# 21.3.RAID1——镜像 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 [gmirror(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gmirror\&sektion=8\&format=html) 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 [dump(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=dump\&sektion=8\&format=html) 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 [tunefs(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=tunefs\&sektion=8\&format=html) 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 [gpart(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gpart\&sektion=8\&format=html) 擦除 GPT 元数据。此示例擦除磁盘 **ada8** 的主 GPT 和备份 GPT 分区表： ```sh # gpart destroy -F ada8 ``` 可以使用 [gmirror(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gmirror\&sektion=8\&format=html) 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： ```sh # 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： ```sh # gmirror clear ada8 ``` [gmirror(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gmirror\&sektion=8\&format=html) 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 [gmirror(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gmirror\&sektion=8\&format=html) 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： ```sh # gmirror load ``` 使用这两块新磁盘创建镜像： ```sh # 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。 现在可以使用 [gpart(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gpart\&sektion=8\&format=html) 在镜像上创建 MBR 和 bsdlabel 分区表。此示例使用传统的文件系统布局，包括 **/**、swap、**/var**、**/tmp** 和 **/usr** 分区。一个 **/** 和一个 swap 分区也可以工作。 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。 ```sh # 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) ``` ```sh # 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： ```sh # 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： ```sh # newfs -U /dev/mirror/gm0s1a # newfs -U /dev/mirror/gm0s1d # newfs -U /dev/mirror/gm0s1e # newfs -U /dev/mirror/gm0s1f ``` 现在，可以使用 [dump(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=dump\&sektion=8\&format=html) 和 [restore(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=restore\&sektion=8\&format=html) 将原始 **ada0** 磁盘上的文件系统复制到镜像上。 ```sh # 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： ```sh # 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： ```sh geom_mirror_load="YES" ``` 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。 如果遇到问题，请参见 [故障排除](https://docs.freebsd.org/en/books/handbook/geom/#gmirror-troubleshooting)。关闭电源并断开原始的 **ada0** 磁盘后，可以将其保留为离线备份。 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： ```sh # gmirror load ``` 使用 `diskinfo` 检查原磁盘的媒体大小： ```sh # diskinfo -v ada0 | head -n3 /dev/ada0 512 # 扇区大小 1000204821504 # 介质大小（以字节为单位） (931G) ``` 在新磁盘上创建镜像。为了确保镜像的容量不大于原 **ada0** 驱动器的容量，使用 [gnop(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gnop\&sektion=8\&format=html) 创建一个虚拟驱动器，大小与 **ada0** 相同。此驱动器不存储任何数据，仅用于限制镜像的大小。当 [gmirror(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=gmirror\&sektion=8\&format=html) 创建镜像时，它会将容量限制为 **gzero.nop** 的大小，即使新磁盘 **ada1** 有更多的空间。请注意，第二行中的 *1000204821504* 与 `diskinfo` 中显示的 **ada0** 的媒体大小相等。 ```sh # 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。 ```sh # 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。 ```sh # 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： ```sh # cat table.ada0 MBR 4 1 freebsd 63 1953525105 [active] ``` ```sh # 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。 ```sh # cat table.ada0 MBR 4 1 freebsd 63 1953525104 [active] ``` ```sh # 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**： ```sh # 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**。 ```sh # 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。 ```sh # 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： ```sh # 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。 ```sh # cp /etc/fstab /etc/fstab.orig ``` 编辑 **/etc/fstab**，将 **/dev/ada0** 替换为 **mirror/gm0**。 ```sh # 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： ```sh geom_mirror_load="YES" ``` 现在可以使用 [dump(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=dump\&sektion=8\&format=html) 和 [restore(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=restore\&sektion=8\&format=html) 将原磁盘上的文件系统复制到镜像中。每个使用 `dump -L` 导出的文件系统将首先创建一个快照，这可能需要一些时间。 ```sh # 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 -) ``` 重新启动系统，从 **ada1** 启动。如果一切正常，系统将从 **mirror/gm0** 启动，且现在包含与之前 **ada0** 相同的数据。若有问题启动，请参阅 [故障排除](https://docs.freebsd.org/en/books/handbook/geom/#gmirror-troubleshooting)。 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** > > 当 **ada0** 被插入镜像时，它的原始内容将被镜像中的数据覆盖。确保在将 **ada0** 添加到镜像之前，**mirror/gm0** 的内容与 **ada0** 完全相同。如果使用 [dump(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=dump\&sektion=8\&format=html) 和 [restore(8)](https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=restore\&sektion=8\&format=html) 复制的内容与 **ada0** 上的内容不一致，请恢复 **/etc/fstab**，将文件系统挂载到 **ada0**，然后重新启动并重新开始整个过程。 ```sh # 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。 ```sh # gmirror status Name Status Components mirror/gm0 DEGRADED ada1 (ACTIVE) ada0 (SYNCHRONIZING, 64%) ``` 稍后，同步将完成。 ```sh 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： ```sh 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: : [options] Mount using filesystem 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) 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： ```sh # gmirror load # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt ``` 编辑 **/mnt/boot/loader.conf**，添加一行以加载镜像模块： ```sh geom_mirror_load="YES" ``` 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。 ```sh 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： ```sh # gmirror forget gm0 ``` 应该清除新驱动器上任何旧的元数据，方法请参见 [元数据问题](https://docs.freebsd.org/en/books/handbook/geom/#geom-mirror-metadata)。然后，将新驱动器（例如 **ada4**）插入镜像中： ```sh # 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`。