RAID por software en Debian 7 con mdadm

Para el que no lo sepa, un RAID en informática no es una carrera de aventuras sino un disco duro lógico creado a partir de la union de dos o más discos duros físicos con objeto (por lo general aunque no siempre) de proporcionar tolerancia a fallos. Las siglas vienen de Redundant Array of Inexpensive Disks y hace referencia a que, en su día, constituían una alternativa para proporcionar un almacenamiento seguro usando discos baratos en lugar de unos mucho más caros (por lo general SCSI). Ahí está la wikipedia para quién quiera aprender un poquito más 😉

El método más seguro de usar esta tecnología es mediante hardware dedicado. Eso que quede claro. Pero cuando no queremos o no podemos gastarnos el dinero que esto requiere tenemos la alternativa de implementarlo mediante software. En Linux tenemos para ello mdadm, una herramienta en línea de comando muy sencilla de usar si entendemos los conceptos básicos de lo que estamos haciendo.

La instalación en una Debian es así de sencilla:

apt-get install mdadm

El script de configuración posterior a la instalación sólo nos planteará dos cuestiones. Leelas atentamente (como siempre… 😉 ). En la primera se nos pregunta si el sistema de ficheros raíz de nuestro Linux estará en un RAID con objeto de iniciarlo antes de la secuencia de arranque. En este ejemplo le diremos que no puesto que sólo usaremos RAID para los discos de datos, así que responderemos con none como se nos indica en el mensaje siguiente:

En la segunda pregunta se nos interroga acerca de si queremos que los discos RAID que vamos a crear se inicialicen de forma automática durante cada inicio de la máquina o si preferimos hacerlo nosotros manualmente. Contestaremos que queremos que lo haga de forma automática.

Una vez instalado mdadm ya podemos crear nuestro RAID. En el ejemplo que vamos a ver crearemos un RAID5 con tres discos de 500GB. El comando lsblk es muy cómodo para ver que asignación de nombres le ha hecho nuestro sistema a estos dispositivos:

El comando básico para crear un RAID es este:

mdadm --create dispositivo-md --level=x --raid-devices=z dispositivos-sd

O en formato abreviado:

mdadm --create dispositivo-md -l x -n z dispositivos-sd

Donde x es el nivel de RAID (admite los básicos 0, 1, 4, 5, 6, 10 y alguno más) y z el número de discos que formarán el array. El dispositivo-md será el nombre de dispositivo que recibirá el nuevo disco lógico (y que debería de estar en el directorio /dev y, por convención, llamarse md seguido de un número, por ejemplo /dev/md0) y los dispositivos-sd serían los discos físicos que forman el array separados por espacios (por ejemplo /dev/sdb /dev/sdc). Podemos añadir también la opción --verbose para obtener información más detallada del proceso de creación y los posibles fallos. Veamos un par de ejemplos:

Para crear un RAID0 con los tres discos indicados:

mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=0 --raid-devices=3 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc

Para crear un mirror (RAID1) con los discos indicados:

mdadm --create /dev/md0 -l 1 -n 2 /dev/sdb /dev/sdc

La creación admite, aparte de estas, otras opciones avanzadas que puedes consultar en el manual que se ha instalado con él (man mdadm). Y vamos ya a seguir con nuestro ejemplo. Para crear el RAID5 que necesitamos ejecutamos lo siguiente:

mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=5 -n 3 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

Si todo ha salido bien se nos mostrarán algunos mensajes informativos y el comando finalizará indicando que el disco md0 ha sido inicializado y arrancado. Podemos comprobar el estado de nuevo con lsblk o con more /proc/mdstat

Para poder utilizar nuestro disco debemos aún formatearlo y montarlo en nuestro sistema de ficheros. Vamos a formatearlo como ext4 y a montarlo en un directorio que se llame datos dentro del subdirectorio /mnt:

mke2fs -t ext4 /dev/md0
mkdir /mnt/datos
mount /dev/md0 /mnt/datos

Si usamos ahora, por ejemplo, el comando df (df -k /mnt/datos) para ver el espacio de la partición y el porcentaje de uso veremos que, efectivamente, disponemos de cerca de 1TB correspondiente al tamaño del RAID5 con tres discos de 500GB que hemos montado.

Nos falta aún algo más. Durante la instalación le hemos dicho a mdadm que inicie de forma automática todos los arrays, pero eso no significa que los monte en el sistema de ficheros. Si queremos que lo haga automáticamente en cada arranque y en el mismo directorio donde lo acabamos de hacer de forma manual, tendremos que añadir una línea como la siguiente al fichero /etc/fstab:

/dev/md0  /mnt/datos  ext4  defaults  0  1

Vamos a echarle ahora un vistazo a diversos comandos de gestión y monitorización. Si queremos detener el volumen usamos el argumento --stop. No olvides desmontarlo antes para evitar que haya pérdida de datos:

umount /dev/md0
mdadm --stop /dev/md0

Luego, para volver a arrancarlo de forma manual:

mdadm --assemble /dev/md0 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd

Y si habíamos incluido la línea que indicamos antes en el fichero fstab para volver a montar el disco en nuestro sistema de ficheros basta con hacer esto:

mount /dev/m0 /mnt/datos

Para ver información de todos los arrays que tenemos en funcionamiento en la máquina usamos el argumento --detail:

mdadm --detail --verbose --scan

Sólo tenemos uno, claro. Para ver información en detalle del mismo:

mdadm --detail --verbose /dev/md0

O también podemos usar el argumento --examine para ver información y el estado de cualquier a de los discos que forman nuestro array:

Vamos a simular ahora la rotura de uno de los discos. Para ello apagamos la máquina bruscamente y desconectamos uno de los tres discos del RAID. Podemos hacer fácilmente esta prueba tanto en una máquina real (¡que no esté en producción!) como en una virtual. Tras arrancar de nuevo nuestro RAID habrá perdido la tolerancia a fallos. No obstante, si hemos creado o copiado datos en el directorio /mnt/datos veremos que estos siguen siendo perfectamente accesibles.

Para recuperar la tolerancia a fallos debemos de añadir un disco nuevo. Lo hacemos y una vez arrancada de nuevo la máquina ejecutamos lo siguiente para añadir el disco /dev/sdc a nuestro RAID en sustitución del que hemos simulado que se ha roto:

mdadm /dev/md0 --add /dev/sdc

El RAID se reconstruirá sólo de forma automática pero dependiendo del tamaño y del volumen de datos podrá tardar más o menos tiempo. Observa de vez en cuando la salida de more /proc/mdstat para estar al tanto.

Si lo que queremos es añadir al RAID un nuevo disco para que sea usado como hot spare basta con sumarlo a un RAID ya creado y funcional con el mismo comando que usamos antes para añadir un disco a un RAID estropeado:

mdadm /dev/md0 --add /dev/sde

Si lo que queremos es añadir el disco para agrandar el tamaño del RAID y no para que sea usado como hot spare tendríamos que usar los siguientes comandos:

mdadm /dev/md0 --add /dev/sde
mdadm --grow /dev/md0 �??raid-devices=4

En el fichero /proc/mdstat podemos ver el proceso como siempre:

Lo que no nos va a resolvernos mdadm es hacer que la partición que habíamos creado en el disco y sobre la que estábamos trabajando crezca. Eso es tarea nuestra:

umount /dev/md0
e2fsck -f /dev/md0
resize2fs /dev/md0
mount /dev/md0 /mnt/datos

Y el resultado:

Si lo que queremos es eliminar uno de los discos del RAID (para reemplazarlo por otro, por ejemplo) tenemos antes que marcarlo como fail. Luego lo eliminamos:

mdadm /dev/md0 --fail /dev/sdd
mdadm /dev/md0 --remove /dev/sdd

Y si quisiéramos eliminar el RAID usamos este comando:

mdadm --remove /dev/md0

mdadm tiene también un argumento llamado --monitor que le permite generar alertas cuando ocurre alguna incidencia en el RAID. Por defecto en una Debian el monitor se arranca como un daemon que graba las incidencias en el fichero de logs de la máquina (/var/log/syslog) de esta forma:

mdadm --monitor --pid-file /run/mdadm/monitor.pid --daemonise --scan --syslog

Si, además, quisiéramos que nos enviara dichas incidencias a nuestra cuenta de correo deberíamos de añadir la opción --mail:

mdadm --monitor --pid-file /run/mdadm/monitor.pid --daemonise --scan --syslog --mail josemaria@uponday.net