě obecných serverů.
• Hardwarový RAID (RAID karta nebo funkce integrovaná v BIOSu) – konfiguruje RAID pomocí dedikovaného řadiče. Snižuje zátěž CPU a OS jej rozpozná jako jeden disk. Nicméně obnova může být obtížná, pokud selže řadič.

Co je Fake RAID (BIOS RAID)?

Některé základní desky nabízejí funkci RAID na úrovni BIOSu. Toto je také známé jako „Fake RAID“ nebo „BIOS RAID“.

I když to vypadá jako hardwarový RAID, Fake RAID je ve skutečnosti řízen na úrovni ovladače, což mu dává strukturu podobnou softwarovému RAIDu. Přestože je částečně podporován v Ubuntu, softwarový RAID pomocí mdadm je obecně snazší spravovat a nabízí lepší obnovitelnost, takže Fake RAID se obvykle nedoporučuje.

3. Vytvoření RAID 1 pomocí softwarového RAID (mdadm)

3.1 Příprava a kontrola požadavků před vytvořením

Pro vytvoření RAID 1 potřebujete alespoň dva fyzické disky (nebo nevyužité oddíly). Disky již používané jako systémové nejsou vhodné, proto připravte vyhrazené úložiště.

Nejprve zkontrolujte cílové disky.

lsblk

Nebo si podrobnosti můžete zobrazit pomocí:

sudo fdisk -l

Budeme předpokládat, že disky jsou /dev/sdb a /dev/sdc.

Poznámka: Vždy se ujistěte, že cílové disky neobsahují důležitá data před zahájením tvorby. Během vytvoření RAIDu budou naformátovány a všechna data budou smazána.

3.2 Instalace mdadm

mdadm je součástí standardních repozitářů Ubuntu a lze jej snadno nainstalovat následujícími příkazy:

sudo apt update
sudo apt install mdadm

Během instalace se můžete zeptat na nastavení e‑mailových upozornění, ale tato nastavení lze později změnit. Zpočátku můžete pokračovat s výchozími hodnotami.

3.3 Kroky pro vytvoření pole RAID 1

Jakmile potvrdíte cílové disky, vytvořte RAID 1 pole následujícím příkazem:

sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

Vysvětlení příkazu:

• /dev/md0 : Název nově vytvořeného RAID zařízení
• --level=1 : Určuje úroveň RAID 1 (zrcadlení)
• --raid-devices=2 : Počet zařízení, která se mají použít v konfiguraci
• /dev/sdb /dev/sdc : Skutečné disky, které budou použity

Po vytvoření můžete stav zkontrolovat tímto příkazem:

cat /proc/mdstat

Pokud výstup zobrazí /dev/md0 spolu s informacemi o synchronizaci, vytvoření RAID 1 bylo úspěšné.

3.4 Trvalá konfigurace RAIDu (mdadm.conf a fstab)

Pole RAID se po restartu automaticky nepozná, pokud jej neprovedete trvale.

Nejprve uložte aktuální konfiguraci RAID do souboru mdadm.conf.

sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf

Dále vytvořte souborový systém na RAID poli (např. ext4):

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

Vytvořte přípojný bod a připojte jej:

sudo mkdir -p /mnt/raid1
sudo mount /dev/md0 /mnt/raid1

Po ověření, že vše funguje, přidejte jej do /etc/fstab pomocí jeho UUID pro automatické připojení:

sudo blkid /dev/md0

Na základě výstupu UUID přidejte následující řádek do /etc/fstab:

UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx /mnt/raid1 ext4 defaults 0 0

Nyní bude RAID 1 pole automaticky připojeno po restartu systému.

4. Jak nakonfigurovat RAID 1 během instalace Ubuntu

4.1 Kroky pro konfiguraci RAIDu v instalátoru Ubuntu Server

Instalátor Ubuntu Server podporuje pokročilé konfigurace úložiště, jako jsou RAID a LVM. Zde je postup, jak nastavit RAID 1.

Krok 1: Nabootujte z instalačního média
Zapište ISO Ubuntu Server na USB flash disk nebo podobné médium a nabootujte cílový počítač.

Krok 2: Dokončete síť a základní nastavení
Proveďte počáteční nastavení, jako je jazyk, rozložení klávesnice a konfigurace sítě.

Krok 3: Pokračujte k nastavení úložiště
Místo volby „Guided“ vyberte „Custom Storage Layout“ (Vlastní rozložení úložiště).

Krok 4: Konfigurace RAIDu

1. Vyberte dva prázdné disky.
2. Vytvořte oddíly (např. /boot, swap, /, atd.).
3. Vyberte „Create Software RAID“.
4. Zvolte RAID 1 a vyberte cílová zařízení pro vytvoření pole.
5. Přidělte souborový systém RAID poli a určete přípojný bod.

Krok 5: Instalace zavaděče (GRUB)
Je doporučeno nainstalovat GRUB na oba disky v konfiguraci RAID. Tím zajistíte, že systém bude schopný nabootovat i v případě selhání jednoho disku.

4.2 Používání RAID na Ubuntu Desktop

Ubuntu Desktop nemá během instalace vestavěnou funkci pro konfiguraci RAID. Proto, pokud chcete použít RAID 1, musíte postupovat podle následujících kroků:

Metoda 1: Ruční konfigurace RAID z Live prostředí → Instalace desktopového prostředí

1. Spusťte z Live USB.
2. Vytvořte RAID 1 pomocí mdadm.
3. Nainstalujte desktopové prostředí na RAID zařízení (např. /dev/md0).
4. Upravte nastavení pro grub a fstab.

Tato metoda je o něco složitější, ale nabízí vysokou flexibilitu a je efektivní, pokud chcete použít RAID 1 s grafickým prostředím.

Metoda 2: Konfigurace RAID v edici Server → Přidání GUI balíčků později
Nainstalujte edici Server, která umožňuje konfiguraci RAID, a poté přidejte meta-balíček ubuntu-desktop pro vytvoření GUI prostředí.

sudo apt update
sudo apt install ubuntu-desktop

Tato metoda je vysoce stabilní a doporučena, pokud chcete do již RAID-konfigurovaného prostředí přidat GUI.

Kritéria výběru Desktop vs. Server

Při zvažování provozu zaměřeného na RAID vybíráte-li edici Server od začátku, umožní to plynulejší vytvoření. Pokud dáváte přednost Desktopu, je vhodné konfigurovat z Live prostředí nebo přidat GUI později.

5. Provoz a řešení problémů s RAID 1

5.1 Monitorování a kontrola stavu RAID pole

Pravidelné sledování stavu vašeho RAID 1 pole je klíčové pro včasné odhalení selhání. Aktuální stav RAID pole můžete zkontrolovat následujícím příkazem:

cat /proc/mdstat

Tento příkaz zobrazuje stav synchronizace RAID pole a zda některé disky selhaly. Během synchronizace se zobrazí něco jako [UU], a pokud je podtržítko jako [_U], znamená to, že jeden disk chybí.

Pro podrobnější informace použijte následující příkaz:

sudo mdadm --detail /dev/md0

Výstup zobrazí stav každého zařízení, UUID, průběh obnovy atd. Zvažte nastavení pravidelných kontrol logů nebo e‑mailových upozornění.

5.2 Řešení selhání disku a postup obnovy

Hlavní výhodou RAID 1 je, že provoz může pokračovat i při selhání jednoho disku. Přesto je nutné reagovat rychle, když k selhání dojde.

【Krok 1】Identifikujte selhaný disk
Ve výstupu mdadm --detail, pokud je zařízení uvedeno jako „Removed“ nebo „Faulty“, jedná se o problematický disk.

【Krok 2】Odstraňte selhaný disk z RAID pole

sudo mdadm /dev/md0 --remove /dev/sdX

(Nahraďte /dev/sdX skutečným názvem disku)

【Krok 3】Připravte nový disk
Nainstalujte nový disk a pokud potřebujete vytvořit oddíl:

sudo fdisk /dev/sdX

Je vhodné nastavit typ na fd (Linux RAID autodetect) pro RAID.

【Krok 4】Přidejte nový disk do RAID pole a spusťte resynchronizaci

sudo mdadm /dev/md0 --add /dev/sdX

Po tomto můžete sledovat průběh obnovy pomocí cat /proc/mdstat. Může to trvat od několika minut až po několik hodin.

5.3 Instalace GRUB a zajištění redundance

V konfiguraci RAID 1 instalace bootloaderu (GRUB) na oba disky umožňuje systému pokračovat v bootování i při selhání jednoho disku.

Pro instalaci GRUB na druhý disk v již nainstalovaném systému:

sudo grub-install /dev/sdX
sudo update-grub

(Nahraďte /dev/sdX novým diskem)

Aktualizujte konfiguraci GRUB:

sudo update-grub

Po provedení těchto kroků budete moci spustit systém jednoduše změnou pořadí bootování v BIOSu, i když jeden disk selže. Vícenásobné instalace GRUB jsou nezbytné pro maximalizaci redundance RAID.

6. Používání hardwarového RAID

6.1 Co je hardwarový RAID?

Hardwarový RAID konfiguruje RAID pole pomocí dedikovaného RAID řadiče (RAID karta). Protože zpracování RAID provádí řadič místo OS nebo CPU, nabízí to výkonnostní výhody a snižuje zatížení CPU.

Also, the OS recognizes it as a single disk, so you can treat it as regular storage without configuring mdadm.

6.2 Výhody a nevýhody používání hardwarového RAIDu v Ubuntu

Výhody:

• Zpracování RAIDu je prováděno hardware, což snižuje zatížení CPU.
• RAID lze konfigurovat na úrovni BIOSu, což umožňuje implementaci nezávislou na OS.
• Rychlejší obnovení dat v případě selhání, mnoho modelů podporuje výměnu za běhu (hot‑swapping).

Nevýhody:

• Pokud selže samotná RAID karta, obnovení může být obtížné bez stejného modelu a firmware.
• Závislost na RAID kartě ztěžuje flexibilní migraci a ladění.
• Vyšší cena (RAID karty mohou stát od několika stovek až po tisíce dolarů).

6.3 Kontrola a správa hardwarového RAIDu v Ubuntu

Pokud má počítač s nainstalovaným Ubuntu připojenou RAID kartu, OS zobrazí RAID pole jako běžné blokové zařízení (např. /dev/sda). Proto nebude rozpoznáno příkazem mdadm.

Pro kontrolu stavu RAID pole musíte použít speciální nástroj poskytovaný výrobcem RAID karty.

Běžné RAID karty a nástroje:

Pro jejich použití v Ubuntu musíte ze stránek výrobce stáhnout a nainstalovat balíček kompatibilní s Linuxem (.deb).

6.4 Uvědomte si rozdíl od Fake RAID (BIOS RAID)

Existuje také „Fake RAID“, který vypadá jako hardwarový RAID, ale ve skutečnosti emuluje RAID na úrovni BIOSu. Protože konfiguruje RAID poskytováním ovladačů OS, jeho chování je v podstatě podobné softwarovému RAIDu.

Použití Fake RAID v Ubuntu vyžaduje speciální nastavení pro „dmraid“ nebo „mdadm“ a je náchylné k častějším problémům s obnovou a kompatibilitou, takže se obecně nedoporučuje začátečníkům.

6.5 Kdy byste měli zvolit hardwarový RAID?

Zvažte nasazení hardwarového RAIDu v následujících situacích:

• Velké serverové aplikace spravující velké množství úložiště centrálně.
• Když jsou vyžadovány specifické funkce RAID karty, jako je výměna za běhu nebo cache s bateriovým napájením.
• Když chcete soustředit zdroje CPU na úkoly jiných než řízení úložiště.
• Když potřebujete přísnější detekci selhání a správu logů než nabízí softwarový RAID.

Naopak pro malé souborové servery nebo osobní použití softwarový RAID pomocí mdadm poskytuje lepší poměr cena/výkon a flexibilitu.

7. Často kladené otázky (FAQ)

Q1. Může RAID 1 nahradit zálohy?

A1. Ne, RAID 1 není náhradou za zálohy.

RAID 1 je redundantní konfigurace, která zabraňuje výpadku systému v důsledku selhání disku. Pokud omylem smažete soubory, postihne vás malware nebo dojde k poškození dat kvůli problémům v OS, obě disky budou postiženy stejně. Proto je nutné jej používat spolu s oddělenou zálohou.

Q2. Co se stane, pokud během konfigurace RAID 1 selže jeden disk?

A2. Systém bude nadále fungovat normálně na zbývajícím zdravém disku.

Protože RAID 1 je zrcadlová konfigurace, systém bude i nadále běžet i když jeden disk fyzicky selže. Po potvrzení chyby v logu můžete vyměnit selhaný disk za nový, přidat jej zpět do RAID pole a provést resynchronizaci pro obnovení.

Q3. Mohu použít RAID 1 na Ubuntu Desktop?

A3. Ano, je to možné. Nicméně RAID nelze konfigurovat z instalátoru.

Protože standardní instalátor Ubuntu Desktop nemá funkci pro konfiguraci RAIDu, můžete použít následující dvě metody:

• Manuálně nakonfigurovat RAID z Live USB před instalací OS.
• Konfigurovat RAID na Ubuntu Server a poté nainstalovat GUI.

Druhá metoda je méně náchylná k problémům a je doporučena pro začátečníky.

Q4. Jak mohu pravidelně kontrolovat stav RAIDu po konfiguraci RAID 1?

A4. Použijte cat /proc/mdstat nebo mdadm --detail /dev/md0.

Pro kontrolu provozního stavu RAIDu použijte následující příkazy:

cat /proc/mdstat
sudo mdadm --detail /dev/md0

Můžete také nastavit nastavení oznámení v /etc/mdadm/mdadm.conf, abyste dostávali e‑mailová upozornění.

Q5. Musím po výměně disku v RAID 1 přeinstalovat GRUB?

A5. Ano, musíte nainstalovat GRUB i na náhradní disk.

V konfiguraci RAID 1 instalace GRUBu na oba disky zajišťuje redundanci. Pokud jej nainstalujete jen na jeden, systém se nemusí spustit, pokud tento disk selže.

sudo grub-install /dev/sdX
sudo update-grub

(Nahraďte /dev/sdX novým diskem)

Q6. Co je bezpečnější, mdadm nebo hardwarový RAID?

A6. Záleží na prostředí použití, ale pro osobní použití nebo malé servery je mdadm obecně snazší na správu a bezpečnější.

Hardwarový RAID je výkonný a spolehlivý, ale obnova může být obtížná, pokud selže RAID karta, a možná budete potřebovat kartu stejného modelu. Na druhou stranu, protože mdadm je součástí Linuxu, existuje spousta informací pro řešení problémů, což usnadňuje jejich řešení.

Q7. Je možné dočasně zastavit nebo restartovat RAID pole?

A7. Ano, je možné pole zastavit a restartovat. Přesto je třeba opatrnosti.

Příklad příkazu pro zastavení:

sudo mdadm --stop /dev/md0

Příklad příkazu pro restart (znovu):

sudo mdadm --assemble --scan

Poznámka: Ujistěte se, že jste nakonfigurovali mdadm.conf a initramfs, aby bylo pole automaticky sestaveno při startu systému.

8. Závěr

RAID 1 je pro „Zajištění redundance“

Největší výhodou RAID 1 je jeho schopnost duplicitně ukládat data v reálném čase, což umožňuje pokračovat v provozu i při selhání jednoho disku. To pomáhá předejít neočekávaným výpadkům služby kvůli hardwarovým selháním. Je však zásadní si uvědomit, že RAID nenahrazuje zálohy. Samostatný záložní systém je nezbytný pro řešení smazání, přepsání a poškození viry.

Možnosti RAID v Ubuntu

V Ubuntu si můžete vybrat metodu konfigurace RAID podle vaší situace a účelu:

Zvláště pro uživatele Ubuntu je vytváření pomocí mdadm nejpraktičnější volbou.

Provoz a údržba po vytvoření určují spolehlivost

Vytvoření RAID je jen výchozím bodem. Pravidelné kontroly stavu, rychlá reakce na selhání a správná konfigurace GRUB a fstab jsou klíčové pro dosažení dlouhodobě stabilního provozu. Zde jsou některé důležité body údržby:

• Pravidelné kontro cat /proc/mdstat a mdadm --detail
• Porozumění postupu obnovy RAID pole
• Redundance při bootování pomocí více instalací GRUB
• Používání pravidelných záloh v kombinaci

Nakonec

I když se RAID může zdát složitý, s Ubuntu a mdadm jej lze jednoduše vytvořit pomocí příkazové řádky. Pokud se budete řídit obsahem tohoto článku, i nováčci v RAIDu by měli být schopni vytvořit robustní systémové prostředí odolné vůči problémům.

Doufáme, že v budoucích serverových operacích a návrzích systémů využijete RAID 1 a užijete si bezpečný a stabilní Linuxový život.