19.3.RAID1 - 镜像

RAID1，或称镜像，是将相同的数据写入一个以上的磁盘驱动器的技术。镜像通常被用来防止因驱动器故障而导致的数据丢失。镜像中的每个驱动器都包含一个相同的数据副本。当一个单独的驱动器发生故障时，镜像继续工作，提供来自仍在运行的驱动器的数据。计算机继续运行，管理员有时间在不影响用户的情况下更换故障驱动器。

这些例子中说明了两种常见的情况。第一个例子是用两个新的驱动器创建一个镜像，用它来替代现有的单个驱动器。第二个例子在一个新的驱动器上创建一个镜像，把旧的驱动器的数据复制到它上面，然后把旧的驱动器插入镜像中。虽然这个过程稍微复杂一些，但它只需要一个新的驱动器。

传统上，镜像中的两个驱动器在型号和容量上是相同的，但是 gmirror(8) 并不要求这样。用不同的驱动器创建的镜像，其容量等于镜像中最小的驱动器的容量。较大驱动器上的额外空间将不被使用。后来插入镜像的硬盘必须至少有与镜像中最小的硬盘一样的容量。

警告：

这里显示的镜像步骤是非破坏性的，但与任何主要的磁盘操作一样，先做一个完整的备份。

警告：

虽然 dump(8) 在这些程序中被用来复制文件系统，但它对有软更新日志的文件系统不起作用。参见 tunefs(8) 以获得关于检测和禁用软更新日志的信息。

19.3.1 元数据问题

许多磁盘系统在每个磁盘的末端存储元数据。在重新使用磁盘做镜像之前，旧的元数据应该被擦除。大多数问题是由两种特殊类型的遗留元数据引起的。GPT 分区表和之前镜像的旧元数据。

GPT 元数据可以用 gpart(8) 来擦除。这个例子删除了 ada8 磁盘上的主分区和备份 GPT 分区表。

  1. # gpart destroy -F ada8

使用 gmirror(8) 可以将一个磁盘从活动镜像中移除，并在一个步骤中擦除元数据。这里，例子中的磁盘 ada8 被从活动镜像 gm4 中移除。

  1. # gmirror remove gm4 ada8

如果镜像没有运行，但是旧的镜像元数据仍然在磁盘上，使用 gmirror clear 来移除它。

  1. # gmirror clear ada8

gmirror(8) 在磁盘的末端存储一个元数据块。由于 GPT 分区方案也在磁盘的末端存储元数据，所以不推荐用 gmirror(8) 来镜像整个 GPT 磁盘。这里使用 MBR 分区，因为它只在磁盘的开始部分存储一个分区表，不会与镜像元数据冲突。

19.3.2. 用两个新磁盘创建一个镜像

在这个例子中，FreeBSD 已经被安装在一个单一的磁盘上，即 ada0 。两个新的磁盘，ada1 和 ada2，已经被连接到系统中。在这两个磁盘上将创建一个新的镜像，用来替换旧的单磁盘。

geom_mirror.ko 内核模块必须被内置到内核中，或者在启动或运行时加载。现在手动加载内核模块。

  1. # gmirror load

用两个新的驱动器创建镜像。

  1. # gmirror label -v gm0 /dev/ada1 /dev/ada2

gm0 是一个用户选择的设备名称，分配给新的镜像。镜像启动后，这个设备名出现在 /dev/mirror/ 中。

现在可以用 gpart(8) 在镜像上创建 MBR 和 bsdlabel 分区表。这个例子使用了传统的文件系统布局，有 / 、 swap 、 /var 、 /tmp 和 /usr 分区。一个单一的/和一个交换分区也可以工作。

镜像上的分区不一定要和现有磁盘上的分区一样大，但它们必须大到足以容纳ada0上已有的所有数据。

  1. # gpart create -s MBR mirror/gm0
  2. # gpart add -t freebsd -a 4k mirror/gm0
  3. # gpart show mirror/gm0
  4. =>       63  156301423  mirror/gm0  MBR  (74G)
  5.          63         63                    - free -  (31k)
  6.         126  156301299                 1  freebsd  (74G)
  7.   156301425         61                    - free -  (30k)
  1. # gpart create -s BSD mirror/gm0s1
  2. # gpart add -t freebsd-ufs  -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
  3. # gpart add -t freebsd-swap -a 4k -s 4g mirror/gm0s1
  4. # gpart add -t freebsd-ufs  -a 4k -s 2g mirror/gm0s1
  5. # gpart add -t freebsd-ufs  -a 4k -s 1g mirror/gm0s1
  6. # gpart add -t freebsd-ufs  -a 4k mirror/gm0s1
  7. # gpart show mirror/gm0s1
  8. =>        0  156301299  mirror/gm0s1  BSD  (74G)
  9.           0          2                      - free -  (1.0k)
  10.           2    4194304                   1  freebsd-ufs  (2.0G)
  11.     4194306    8388608                   2  freebsd-swap (4.0G)
  12.    12582914    4194304                   4  freebsd-ufs  (2.0G)
  13.    16777218    2097152                   5  freebsd-ufs  (1.0G)
  14.    18874370  137426928                   6  freebsd-ufs  (65G)
  15.   156301298          1                      - free -  (512B)

通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装 bootcode 并设置活动片，使镜像可启动。

  1. # gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
  2. # gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
  3. # gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1

格式化新镜像上的文件系统，启用软更新。

  1. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
  2. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
  3. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
  4. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1f

现在可以用 dump(8) 和 restore(8) 将原始 ada0 磁盘上的文件系统复制到镜像上。

  1. # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
  2. # dump -C16 -b64 -0aL -f - / | (cd /mnt && restore -rf -)
  3. # mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
  4. # mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/tmp
  5. # mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/usr
  6. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
  7. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /tmp | (cd /mnt/tmp && restore -rf -)
  8. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)

编辑 /mnt/etc/fstab 以指向新的镜像文件系统。

  1. # Device        Mountpoint    FStype    Options    Dump    Pass#
  2. /dev/mirror/gm0s1a    /        ufs    rw    1    1
  3. /dev/mirror/gm0s1b    none        swap    sw    0    0
  4. /dev/mirror/gm0s1d    /var        ufs    rw    2    2
  5. /dev/mirror/gm0s1e    /tmp        ufs    rw    2    2
  6. /dev/mirror/gm0s1f    /usr        ufs    rw    2    2

如果 geom_mirror.ko 内核模块没有被内置到内核中，编辑 /mnt/boot/loader.conf 以在启动时加载该模块。

  1. geom_mirror_load="YES"

重新启动系统以测试新的镜像，并验证所有数据是否已经复制。BIOS 会把镜像看作是两个独立的硬盘，而不是一个镜像。由于这两个硬盘是相同的，所以选择哪一个来启动并不重要。

如果启动有问题，请参见故障排除。关掉电源并断开原始 ada0 磁盘的连接，可以将其作为离线备份保存。

在使用中，镜像的行为就像原来的单盘一样。

19.3.3. 用现有的驱动器创建一个镜像

在这个例子中，FreeBSD 已经被安装在一个单一的磁盘上，即 ada0 。一个新的磁盘，ada1 ，已经被连接到系统中。在新的磁盘上将创建一个单盘镜像，将现有的系统复制到上面，然后将旧的磁盘插入镜像中。这个稍微复杂的过程是需要的，因为 gmirror 需要在每个磁盘的末尾放一个512字节的元数据块，而现有的 ada0 通常已经分配了所有的空间。

加载 geom_mirror.ko 内核模块。

  1. # gmirror load

用 diskinfo 检查原始磁盘的介质大小。

  1. # diskinfo -v ada0 | head -n3
  2. /dev/ada0
  3.         512             # sectorsize
  4.         1000204821504   # mediasize in bytes (931G)

在新磁盘上创建一个镜像。为了确保镜像的容量不比原来的 ada0 驱动器大，gnop(8) 被用来创建一个大小完全相同的假驱动器。这个驱动器不存储任何数据，只是用来限制镜像的大小。当 gmirror(8) 创建镜像时，它将把容量限制在 gzero.nop 的大小，即使新的 ada1 驱动器有更多的空间。注意，第二行中的 1000204821504 等于上面 diskinfo 显示的 ada0 的介质大小。

  1. # geom zero load
  2. # gnop create -s 1000204821504 gzero
  3. # gmirror label -v gm0 gzero.nop ada1
  4. # gmirror forget gm0

由于 gzero.nop 不存储任何数据，镜像不会将其视为连接。镜像被告知要“忘记”未连接的组件，删除对 gzero.nop 的引用。结果是一个镜像设备只包含一个磁盘，ada1 。

创建 gm0 后，查看 ada0 的分区表。这个输出是来自一个 1TB 的驱动器。如果在驱动器的末端有一些未分配的空间，内容可以直接从 ada0 复制到新的镜像。

但是，如果输出显示磁盘上的所有空间都被分配了，就像下面的列表一样，那么磁盘末端的 512 字节的镜像元数据就没有可用空间了：

  1. # gpart show ada0
  2. =>        63  1953525105        ada0  MBR  (931G)
  3.           63  1953525105           1  freebsd  [active]  (931G)

在这种情况下，必须编辑分区表以减少镜像 /gm0 上一个扇区的容量。这个过程将在后面解释。

在这两种情况下，应首先使用 gpart backup 和 gpart restore来复制主磁盘上的分区表：

  1. # gpart backup ada0 > table.ada0
  2. # gpart backup ada0s1 > table.ada0s1

这些命令创建了两个文件，table.ada0 和 table.ada0s1 。这个例子来自一个 1TB 的硬盘：

  1. # cat table.ada0
  2. MBR 4
  3. 1 freebsd         63 1953525105   [active]
  1. # cat table.ada0s1
  2. BSD 8
  3. 1  freebsd-ufs          0    4194304
  4. 2 freebsd-swap    4194304   33554432
  5. 4  freebsd-ufs   37748736   50331648
  6. 5  freebsd-ufs   88080384   41943040
  7. 6  freebsd-ufs  130023424  838860800
  8. 7  freebsd-ufs  968884224  984640881

如果在磁盘的末端没有显示出自由空间，那么分片和最后一个分区的大小都必须减少一个扇区。编辑这两个文件，将分片和最后一个分区的大小都减少一个。这些是每个列表中的最后数字：

  1. # cat table.ada0
  2. MBR 4
  3. 1 freebsd         63 1953525104   [active]
  1. # cat table.ada0s1
  2. BSD 8
  3. 1  freebsd-ufs          0    4194304
  4. 2 freebsd-swap    4194304   33554432
  5. 4  freebsd-ufs   37748736   50331648
  6. 5  freebsd-ufs   88080384   41943040
  7. 6  freebsd-ufs  130023424  838860800
  8. 7  freebsd-ufs  968884224  984640880

如果在磁盘的末端至少有一个扇区没有被分配，这两个文件可以不加修改地使用。

现在将分区表恢复到 mirror/gm0 ：

  1. # gpart restore mirror/gm0 < table.ada0
  2. # gpart restore mirror/gm0s1 < table.ada0s1

用 gpart show 检查分区表。这个例子中，gm0s1a 代表 / ，gm0s1d 代表 /var ，gm0s1e 代表 /usr ，gm0s1f 代表 /data1 ，而 gm0s1g 代表 /data2：

  1. # gpart show mirror/gm0
  2. =>        63  1953525104  mirror/gm0  MBR  (931G)
  3.           63  1953525042           1  freebsd  [active]  (931G)
  4.   1953525105          62              - free -  (31k)
  6. # gpart show mirror/gm0s1
  7. =>         0  1953525042  mirror/gm0s1  BSD  (931G)
  8.            0     2097152             1  freebsd-ufs  (1.0G)
  9.      2097152    16777216             2  freebsd-swap  (8.0G)
  10.     18874368    41943040             4  freebsd-ufs  (20G)
  11.     60817408    20971520             5  freebsd-ufs  (10G)
  12.     81788928   629145600             6  freebsd-ufs  (300G)
  13.    710934528  1242590514             7  freebsd-ufs  (592G)
  14.   1953525042          63                - free -  (31k)

分片和最后一个分区都必须在磁盘的末端有至少一个空闲块。

在这些新分区上创建文件系统。分区的数量将有所不同，以配合原始磁盘，即 ada0 ：

  1. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1a
  2. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1d
  3. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1e
  4. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1f
  5. # newfs -U /dev/mirror/gm0s1g

通过在 MBR 和 bsdlabel 中安装 bootcode 并设置活动片，使镜像可启动：

  1. # gpart bootcode -b /boot/mbr mirror/gm0
  2. # gpart set -a active -i 1 mirror/gm0
  3. # gpart bootcode -b /boot/boot mirror/gm0s1

调整 /etc/fstab 以使用镜像上的新分区。先把这个文件复制到 /etc/fstab.orig ，以此来备份：

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

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

  1. # Device        Mountpoint    FStype    Options    Dump    Pass#
  2. /dev/mirror/gm0s1a    /        ufs    rw    1    1
  3. /dev/mirror/gm0s1b    none        swap    sw    0    0
  4. /dev/mirror/gm0s1d    /var        ufs    rw    2    2
  5. /dev/mirror/gm0s1e    /usr        ufs    rw    2    2
  6. /dev/mirror/gm0s1f    /data1        ufs    rw    2    2
  7. /dev/mirror/gm0s1g    /data2        ufs    rw    2    2

如果 geom_mirror.ko 内核模块没有被内置到内核中，编辑 /boot/loader.conf 在启动时加载它：

  1. geom_mirror_load="YES"

现在可以用 dump(8) 和 restore(8) 将原始磁盘的文件系统复制到镜像上。用 dump -L 转储的每个文件系统都会先创建一个快照，这可能需要一些时间：

  1. # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt
  2. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /    | (cd /mnt && restore -rf -)
  3. # mount /dev/mirror/gm0s1d /mnt/var
  4. # mount /dev/mirror/gm0s1e /mnt/usr
  5. # mount /dev/mirror/gm0s1f /mnt/data1
  6. # mount /dev/mirror/gm0s1g /mnt/data2
  7. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /usr | (cd /mnt/usr && restore -rf -)
  8. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /var | (cd /mnt/var && restore -rf -)
  9. # dump -C16 -b64 -0aL -f - /data1 | (cd /mnt/data1 && restore -rf -)
  10. # 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，现在 mirror/gm0 包含的数据与 ada0 之前的一样。如果启动有问题，请看故障排除。

在这一点上，镜像仍然只包括单一的 ada1 磁盘。

从 mirror/gm0 成功启动后，最后一步是将 ada0 插入镜像中。

重要提醒：

当 ada0 被插入镜像时，它以前的内容会被镜像的数据覆盖。在将 ada0 加入镜像之前，请确定 mirror/gm0 的内容与 ada0 相同。如果之前通过 dump(8) 和 restore(8) 复制的内容与 ada0 上的内容不一致，请重新修改 /etc/fstab ，将文件系统挂载到 ada0 上，重新启动，然后重新开始整个过程。

  1. # gmirror insert gm0 ada0
  2. GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0

两个磁盘之间的同步将立即开始。使用gmirror status来查看进度。

  1. # gmirror status
  2.       Name    Status  Components
  3. mirror/gm0  DEGRADED  ada1 (ACTIVE)
  4.                       ada0 (SYNCHRONIZING, 64%)

一段时间后，同步将结束。

  1. GEOM_MIRROR: Device gm0: rebuilding provider ada0 finished.
  2. # gmirror status
  3.       Name    Status  Components
  4. mirror/gm0  COMPLETE  ada1 (ACTIVE)
  5.                       ada0 (ACTIVE)

mirror/gm0 现在由两个磁盘 ada0 和 ada1 组成，内容会自动相互同步。在使用中，mirror/gm0 的行为就像原来的单硬盘一样。

19.3.4. 故障排除

如果系统不再启动，可能需要改变 BIOS 设置，以便从新的镜像驱动器中的一个启动。任何一个镜像驱动器都可以用来启动，因为它们包含相同的数据。

如果启动停止时出现这个信息，说明镜像设备出了问题。

  1. Mounting from ufs:/dev/mirror/gm0s1a failed with error 19.
  3. Loader variables:
  4.   vfs.root.mountfrom=ufs:/dev/mirror/gm0s1a
  5.   vfs.root.mountfrom.options=rw
  7. Manual root filesystem specification:
  8.   <fstype>:<device> [options]
  9.       Mount <device> using filesystem <fstype>
  10.       and with the specified (optional) option list.
  12.     eg. ufs:/dev/da0s1a
  13.         zfs:tank
  14.         cd9660:/dev/acd0 ro
  15.           (which is equivalent to: mount -t cd9660 -o ro /dev/acd0 /)
  17.   ?               List valid disk boot devices
  18.   .               Yield 1 second (for background tasks)
  19.   <empty line>    Abort manual input
  21. mountroot>

忘记在 /boot/loader.conf 中加载 geom_mirror.ko 模块会导致这个问题。要解决这个问题，从 FreeBSD 安装介质启动，在第一个提示符下选择 Shell 。然后加载镜像模块并安装镜像设备。

  1. # gmirror load
  2. # mount /dev/mirror/gm0s1a /mnt

编辑 /mnt/boot/loader.conf，添加一行来加载镜像模块:

保存该文件并重新启动。

其他导致 error 19 的问题需要更多的努力来解决。尽管系统应该从 ada0 启动，但如果 /etc/fstab 不正确，会出现另一个选择 shell 的提示。在 boot loader提示下输入 ufs:/dev/ada0s1a ，然后按回车键。撤销 /etc/fstab 中的编辑，然后从原始磁盘（ada0）而不是镜像中加载文件系统。重新启动系统并再次尝试该过程。

  1. Enter full pathname of shell or RETURN for /bin/sh:
  2. # cp /etc/fstab.orig /etc/fstab
  3. # reboot

19.3.5. 从磁盘故障中恢复

磁盘镜像的好处是，一个单独的磁盘可以发生故障而不会导致镜像丢失任何数据。在上面的例子中，如果 ada0 发生故障，镜像将继续工作，从剩余的工作驱动器，ada1 提供数据。

要更换故障的硬盘，请关闭系统，用一个容量相同或更大的新硬盘物理替换故障的硬盘。制造商在以千兆字节为单位对硬盘进行评级时，使用了一些任意的数值，真正确定的唯一方法是比较 diskinfo -v 所显示的扇区总数。一个容量大于镜像的驱动器可以工作，尽管新驱动器上的额外空间将不会被使用。

在计算机重新上电后，镜像将以“降级”模式运行，只有一个驱动器。镜像被告知要忘记当前没有连接的驱动器：

  1. # gmirror forget gm0

任何旧的元数据都应该按照元数据问题中的说明从替换磁盘中清除。然后将替换磁盘（本例中为 ada4 ）插入镜像中：

  1. # gmirror insert gm0 /dev/ada4

当新的驱动器被插入镜像时，重新同步开始。这个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，镜像的性能会大大降低，所以插入新的驱动器最好在计算机上的需求较低时进行。

可以用 gmirror status 监控进度，它显示正在同步的驱动器和完成的百分比。在重新同步的过程中，状态将是 DEGRADED ，当这个过程结束时将变为 COMPLETE 。