RAID1,或称为 镜像 ,是一种将相同数据写入多个磁盘驱动器的技术。镜像通常用于防止因磁盘故障而导致的数据丢失。镜像中的每个磁盘包含数据的完全副本。当某个磁盘发生故障时,镜像仍然可以继续工作,从仍然正常工作的磁盘中提供数据。计算机继续运行,管理员有时间在不中断用户的情况下替换故障磁盘。
以下是两个常见的情况。第一个示例创建一个由两块新磁盘组成的镜像,并用它替代现有的单个磁盘。第二个示例在单个新磁盘上创建一个镜像,将旧磁盘的数据复制到其中,然后将旧磁盘插入镜像中。尽管此过程稍微复杂一些,但只需要一个新磁盘。
传统上,镜像中的两个磁盘通常在型号和容量上完全相同,但 并不要求如此。使用不同的磁盘创建的镜像,其容量将等于镜像中最小磁盘的容量。较大磁盘上的额外空间将无法使用。稍后插入镜像的磁盘必须至少与镜像中已存在的最小磁盘容量相同。
警告
这里展示的镜像过程是无损的,但和任何重大磁盘操作一样,首先请进行完整的备份。
警告
尽管在这些操作中使用了 来复制文件系统,但它不能在启用了软更新日志的文件系统上工作。请参阅 获取有关检测和禁用软更新日志的更多信息。
21.3.1. 元数据问题
许多磁盘系统将元数据存储在每个磁盘的末尾。重用磁盘作为镜像之前,应先擦除旧的元数据。大多数问题由两种特定类型的残留元数据引起:GPT 分区表和来自之前镜像的旧元数据。
可以使用 擦除 GPT 元数据。此示例擦除磁盘 ada8 的主 GPT 和备份 GPT 分区表:
复制 # gpart destroy -F ada8
可以使用 将磁盘从活动镜像中移除,并一步擦除元数据。此示例中,磁盘 ada8 被从活动镜像 gm4 中移除:
复制 # gmirror remove gm4 ada8
如果镜像未运行,但磁盘上仍有旧的镜像元数据,可以使用 gmirror clear
来移除它:
在磁盘末尾存储一块元数据。由于 GPT 分区方案也在磁盘末尾存储元数据,因此不建议使用 镜像整个 GPT 磁盘。这里使用的是 MBR 分区,因为它仅在磁盘开始处存储分区表,不与镜像元数据冲突。
21.3.2. 使用两块新磁盘创建镜像
在这个示例中,FreeBSD 已经安装在单个磁盘 ada0 上。两块新磁盘 ada1 和 ada2 已连接到系统。将创建一个新的镜像,将这两块磁盘用于替换旧的单个磁盘。
geom_mirror.ko 内核模块必须内置到内核中,或在启动时或运行时加载。现在手动加载内核模块:
使用这两块新磁盘创建镜像:
复制 # gmirror label -v gm0 /dev/ada1 /dev/ada2
gm0 是用户选择的设备名称,分配给新创建的镜像。镜像启动后,设备名称会出现在 /dev/mirror/ 中。
镜像上的分区不需要与现有磁盘上的分区大小相同,但必须足够大,以容纳 ada0 上已有的所有数据。
复制 # gpart create -s MBR mirror/gm0
# gpart add -t freebsd -a 4k mirror/gm0
# gpart show mirror/gm0
=> 63 156301423 mirror/gm0 MBR (74G)
63 63 - free - (31k)
126 156301299 1 freebsd (74G)
156301425 61 - free - (30k)
复制 # gpart create -s BSD mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-swap -a 4k -s 4g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k -s 1g mirror/gm0s1
# gpart add -t freebsd-ufs -a 4k mirror/gm0s1
# gpart show mirror/gm0s1
=> 0 156301299 mirror/gm0s1 BSD (74G)
0 2 - free - (1.0k)
2 4194304 1 freebsd-ufs (2.0G)
4194306 8388608 2 freebsd-swap (4.0G)
12582914 4194304 4 freebsd-ufs (2.0G)
16777218 2097152 5 freebsd-ufs (1.0G)
18874370 137426928 6 freebsd-ufs (65G)
156301298 1 - free - (512B)
通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装引导代码并设置活动分区,使镜像可引导:
复制 # gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
# gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
# gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1
格式化新镜像上的文件系统,启用软更新:
复制 # newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1f
复制 # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
# dump -C16 -b64 -0aL -f - / | (cd /mnt && restore -rf -)
# mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
# mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/tmp
# mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/usr
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /tmp | (cd /mnt/tmp && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)
编辑 /mnt/etc/fstab ,指向新的镜像文件系统:
复制 # Device Mountpoint FStype Options Dump Pass#
/dev/mirror/gm0s1a / ufs rw 1 1
/dev/mirror/gm0s1b none swap sw 0 0
/dev/mirror/gm0s1d /var ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1e /tmp ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1f /usr ufs rw 2 2
如果 geom_mirror.ko 内核模块没有内置到内核中,则编辑 /mnt/boot/loader.conf ,以便在启动时加载该模块:
重新启动系统以测试新镜像,并验证所有数据是否已复制。BIOS 会将镜像视为两个独立的磁盘,而不是一个镜像。由于磁盘是相同的,选择哪一个启动都无关紧要。
在使用中,镜像将像原来的单个磁盘一样运行。
21.3.3. 使用现有磁盘创建镜像
在此示例中,FreeBSD 已经安装在单个磁盘 ada0 上,并且已经连接了新磁盘 ada1 。将会在新磁盘上创建一个单磁盘镜像,复制现有系统到该磁盘上,然后将旧磁盘插入到镜像中。由于 gmirror
需要在每个磁盘的末尾放置一个 512 字节的元数据块,而现有的 ada0 通常已经将所有空间分配完,因此此过程较为复杂。
加载 geom_mirror.ko 内核模块:
使用 diskinfo
检查原磁盘的媒体大小:
复制 # diskinfo -v ada0 | head -n3
/dev/ada0
512 # 扇区大小
1000204821504 # 介质大小(以字节为单位) (931G)
复制 # geom zero load
# gnop create -s 1000204821504 gzero
# gmirror label -v gm0 gzero.nop ada1
# gmirror forget gm0
由于 gzero.nop 不存储任何数据,镜像不会将其视为已连接。因此,镜像会被告知“忘记”未连接的组件,删除对 gzero.nop 的引用。结果是一个仅包含一个磁盘 ada1 的镜像设备。
创建 gm0 后,查看 ada0 上的分区表。以下输出来自一个 1 TB 的驱动器。如果驱动器末尾有一些未分配的空间,内容可以直接从 ada0 复制到新的镜像。
然而,如果输出显示磁盘上的所有空间都已分配,如下所示,则无法为磁盘末尾的 512 字节镜像元数据留出空间。
复制 # gpart show ada0
=> 63 1953525105 ada0 MBR (931G)
63 1953525105 1 freebsd [active] (931G)
在这种情况下,必须编辑分区表,通过减少 mirror/gm0 的容量一个扇区来为镜像元数据腾出空间。此过程将在后面说明。
无论哪种情况,都应首先使用 gpart backup
和 gpart restore
备份主磁盘的分区表。
复制 # gpart backup ada0 > table.ada0
# gpart backup ada0s1 > table.ada0s1
这些命令会创建两个文件 table.ada0 和 table.ada0s1 。这是来自一个 1 TB 驱动器的示例:
复制 # cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd 63 1953525105 [active]
复制 # cat table.ada0s1
BSD 8
1 freebsd-ufs 0 4194304
2 freebsd-swap 4194304 33554432
4 freebsd-ufs 37748736 50331648
5 freebsd-ufs 88080384 41943040
6 freebsd-ufs 130023424 838860800
7 freebsd-ufs 968884224 984640881
如果磁盘末尾没有显示未分配空间,则必须将分区和最后一个分区的大小都减少一个扇区。编辑这两个文件,将分区和最后一个分区的大小都减少一个扇区。这些数字是每个列表中的最后一个数字。
复制 # cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd 63 1953525104 [active]
复制 # cat table.ada0s1
BSD 8
1 freebsd-ufs 0 4194304
2 freebsd-swap 4194304 33554432
4 freebsd-ufs 37748736 50331648
5 freebsd-ufs 88080384 41943040
6 freebsd-ufs 130023424 838860800
7 freebsd-ufs 968884224 984640880
如果磁盘末尾至少有一个扇区是未分配的,则可以直接使用这两个文件。
现在,将分区表恢复到 mirror/gm0 :
复制 # gpart restore mirror/gm0 < table.ada0
# gpart restore mirror/gm0s1 < table.ada0s1
使用 gpart show
检查分区表。此示例中,gm0s1a 对应 / ,gm0s1d 对应 /var ,gm0s1e 对应 /usr ,gm0s1f 对应 /data1 ,gm0s1g 对应 /data2 。
复制 # gpart show mirror/gm0
=> 63 1953525104 mirror/gm0 MBR (931G)
63 1953525042 1 freebsd [active] (931G)
1953525105 62 - free - (31k)
# gpart show mirror/gm0s1
=> 0 1953525042 mirror/gm0s1 BSD (931G)
0 2097152 1 freebsd-ufs (1.0G)
2097152 16777216 2 freebsd-swap (8.0G)
18874368 41943040 4 freebsd-ufs (20G)
60817408 20971520 5 freebsd-ufs (10G)
81788928 629145600 6 freebsd-ufs (300G)
710934528 1242590514 7 freebsd-ufs (592G)
1953525042 63 - free - (31k)
分区和最后一个分区必须在磁盘末尾至少有一个空闲块。
在这些新分区上创建文件系统。分区的数量会根据原磁盘 ada0 进行调整。
复制 # newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1f
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1g
通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装引导代码并设置活动分区,使镜像可引导:
复制 # gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
# gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
# gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1
调整 /etc/fstab 文件,以使用镜像上的新分区。首先通过将其复制到 /etc/fstab.orig 来备份此文件。
复制 # cp /etc/fstab /etc/fstab.orig
编辑 /etc/fstab ,将 /dev/ada0 替换为 mirror/gm0 。
复制 # Device Mountpoint FStype Options Dump Pass#
/dev/mirror/gm0s1a / ufs rw 1 1
/dev/mirror/gm0s1b none swap sw 0 0
/dev/mirror/gm0s1d /var ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1e /usr ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1f /data1 ufs rw 2 2
/dev/mirror/gm0s1g /data2 ufs rw 2 2
如果 geom_mirror.ko 内核模块未构建到内核中,请编辑 /boot/loader.conf 以在启动时加载它:
复制 # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
# dump -C16 -b64 -0aL -f - / | (cd /mnt && restore -rf -)
# mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
# mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/usr
# mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/data1
# mount /dev/mirror/gm0s1g /mnt/data2
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /data1 | (cd /mnt/data1 && restore -rf -)
# dump -C16 -b64 -0aL -f - /data2 | (cd /mnt/data2 && restore -rf -)
此时,镜像仍然只由一个磁盘 ada1 组成。
在成功从 mirror/gm0 启动后,最后一步是将 ada0 插入镜像中。
重要
复制 # gmirror insert gm0 ada0
GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0
同步将在两磁盘之间立即开始。使用 gmirror status
查看进度。
复制 # gmirror status
Name Status Components
mirror/gm0 DEGRADED ada1 (ACTIVE)
ada0 (SYNCHRONIZING, 64%)
稍后,同步将完成。
复制 GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0 finished.
# gmirror status
Name Status Components
mirror/gm0 COMPLETE ada1 (ACTIVE)
ada0 (ACTIVE)
mirror/gm0 现在由两个磁盘 ada0 和 ada1 组成,并且内容会在它们之间自动同步。在使用过程中,mirror/gm0 的表现将与原始单个驱动器相同。
21.3.4. 故障排除
如果系统无法启动,可能需要更改 BIOS 设置,以便从新镜像驱动器之一启动。两个镜像驱动器都可以用于启动,因为它们包含相同的数据。
如果启动时出现以下消息,说明镜像设备出现了问题:
复制 Mounting from ufs:/dev/mirror/gm0s1a failed with error 19.
Loader variables:
vfs.root.mountfrom=ufs:/dev/mirror/gm0s1a
vfs.root.mountfrom.options=rw
Manual root filesystem specification:
<fstype>:<device> [options]
Mount <device> using filesystem <fstype>
and with the specified (optional) option list.
e.g. ufs:/dev/da0s1a
zfs:tank
cd9660:/dev/acd0 ro
(which is equivalent to: mount -t cd9660 -o ro /dev/acd0 /)
? List valid disk boot devices
. Yield 1 second (for background tasks)
<empty line> Abort manual input
mountroot>
如果忘记在 /boot/loader.conf 中加载 geom_mirror.ko 模块,可能会导致此问题。为了解决它,请从 FreeBSD 安装介质启动,并在第一个提示符处选择 Shell
。然后加载镜像模块并挂载镜像设备:
复制 # gmirror load
# mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
编辑 /mnt/boot/loader.conf ,添加一行以加载镜像模块:
保存文件并重启。
其他导致 error 19
的问题需要更多的努力来修复。尽管系统应从 ada0 启动,如果 /etc/fstab 不正确,仍会出现另一个提示符以选择一个 shell。在启动加载程序提示符下输入 ufs:/dev/ada0s1a
,然后按 Enter 键。撤销 /etc/fstab 中的编辑,然后挂载原始磁盘 (ada0 ) 上的文件系统,而不是镜像。重新启动系统并再次尝试该过程。
复制 Enter full pathname of shell or RETURN for /bin/sh:
# cp /etc/fstab.orig /etc/fstab
# reboot
21.3.5. 从磁盘故障中恢复
磁盘镜像的好处是,哪怕单个磁盘发生故障,镜像也不会丢失任何数据。在上述示例中,如果 ada0 故障,镜像将继续工作,从剩余的工作驱动器 ada1 提供数据。
要更换故障的驱动器,关闭系统并物理更换故障的驱动器,使用相同或更大容量的新驱动器。制造商在为驱动器评定容量时使用的值有些是任意的,唯一确保容量正确的方法是通过 diskinfo -v
比较总扇区数。容量大于镜像的驱动器可以使用,尽管新驱动器的额外空间不会被使用。
计算机重新启动后,镜像将在仅有一个驱动器的“降级”模式下运行。镜像将被告知忘记当前未连接的驱动器:
复制 # gmirror insert gm0 /dev/ada4
当新驱动器插入镜像后,重同步将开始。将镜像数据复制到新驱动器的过程可能需要一段时间。在复制过程中,镜像的性能将大大降低,因此最好在计算机负载较低时插入新驱动器。
可以通过 gmirror status
来监控进度,查看正在同步的驱动器及其完成百分比。在重同步过程中,状态将为 DEGRADED
,当过程完成时,将变为 COMPLETE
。