21.3.RAID1——镜像

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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：

# 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：

# 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：

# gmirror clear ada8

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：

# gmirror load

使用这两块新磁盘创建镜像：

# 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。

# 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)

# 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：

# 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：

# newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
# newfs -U /dev/mirror/gm0s1f

# 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：

# 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：

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。

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：

# gmirror load

使用 diskinfo 检查原磁盘的媒体大小：

# diskinfo -v ada0 | head -n3
/dev/ada0
        512             # 扇区大小
        1000204821504   # 介质大小（以字节为单位） (931G)

# 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。

# 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。

# 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：

# cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd         63 1953525105   [active]

# 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。

# cat table.ada0
MBR 4
1 freebsd         63 1953525104   [active]

# 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：

# 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。

# 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。

# 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：

# 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。

# cp /etc/fstab /etc/fstab.orig

编辑 /etc/fstab，将 /dev/ada0 替换为 mirror/gm0。

# 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：

geom_mirror_load="YES"

# 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

# 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。

# gmirror status
      Name    Status  Components
mirror/gm0  DEGRADED  ada1 (ACTIVE)
                      ada0 (SYNCHRONIZING, 64%)

稍后，同步将完成。

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：

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：

# gmirror load
# mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt

编辑 /mnt/boot/loader.conf，添加一行以加载镜像模块：

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。

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：

# gmirror forget gm0

# 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。

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