So erstellen Sie RAID 1 unter Ubuntu: Software‑RAID mit mdadm erklärt

1. Einführung

Warum RAID 1 auf Ubuntu einrichten?

Ubuntu ist eine Linux‑Distribution, die von einzelnen Anwendern bis hin zu Unternehmensumgebungen weit verbreitet ist. Aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit und Flexibilität wird sie häufig für den Servereinsatz gewählt. Durch das Einrichten von RAID 1 (Spiegelung) in einer Ubuntu‑Umgebung können Sie Datenredundanz sicherstellen und das Risiko von Datenverlust durch Festplattenausfälle minimieren.

RAID 1 funktioniert, indem identische Daten in Echtzeit auf zwei oder mehr Festplatten geschrieben werden. Auch wenn eine Festplatte ausfällt, kann das System mit der verbleibenden Festplatte weiterarbeiten. Für Ubuntu‑Systeme, die kritische Dateien oder Dienste verwalten, ist RAID 1 eine effektive Schutzstrategie.

Unterschiede zwischen Software‑RAID und Hardware‑RAID

Es gibt zwei Hauptansätze zum Aufbau von RAID. Der eine ist Hardware‑RAID, das einen dedizierten RAID‑Controller oder die RAID‑Funktionen des Mainboards nutzt. Der andere ist Software‑RAID, das über die Betriebssystem‑Software konfiguriert wird (primär mdadm unter Linux).

Unter Ubuntu ist Software‑RAID die am häufigsten gewählte Lösung, da sie kosteneffizient und flexibel ist. Dieser Artikel konzentriert sich auf das Erstellen von RAID 1 unter Ubuntu und behandelt die Konfiguration zur Installationszeit, die betriebliche Verwaltung sowie die Wiederherstellung nach einem Ausfall.

Was Sie in diesem Artikel lernen werden

Durch das Lesen dieser Anleitung erhalten Sie folgendes Wissen und diese Fähigkeiten:

• Grundlagen von RAID 1 und dessen Funktionsweise unter Ubuntu
• Schritt‑für‑Schritt‑Anleitung zum Aufbau von RAID 1 mit Software‑RAID (mdadm)
• Wiederaufbau, Statusprüfungen und Fehlersuche bei RAID 1
• Unterschiede und Besonderheiten zwischen Ubuntu Server und Desktop
• Praktisches FAQ‑Wissen, einschließlich GRUB‑ und fstab‑Konfiguration

Einmal eingerichtet, erfordert RAID nur selten Eingriffe, aber das Verständnis der anfänglichen Konfiguration ist entscheidend. Dieser Artikel liefert klare und praxisnahe Erklärungen, die auch für Einsteiger geeignet sind. Bitte lesen Sie bis zum Ende.

2. RAID‑1‑Grundlagen

RAID‑Level und Eigenschaften von RAID 1

RAID (Redundant Array of Independent Disks) ist eine Technologie, die mehrere Festplatten kombiniert, um Datenzuverlässigkeit und -leistung zu verbessern. RAID bietet verschiedene Level, von denen jeder unterschiedliche Eigenschaften hat.

Gängige RAID‑Level sind:

• RAID 0 : Steigert die Leistung durch Striping, bietet jedoch keine Redundanz
• RAID 1 : Bietet Redundanz durch Spiegelung (der Fokus dieses Artikels)
• RAID 5 : Nutzt Parität über drei oder mehr Festplatten, um Redundanz zu gewährleisten
• RAID 6 : Eine erweiterte Version von RAID 5 mit doppelter Parität für höhere Fehlertoleranz
• RAID 10 (1+0) : Kombination aus RAID 1 und RAID 0

Unter diesen verwendet RAID 1 einen Spiegelungsansatz, bei dem identische Daten auf zwei Festplatten geschrieben werden. Fällt eine Festplatte aus, bleiben die Daten auf der anderen verfügbar, was eine ausgezeichnete Verfügbarkeit bietet.

Wie Spiegelung funktioniert (konzeptuelles Beispiel)

Der Mechanismus von RAID 1 ist sehr einfach. Angenommen, Sie haben die Festplatte A und die Festplatte B:

[Write Operation]
User saves File A → Data is written simultaneously to Disk A and Disk B

[Read Operation]
Data can be read from either disk, allowing performance optimization

Da Daten stets dupliziert werden, bietet RAID 1 einen starken Schutz gegen physische Festplattenausfälle.

Software‑RAID vs. Hardware‑RAID

Es gibt zwei Hauptmethoden zum Aufbau von RAID:

• Software‑RAID (mdadm usw.) – Dies ist die am häufigsten genutzte Methode unter Ubuntu. RAID wird auf Betriebssystemebene verwaltet, was Flexibilität und Kostenvorteile bietet. Sie erhalten die höchste Kontrolle und es wird breit in allgemeinen Serverumgebungen eingesetzt.
• Hardware‑RAID (RAID‑Karten oder BIOS‑basierte Lösungen) – RAID wird von einem dedizierten Controller übernommen, wodurch die CPU‑Last reduziert wird. Das Betriebssystem erkennt das Array als einzelne Festplatte. Allerdings wird die Wiederherstellung schwierig, wenn der Controller selbst ausfällt.

Was ist Fake‑RAID (BIOS‑RAID)?

Obwohl es wie ein Hardware‑RAID aussieht, ist es tatsächlich treibergesteuert und strukturell näher an einem Software‑RAID. Während Ubuntu nur begrenzte Unterstützung bietet, ist mdadm‑basiertes Software‑RAID im Allgemeinen einfacher zu verwalten und wiederherzustellen, daher wird Fake RAID normalerweise nicht empfohlen.

3. Aufbau von RAID 1 mit Software‑RAID (mdadm)

3.1 Vorbereitung und Voraussetzungen

Um RAID 1 zu erstellen, benötigen Sie mindestens zwei physische Festplatten (oder ungenutzte Partitionen). Festplatten, die bereits als Systemlaufwerke verwendet werden, sind nicht geeignet, daher sollten Sie dedizierten Speicher vorbereiten.

Zuerst identifizieren Sie die Ziel‑Festplatten:

lsblk

Oder prüfen Sie detailliertere Informationen:

sudo fdisk -l

Angenommen, die Festplatten sind /dev/sdb und /dev/sdc.

Bevor Sie fortfahren, stellen Sie sicher, dass die Ziel‑Festplatten keine wichtigen Daten enthalten. Alle Daten werden bei der RAID‑Erstellung gelöscht.

3.2 Installation von mdadm

mdadm ist in den standardmäßigen Ubuntu‑Repositorys enthalten und kann einfach installiert werden:

sudo apt update
sudo apt install mdadm

Während der Installation werden Sie möglicherweise nach den Einstellungen für E‑Mail‑Benachrichtigungen gefragt. Diese können später angepasst werden, daher sind die Standardeinstellungen zunächst in Ordnung.

3.3 Erstellen eines RAID‑1‑Arrays

Sobald die Festplatten bestätigt sind, erstellen Sie das RAID‑1‑Array mit dem folgenden Befehl:

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

Befehlserklärung:

• /dev/md0 : Name des neuen RAID‑Geräts
• --level=1 : Gibt RAID‑Level 1 an (Spiegelung)
• --raid-devices=2 : Anzahl der Geräte im Array
• /dev/sdb /dev/sdc : Die tatsächlich verwendeten Festplatten

Nach der Erstellung prüfen Sie den Status:

cat /proc/mdstat

Wenn Sie Synchronisationsinformationen zusammen mit /dev/md0 sehen, wurde das RAID‑1‑Array erfolgreich erstellt.

3.4 Persistente Konfiguration (mdadm.conf und fstab)

Damit das RAID‑Array nach einem Neustart erkannt wird, ist eine persistente Konfiguration erforderlich.

Zuerst speichern Sie die aktuelle RAID‑Konfiguration:

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

Als Nächstes erstellen Sie ein Dateisystem auf dem RAID‑Array (Beispiel: ext4):

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

Erstellen Sie einen Einhängepunkt und binden Sie ihn ein:

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

Nach Überprüfung der Funktionsweise fügen Sie es mit der UUID zu /etc/fstab hinzu:

sudo blkid /dev/md0

Fügen Sie einen Eintrag wie den folgenden hinzu:

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

Damit wird das RAID‑1‑Array nach dem Neustart automatisch eingehängt.

4. Konfiguration von RAID 1 während der Ubuntu‑Installation

4.1 Verwendung des Ubuntu‑Server‑Installers

Der Ubuntu‑Server‑Installer unterstützt erweiterte Speicher‑Konfigurationen wie RAID und LVM.

Schritt 1: Von Installationsmedium booten
Erstellen Sie einen bootfähigen USB‑Stick aus dem Ubuntu‑Server‑ISO und starten Sie die Zielmaschine.

Schritt 2: Grundlegende Einrichtung abschließen
Sprache, Tastatur und Netzwerk konfigurieren.

Schritt 3: Weiter zur Speicher‑Konfiguration
Wählen Sie Custom Storage Layout anstelle von Guided.

Schritt 4: RAID konfigurieren

1. Wählen Sie zwei leere Festplatten aus
2. Erstellen Sie Partitionen (z. B. /boot, swap, /)
3. Wählen Sie „Create Software RAID“
4. Wählen Sie RAID 1 und weisen Sie die Geräte zu
5. Dateisysteme und Einhängepunkte zuweisen

Schritt 5: GRUB installieren
Es wird empfohlen, GRUB auf beiden Festplatten zu installieren, damit das System auch bei Ausfall einer Festplatte booten kann.

4.2 Verwendung von RAID mit Ubuntu Desktop

Ubuntu Desktop enthält keine RAID‑Konfiguration im Installer. Um RAID 1 zu verwenden, ziehen Sie die folgenden Methoden in Betracht:

Methode 1: RAID manuell in der Live‑Umgebung erstellen → Desktop installieren

1. Von Live‑USB booten
2. RAID 1 mit mdadm erstellen
3. Ubuntu Desktop auf dem RAID‑Gerät installieren (z. B. /dev/md0)
4. grub‑ und fstab‑Einstellungen anpassen

Diese Methode erfordert mehr Aufwand, bietet jedoch hohe Flexibilität für die GUI‑basierte RAID‑Nutzung.

Methode 2: Server mit RAID installieren → GUI später hinzufügen

sudo apt update
sudo apt install ubuntu-desktop

Dieser Ansatz ist stabil und empfohlen, wenn Sie einer RAID‑konfigurierten Umgebung eine GUI hinzufügen möchten.

Auswahl zwischen Desktop und Server

Wenn RAID zentral für Ihr System ist, ist der Start mit Ubuntu Server der einfachste Ansatz.

5. RAID‑1‑Betrieb und Fehlersuche

5.1 Überwachung des RAID‑Status

Regelmäßige Überwachung ist entscheidend für die frühzeitige Erkennung von Ausfällen:

cat /proc/mdstat

[UU] zeigt normalen Betrieb an, während [_U] anzeigt, dass eine Festplatte fehlt.

Für weitere Details:

sudo mdadm --detail /dev/md0

5.2 Umgang mit Festplattenausfällen und Wiederaufbau

RAID 1 ermöglicht den fortgesetzten Betrieb, selbst wenn eine Festplatte ausfällt.

Schritt 1: Identifizieren Sie die ausgefallene Festplatte
Prüfen Sie den Status „Removed“ (Entfernt) oder „Faulty“ (Fehlerhaft).

Schritt 2: Entfernen Sie die ausgefallene Festplatte

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

Schritt 3: Bereiten Sie die neue Festplatte vor

sudo fdisk /dev/sdX

Schritt 4: Fügen Sie die Festplatte hinzu und starten Sie den Wiederaufbau

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

5.3 Installation von GRUB für Redundanz

Installieren Sie GRUB auf beiden Festplatten, um Boot‑Redundanz sicherzustellen:

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

6. Verwendung von Hardware‑RAID

6.1 Was ist Hardware‑RAID?

Hardware‑RAID verwendet einen dedizierten Controller zur Verwaltung von RAID‑Operationen und bietet hohe Leistung sowie reduzierte CPU‑Auslastung.

6.2 Vor- und Nachteile von Hardware‑RAID unter Ubuntu

Vorteile:

• Geringe CPU‑Auslastung
• Betriebssystemunabhängige Konfiguration
• Schnelle Wiederherstellung und Hot‑Swap‑Unterstützung

Nachteile:

• Wiederherstellung ist schwierig, wenn die RAID‑Karte ausfällt
• Weniger Flexibilität
• Höhere Kosten

6.3 Überprüfung des Hardware‑RAID‑Status

Hardware‑RAID‑Arrays erscheinen als einzelne Blockgeräte. Der Status muss mit den Dienstprogrammen des Herstellers überprüft werden.

7. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1. Ist RAID 1 ein Ersatz für Backups?

Nein. RAID 1 schützt vor Festplattenausfällen, nicht vor Datenverlust durch Löschen oder Beschädigung.

F2. Was passiert, wenn eine Festplatte ausfällt?

Das System arbeitet weiter mit der verbleibenden Festplatte.

F3. Kann RAID 1 auf Ubuntu Desktop verwendet werden?

Ja, aber die Einrichtung muss manuell erfolgen.

F4. Wie prüfe ich den RAID‑Status?

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

F5. Muss ich GRUB nach dem Austausch einer Festplatte neu installieren?

Ja, GRUB sollte auf der Ersatzfestplatte installiert werden.

8. Fazit

RAID 1 dreht sich um Redundanz

RAID 1 bietet eine Echtzeit‑Datenduplizierung, sodass Systeme nach Festplattenausfällen weiterlaufen können.

RAID‑Optionen unter Ubuntu

Software‑RAID auf Basis von mdadm ist für die meisten Ubuntu‑Nutzer die praktischste Wahl.

Wartung bestimmt Zuverlässigkeit

Regelmäßige Überwachung, korrekte GRUB‑Einrichtung und geeignete Backups sind für langfristige Stabilität unerlässlich.

Mit Ubuntu und mdadm lässt sich RAID 1 einfach mit Befehlszeilen‑Tools einrichten. Nutzen Sie diese Anleitung, um eine robuste und zuverlässige Linux‑Umgebung zu schaffen.