Łatwe skonfigurowanie RAID 1 w Ubuntu: Przewodnik dla początkujących o ochronie danych

1. Wstęp

Dlaczego budować RAID 1 na Ubuntu?

Ubuntu to szeroko stosowana dystrybucja Linuksa, od poziomu osobistego po enterprise. Jej wysoka niezawodność i elastyczność czynią ją popularnym wyborem dla aplikacji serwerowych. Budując RAID 1 (lustrzane odbicie) w środowisku Ubuntu, możesz zapewnić redundancję danych i zminimalizować ryzyko utraty danych z powodu awarii dysku.

RAID 1 oferuje zaletę zapisu tych samych danych na dwa lub więcej dysków w czasie rzeczywistym, co pozwala całemu systemowi na kontynuowanie pracy nawet w przypadku awarii jednego dysku. Dlatego implementacja RAID 1 jest skuteczną miarą ochronną dla środowisk Ubuntu obsługujących ważne pliki i usługi.

Różnice między oprogramowaniem RAID a sprzętem RAID

Istnieją dwa główne sposoby budowania RAID. Jednym jest RAID sprzętowy, który jest budowany za pomocą dedykowanego kontrolera RAID lub funkcji RAID płyty głównej. Drugim jest RAID programowy, który jest konfigurowany za pomocą oprogramowania w systemie operacyjnym (głównie mdadm w Linuksie).

W Ubuntu RAID programowy jest dominującym wyborem ze względu na swoją opłacalność i elastyczność konfiguracji. Ten artykuł skupi się na tym, jak budować RAID 1 w Ubuntu, obejmując konfigurację w czasie instalacji, punkty operacyjne i zarządzania oraz kompleksowe sposoby obsługi awarii.

Czego dowiesz się z tego artykułu

Czytając ten przewodnik, zdobędziesz następującą wiedzę i umiejętności:

• Podstawy RAID 1 i jego działania na Ubuntu
• Procedurę budowania RAID 1 za pomocą RAID programowego (mdadm)
• Odbudowę RAID 1, sprawdzanie statusu i rozwiązywanie problemów
• Różnice i kluczowe uwagi między Ubuntu Server a Desktop
• Praktyczne FAQ oraz wiedza na temat konfiguracji GRUB i fstab

Po zbudowaniu RAID nie wymaga on wiele konserwacji, ale zrozumienie początkowej konfiguracji jest kluczowe. Ten artykuł wyjaśni praktyczne informacje w sposób jasny, nawet dla początkujących, więc proszę przeczytać do końca.

2. Podstawy RAID 1

Typy poziomów RAID i cechy RAID 1

RAID (Redundant Array of Independent Disks) to technologia, która łączy wiele dysków twardych w celu poprawy bezpieczeństwa danych i prędkości dostępu. Istnieje kilka „poziomów” RAID, z których każdy ma swoje własne cechy.

Typowe poziomy RAID obejmują:

• RAID 0 : Używa paskowania dla zwiększenia prędkości, ale nie ma redundancji
• RAID 1 : Zapewnia redundancję poprzez lustrzane odbicie (główny temat tego artykułu)
• RAID 5 : Używa informacji o parzystości na trzech lub więcej dyskach dla redundancji
• RAID 6 : Ulepszona wersja RAID 5 z dwoma blokami parzystości dla wyższej tolerancji usterek
• RAID 10 (1+0) : Konfiguracja łącząca RAID 1 i RAID 0

Spośród tych RAID 1 stosuje metodę „lustrzanego odbicia”, która zapisuje te same dane na dwóch dyskach. Dlatego nawet w przypadku awarii jednego dysku, dane można odczytać z drugiego, zapewniając doskonałą dostępność.

Mechanizm lustrzanego odbicia (Diagram Image)

Mechanizm RAID 1 jest bardzo prosty. Na przykład, rozważ dysk A i dysk 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 widać, dane są zawsze duplikowane, co czyni RAID 1 wysoce odpornym na awarie fizyczne. To jego największa zaleta.

Różnice między RAID programowym a sprzętowym

Istnieją dwa główne sposoby budowania RAID:

• RAID programowy (np. mdadm) Główna metoda używana w Ubuntu. Wykonuje kontrolę RAID na poziomie systemu operacyjnego, oferując elastyczną konfigurację i zalety kosztowe. Zapewnia największą swobodę w budowaniu i zarządzaniu tablicami RAID i jest szeroko stosowany w ogólnej konstrukcji serwerów.
• RAID sprzętowy (karta RAID lub funkcja zintegrowana z BIOS) Konfiguruje RAID za pomocą dedykowanego kontrolera. Zmniejsza obciążenie CPU i jest rozpoznawany przez system operacyjny jako pojedynczy dysk. Jednak odzyskiwanie może być trudne w przypadku awarii kontrolera .

Czym jest Fake RAID (BIOS RAID)?

Niektóre płyty główne oferują funkcjonalność RAID na poziomie BIOS-u. Jest to również znane jako „Fake RAID” lub „BIOS RAID”.

Chociaż wygląda na sprzętowy RAID, Fake RAID jest w rzeczywistości kontrolowany na poziomie sterownika, co czyni jego strukturę podobną do RAID programowego. Chociaż częściowo obsługiwany przez Ubuntu, RAID programowy za pomocą mdadm jest ogólnie łatwiejszy w zarządzaniu i oferuje lepszą odzyskiwalność, dlatego Fake RAID nie jest zazwyczaj zalecany.

3. Tworzenie RAID 1 z użyciem RAID programowego (mdadm)

3.1 Przygotowanie i sprawdzenie wymagań przed utworzeniem

Aby utworzyć RAID 1, potrzebujesz co najmniej dwóch fizycznych dysków (lub niewykorzystanych partycji). Dyski już używane jako dyski systemowe nie nadają się, więc przygotuj dedykowane magazynowanie.

Najpierw sprawdź dyski docelowe.

lsblk

Lub sprawdź szczegóły za pomocą:

sudo fdisk -l

Będziemy kontynuować, zakładając, że dyski to /dev/sdb i /dev/sdc.

Uwaga: Zawsze upewnij się, że dyski docelowe nie zawierają ważnych danych przed utworzeniem. Zostaną sformatowane podczas tworzenia RAID, a wszystkie dane zostaną usunięte.

3.2 Instalowanie mdadm

mdadm jest zawarty w standardowych repozytoriach Ubuntu i można go łatwo zainstalować za pomocą następujących poleceń:

sudo apt update
sudo apt install mdadm

Podczas instalacji możesz zostać poproszony o ustawienia powiadomień e-mail, ale te można zmienić później. Możesz początkowo postępować z ustawieniami domyślnymi.

3.3 Kroki do utworzenia tablicy RAID 1

Po potwierdzeniu dysków docelowych utwórz tablicę RAID 1 za pomocą następującego polecenia:

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

Wyjaśnienie polecenia:

• /dev/md0 : Nazwa nowo utworzonego urządzenia RAID
• --level=1 : Określa poziom RAID 1 (lustrzane odbicie)
• --raid-devices=2 : Liczba urządzeń do użycia w konfiguracji
• /dev/sdb /dev/sdc : Rzeczywiste dyski do użycia

Po utworzeniu możesz sprawdzić status za pomocą następującego polecenia:

cat /proc/mdstat

Jeśli wyjście pokazuje /dev/md0 wraz z informacjami o synchronizacji, utworzenie RAID 1 zakończyło się sukcesem.

3.4 Trwała konfiguracja RAID (mdadm.conf i fstab)

Tablica RAID nie zostanie automatycznie rozpoznana po ponownym uruchomieniu, chyba że skonfigurujesz ją na trwałość.

Najpierw zapisz bieżącą konfigurację RAID do mdadm.conf.

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

Następnie utwórz system plików na tablicy RAID (np. ext4):

sudo mkfs.ext4 /dev/md0

Utwórz punkt montowania i zamontuj go:

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

Po zweryfikowaniu, że działa, dodaj go do /etc/fstab za pomocą jego UUID w celu automatycznego montowania:

sudo blkid /dev/md0

Na podstawie wyjściowego UUID dodaj następującą linię do /etc/fstab:

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

Teraz tablica RAID 1 zostanie automatycznie zamontowana po ponownym uruchomieniu.

4. Jak skonfigurować RAID 1 podczas instalacji Ubuntu

4.1 Kroki do skonfigurowania RAID w instalatorze Ubuntu Server

Instalator Ubuntu Server obsługuje zaawansowane konfiguracje magazynowania, takie jak RAID i LVM. Oto, jak skonfigurować RAID 1.

Krok 1: Uruchomienie z nośnika instalacyjnego
Zapisz ISO Ubuntu Server na pendrive lub podobny nośnik i uruchom maszynę docelową.

Krok 2: Ukończenie ustawień sieci i podstawowych
Ukończ początkowe ustawienia, takie jak język, klawiatura i konfiguracja sieci, w odpowiedniej kolejności.

Krok 3: Przejście do konfiguracji magazynowania
Zamiast „Guided” wybierz „Custom Storage Layout”.

Krok 4: Skonfiguruj RAID

1. Wybierz dwa puste dyski.
2. Utwórz partycje (np. /boot, swap, / itp.).
3. Wybierz „Create Software RAID”.
4. Wybierz RAID 1 i zaznacz urządzenia docelowe, aby skonfigurować tablicę.
5. Przypisz system plików do tablicy RAID i określ punkt montowania.

Krok 5: Zainstaluj bootloader (GRUB)
W konfiguracji RAID zaleca się zainstalowanie GRUB na obu dyskach. Zapewnia to, że system może się uruchomić nawet w przypadku awarii jednego dysku.

4.2 Używanie RAID w Ubuntu Desktop

Ubuntu Desktop nie posiada wbudowanej funkcji konfiguracji RAID podczas instalacji. Dlatego, jeśli chcesz używać RAID 1, musisz wykonać następujące kroki:

Metoda 1: Ręczna konfiguracja RAID z środowiska Live → Instalacja środowiska graficznego

1. Uruchom z Live USB.
2. Utwórz RAID 1 przy użyciu mdadm.
3. Zainstaluj środowisko graficzne na urządzeniu RAID (np. /dev/md0).
4. Dostosuj ustawienia dla grub i fstab.

Ta metoda jest nieco bardziej skomplikowana, ale oferuje dużą elastyczność i jest skuteczna, jeśli chwać RAID 1 w środowisku graficznym.

Metoda 2: Konfiguracja RAID w edycji Server → Dodanie pakietów GUI później
Zainstaluj edycję Server, która umożliwia konfigurację RAID, a następnie dodaj meta‑pakiet ubuntu-desktop, aby zbudować środowisko graficzne.

sudo apt update
sudo apt install ubuntu-desktop

Ta metoda jest bardzo stabilna i zalecana, jeśli chcesz dodać GUI do już skonfigurowanego środowiska RAID.

Kryteria wyboru Desktop vs. Server

Rozważając operacje skoncentrowane wokół RAID, wybór edycji Server od samego początku umożliwia płynniejszą budowę. Jeśli wolisz Desktop, odpowiednia jest konfiguracja z środowiska Live lub dodanie GUI później.

5. Operacje i rozwiązywanie problemów RAID 1

5.1 Monitorowanie i sprawdzanie statusu macierzy RAID

Regularne monitorowanie statusu macierzy RAID 1 jest kluczowe dla wczesnego wykrywania awarii. Możesz sprawdzić bieżący status macierzy RAID przy użyciu następującego polecenia:

cat /proc/mdstat

To polecenie wyświetla status synchronizacji macierzy RAID oraz informację, czy którykolwiek dysk uległ awarii. Podczas synchronizacji pokaże coś w stylu [UU], a podkreślenie jak w [_U] wskazuje, że brakuje jednego dysku.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje, użyj następującego polecenia:

sudo mdadm --detail /dev/md0

Wynik pokaże status każdego urządzenia, UUID, postęp odbudowy itp. Rozważ ustawienie regularnych kontro logów lub powiadomień e‑mail.

5.2 Obsługa awarii dysku i procedura odbudowy

Główną zaletą RAID 1 jest to, że operacje mogą kontynuować się nawet przy awarii jednego dysku. Jednak musisz reagować niezwłocznie, gdy wystąpi awaria.

【Krok 1】Zidentyfikuj uszkodzony dysk
W wyniku mdadm --detail, jeśli urządzenie jest wymienione jako „Removed” lub „Faulty”, to jest to problematyczny dysk.

【Krok 2】Usuń uszkodzony dysk z macierzy RAID

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

(Zastąp /dev/sdX rzeczywistą nazwą dysku)

【Krok 3】Przygotuj nowy dysk
Zainstaluj nowy dysk, a jeśli potrzebujesz utworzyć partycję:

sudo fdisk /dev/sdX

Zaleca się ustawienie typu na fd (Linux RAID autodetect) dla RAID.

【Krok 4】Dodaj nowy dysk do macierzy RAID i rozpocznij resynchronizację

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

Po tym możesz sprawdzić postęp odbudowy przy pomocy cat /proc/mdstat. Może to trwać od kilku minut do kilku godzin.

5.3 Instalacja GRUB i zapewnienie redundancji

W konfiguracji RAID 1, instalacja bootloadera (GRUB) na obu dyskach pozwala systemowi kontynuować uruchamianie nawet przy awarii jednego dysku.

Aby zainstalować GRUB na drugim dysku w już zainstalowanym systemie:

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

(Zastąp /dev/sdX nowym dyskiem)

Zaktualizuj konfigurację GRUB:

sudo update-grub

Wykonując te kroki, będziesz mógł uruchomić system, po prostu zmieniając kolejność bootowania w BIOS-ie, nawet przy awarii jednego dysku. Wiele instalacji GRUB jest niezbędne, aby maksymalnie zwiększyć redundancję RAID.

6. Używanie RAID sprzętowego

6.1 Czym jest RAID sprzętowy?

RAID sprzętowy konfiguruje macierze RAID przy użyciu dedykowanego kontrolera RAID (karty RAID). Ponieważ przetwarzanie RAID jest obsługiwane przez kontroler, a nie przez system operacyjny lub CPU, zapewnia to korzyści wydajnościowe i zmniejsza obciążenie procesora.

Ponadto system operacyjny rozpoznaje to jako pojedynczy dysk, więc możesz traktować go jak zwykłe urządzenie do przechowywania bez konfigurowania mdadm.

6.2 Zalety i wady używania sprzętowego RAID na Ubuntu

Zalety:

• Przetwarzanie RAID jest obsługiwane przez sprzęt, co zmniejsza obciążenie CPU.
• RAID można skonfigurować na poziomie BIOS, co umożliwia implementację niezależną od systemu operacyjnego.
• Szybsze odzyskiwanie danych w przypadku awarii, z wieloma modelami obsługującymi hot-swapping.

Wady:

• Jeśli sama karta RAID ulegnie awarii, odzyskiwanie może być trudne bez tego samego modelu i firmware.
• Zależność od karty RAID, co utrudnia elastyczną migrację i debugowanie.
• Wyższy koszt (karty RAID mogą kosztować od kilkuset do tysięcy dolarów).

6.3 Sprawdzanie i zarządzanie sprzętowym RAID na Ubuntu

Jeśli maszyna z zainstalowanym Ubuntu ma podłączoną kartę RAID, system operacyjny wyświetli tablicę RAID jako zwykłe urządzenie blokowe (np. /dev/sda). Dlatego nie zostanie rozpoznana przez polecenie mdadm.

Aby sprawdzić status tablicy RAID, należy użyć dedykowanego narzędzia dostarczonego przez producenta karty RAID.

Popularne karty RAID i narzędzia:

Aby używać ich na Ubuntu, należy pobrać i zainstalować pakiet kompatybilny z Linuksem (.deb) ze oficjalnej strony internetowej producenta.

6.4 Bądź świadomy różnicy od Fake RAID (BIOS RAID)

Istnieje również „Fake RAID”, który wygląda jak sprzętowy RAID, ale faktycznie emuluje RAID na poziomie BIOS. Ponieważ konfiguruje RAID poprzez dostarczanie sterowników do systemu operacyjnego, jego zachowanie jest zasadniczo podobne do oprogramowaniowego RAID.

Używanie Fake RAID na Ubuntu wymaga specjalnych konfiguracji dla „dmraid” lub „mdadm”, i jest bardziej podatne na problemy z odzyskiwaniem i kompatybilnością, więc generalnie nie jest zalecane dla początkujących.

6.5 Kiedy powinieneś wybrać sprzętowy RAID?

Rozważ implementację sprzętowego RAID w następujących sytuacjach:

• Duże aplikacje serwerowe zarządzające dużą ilością centralnego przechowywania.
• Gdy wymagane są specyficzne funkcje karty RAID, takie jak hot-swapping lub cache z podtrzymaniem bateryjnym.
• Gdy chcesz skoncentrować zasoby CPU na zadaniach innych niż kontrola przechowywania.
• Gdy potrzebujesz surowszego wykrywania awarii i zarządzania logami niż oferuje oprogramowaniowy RAID.

Odwrotnie, dla małych serwerów plików lub użytku osobistego, oprogramowaniowy RAID z użyciem mdadm oferuje lepszy stosunek kosztów do wydajności i elastyczność.

7. Często zadawane pytania (FAQ)

P1. Czy RAID 1 może zastąpić kopie zapasowe?

O1. Nie, RAID 1 nie jest substytutem kopii zapasowych.

RAID 1 to redundantna konfiguracja zapobiegająca przestojom systemu spowodowanym awarią dysku. Jeśli przypadkowo usuniesz pliki, zostaniesz dotknięty przez malware lub doświadczysz korupcji danych z powodu problemów z systemem operacyjnym, oba dyski zostaną równie dotknięte. Dlatego konieczne jest używanie go w połączeniu z oddzielną kopią zapasową.

P2. Co się dzieje, jeśli jeden dysk ulegnie awarii podczas konfiguracji RAID 1?

O2. System będzie kontynuował normalną pracę na pozostałym zdrowym dysku.

Ponieważ RAID 1 to konfiguracja lustrzana, system będzie kontynuował działanie nawet jeśli jeden dysk fizycznie ulegnie awarii. Po potwierdzeniu błędu w logach możesz zastąpić uszkodzony dysk nowym, dodać go ponownie do tablicy RAID i przeprowadzić resynchronizację, aby odzyskać dane.

P3. Czy mogę używać RAID 1 na Ubuntu Desktop?

O3. Tak, jest to możliwe. Jednak nie możesz skonfigurować RAID z poziomu instalatora.

Ponieważ standardowy instalator Ubuntu Desktop nie posiada funkcji konfiguracji RAID, możesz skorzystać z następujących dwóch metod:

• Ręcznie skonfigurować RAID z Live USB przed zainstalowaniem systemu operacyjnego.
• Skonfigurować RAID na Ubuntu Server, a następnie zainstalować GUI.

Ta druga metoda jest mniej podatna na problemy i jest zalecana dla początkujących.

P4. Jak mogę okresowo sprawdzać status RAID po skonfigurowaniu RAID 1?

O4. Użyj cat /proc/mdstat lub mdadm --detail /dev/md0.

Aby sprawdzić status operacyjny RAID, użyj następujących poleceń:

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

Możesz również skonfigurować ustawienia powiadomień w /etc/mdadm/mdadm.conf, aby otrzymywać powiadomienia e-mail.

Q5. Czy muszę ponownie zainstalować GRUB po wymianie dysku w RAID 1?

A5. Tak, musisz zainstalować GRUB również na dysku zastępczym.

W konfiguracji RAID 1 instalacja GRUB na obu dyskach zapewnia redundancję. Jeśli zainstalujesz go tylko na jednym, system może nie uruchomić się, jeśli ten dysk zawiedzie.

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

(Zastąp /dev/sdX nowym dyskiem)

Q6. Co jest bezpieczniejsze, mdadm czy sprzętowy RAID?

A6. Zależy to od środowiska użycia, ale do użytku osobistego lub małych serwerów mdadm jest ogólnie łatwiejszy w obsłudze i bezpieczniejszy.

Sprzętowy RAID jest wydajny i niezawodny, ale odzyskiwanie może być trudne, jeśli karta RAID zawiedzie, i możesz potrzebować karty tego samego modelu. Z drugiej strony, ponieważ mdadm jest samowystarczalny w Linuksie, jest dużo informacji dostępnych do rozwiązywania problemów, co ułatwia radzenie sobie z kwestiami.

Q7. Czy możliwe jest tymczasowe zatrzymanie lub ponowne uruchomienie tablicy RAID?

A7. Tak, możliwe jest zatrzymanie i ponowne uruchomienie tablicy. Jednak wymagana jest ostrożność.

Przykład polecenia zatrzymania:

sudo mdadm --stop /dev/md0

Przykład polecenia ponownego uruchomienia (ponownego składania):

sudo mdadm --assemble --scan

Uwaga: Upewnij się, że skonfigurowałeś mdadm.conf i initramfs, aby tablica była automatycznie składana podczas uruchamiania.

8. Wniosek

RAID 1 służy do „Zapewnienia Redundancji”

Największą zaletą RAID 1 jest możliwość duplikowania danych w czasie rzeczywistym, co pozwala na kontynuowanie działania nawet jeśli jeden dysk zawiedzie. Pomaga to uniknąć nieoczekiwanych przerw w usłudze spowodowanych awariami sprzętowymi. Jednak kluczowe jest pamiętanie, że RAID nie jest substytutem kopii zapasowych. Oddzielny system kopii zapasowych jest niezbędny do radzenia sobie z usuwaniem, nadpisywaniem i uszkodzeniami wirusowymi.

Opcje RAID w Ubuntu

W Ubuntu możesz wybrać metodę konfiguracji RAID zgodnie ze swoją sytuacją i celem:

Zwłaszcza dla użytkowników Ubuntu budowanie z mdadm jest najbardziej praktyczną opcją.

Operacje i Konserwacja Po Budowie Określają Niezawodność

Budowanie RAID to dopiero początek. Regularne sprawdzanie statusu, szybka reakcja na awarie i właściwa konfiguracja GRUB i fstab są kluczowe dla osiągnięcia długoterminowo stabilnego działania. Oto kilka ważnych punktów konserwacji:

• Regularne sprawdzanie z cat /proc/mdstat i mdadm --detail
• Zrozumienie procedury odbudowy tablicy RAID
• Redundancja uruchamiania poprzez wielokrotne instalacje GRUB
• Używanie regularnych kopii zapasowych w połączeniu

Wreszcie

Nawet jeśli RAID wydaje się trudne, z Ubuntu i mdadm można je zbudować prosto za pomocą operacji wiersza poleceń. Odwołując się do treści tego artykułu, nawet ci nowi w RAID powinni być w stanie stworzyć solidne środowisko systemowe odporne na problemy.

Mamy nadzieję, że wykorzystasz RAID 1 w przyszłych operacjach serwerowych i projektowaniu systemów, aby cieszyć się bezpiecznym i stabilnym życiem Linuksa.