Instituto Tecnológico de Las América Materia Sistemas operativos III Temas Creación de RAID Facilitador José Doñe Sustentante Robín Bienvenido Disla Ramirez Matricula 2011-2505 Grupo 1
Creación De RAID Este manual se hace con la finalidad de dar una explicación paso a paso de cómo crear RAID 0, 1 y 5 por software en el Sistema Operativo Ubuntu Server en su versión 12.04. Qué es RAID? RAID (Redundant Array of Independent Disks, conjunto redundante de discos independientes). RAID es un sistema un sistema de almacenamiento que usa múltiples discos duros entre los que distribuye o replica los datos. Con esto se consigue un nivel de redundancia alto. Con ello se consigue que en un sistema con RAID, cuando se rompe un disco duro, el sistema continúe funcionando. En realidad habría que matizar lo anterior, pues dependiendo del tipo de RAID (nivel), los beneficios de utilizar este sistema frente a un único único disco pueden ser uno o varios: mayor integridad de los datos almacenados, mayor tolerancia a fallos, mayor rendimiento (throughput) y mayor capacidad. En el nivel más simple, un RAID combina varios discos duros en una sola unidad lógica. Así, en lugar de ver varios discos duros diferentes, el sistema operativo ve uno solo. En este tutorial vamos a comenzar con la creación De RAID 0 por software. RAID 0 RAID 0 o Data Striping es el tipo de RAID que se encarga de distribuir los datos equitativamente entre dos o más discos sin información de paridad que proporcione redundancia. Es importante señalar que el RAID 0 no era uno de los niveles RAID originales y que no es redundante. El RAID 0 se usa normalmente para incrementar el rendimiento, aunque también puede utilizarse como forma de crear un pequeño número de grandes discos virtuales a partir de un gran número de pequeños discos físicos. Un RAID 0 puede ser creado con discos de diferentes tamaños, pero el espacio de almacenamiento añadido al conjuntó estará limitado por el tamaño del disco más pequeño (por ejemplo, si un disco de 300 GB se divide con uno de 100 GB, el tamaño del conjunto resultante será solo de 200 GB, ya que cada disco aporta 100 GB). Después de saber la utilidad y la ventaja que nos ofrece RAID 0 vamos a proceder con la instalación, pero para ello vamos a aclarar ciertos punto. En primer lugar vamos a trabajar en ubuntu 10.04 en su versión Live CD sobre un disco duro virtual de 10GB que será dividio en 2 particiones y por ende obviamente nuestro RAID será totalmente lógico.
Para realizar el particionado de disco vamos a utilizar la herramienta de linux Gparted que en mi caso ya viene instalada en ubuntu 10.04, pero de usted no tenerla, la puede instalar con el siguiete comando en la terminal: $ sudo apt-get install gparted. Para abrir el programa Gparted hacemos clic en el menú sistema del panel superior de ubuntu luego hacemos clic en las opción de Administración. Una vez abierto el programa veremos nuestro disco duro local lógico, que cuenta con una Capacidad de 10 GB y no tiene ningún tipo de sistema instalado.
Ahora procedemos a crear las dosparticiones que utilizaremos para ello seleccionamos nuestra partición denominada unallocated y procedemos luego hacer clic en el menú Device en la parte superior y luego presionamos la opción Create Partition Table. Una vez hecho todo esto, procedemos a seleccionar una pequeña hoja blanca que aparece en lado superior izquierdo y nos aparecerá la siguiente ventana. Aquí seleccionaremos el tamaño de nuestra nueva partición <<New size (MiB)>>, luego dejaremos tal partición en partición primaria <<Create as>> ya que queremos que simule un disco duro real, después seleccionamos el tipo de sistema de archivos a instalar <<File system>> que en este caso no le asignaremos ningun sistema de archivos eligiendo la opción unfformated y por ultimo le agregaremos un nombre <<Label>>. Quedando entonces de la siguiente manera:
Presionando luego Add y hacemos lo mismo con las otras particiones. Una vez realizado todo seleccionamos el cotejo verde de la parte superior para confirmar los cambios. Si queremos podemos guardar los detalles o simplemente cerrar la ventana.
Nuestro proximo paso es instalar el paquete mdadm. Este paquete funciona para crear RAID por medio software. Para ello en la terminal ejecutamos el comando sudo apt-get install mdadm. Para que nuestro sistema operativo pueda trabajar con RAID tenemos que cargar el modulo correspondiente, indicando que tipo de raid vamos a utilizar. Para ello utilizamos el comando modprobe seguido del tipo de raid que en este caso es raid0, es decir, sudo modprobe raid0. Ya tenemos todo lo necesario para empezar a crear los RAID, verifiquemos con el comando fdisk que nuestras particiones son reconocidas por el sistema. Viendo que efectivamente están ahí. Notemos que están dentro del directorio /dev, este es el directorio es el encargado de almacenar todos los dispositivos registrados en nuestro sistema. Vamos a crear el RAID. Ahora procedemos a crear el md, que es en donde crearemos la RAID. Para implementar dicha acción utilizamos el comando mknod, es decir, sudo mknod /dev/md0 b 9 0. En este caso crearemos el md0 porque no tenemos otros pero puede ser 1,2,3...
Ahora creamos la RAID para ello utilizamos la sintaxis de comando sudo mdadm -- create /dev/md0 -- level=raid0 -- raid-devices=2 /dev/sda1 /dev/sda2. Donde El comando principal es $ sudo mdadm Seguido representamos el md al que vamos a asignar el array, sería entonces -- create /dev/md0, luego agregamos que nivel de raid vamos a implementar, en este caso es el nivel 0. Luego especificamos el número de discos a utilizar - -raid-devices=2. Y por último la ruta a cada uno de esos discos, por ejemplo: /dev/sda1 donde /dev es el directorio y /sda1 es el nombre del archivo del disco. Para verificar de que realmente se está creando nuestro RAID vamos a utilizar el comando cat/proc/mdstat. Ahora procedemos a formatear los discos RAID, para especificarles en que sistema de archivos ellos escribirán. El comando utilizado en este casoi es mkfs. La sintaxis para la implementación de este comando es mkfs.[sistemas de archivos a implementar] /dev/md0.
Ahora procederemos a montar el RAID. Para ello en mi caso crearé una carpeta en mi directorio /home para que sea el punto de montaje y la llamaré RAID0. Luego el comando para montar el RAID es: sudo mount /dev/md0 /home/ubuntu/raid0. Donde sudo mount es el comando principal, /dev/md0 es nuestro RAID y /home/ubuntu/raid0 es el directoiro que n os servirá como punto de montaje. En la siguiente imagen podremos nuestro RAID montado en el escritorio
Ahora vamos a realizar el RAID 1 por software. Para ello utilizaremos un método similar pero diferente al momento de crear las particiones, es decir, en este caso no utilizaremos Gparted. Un RAID 1 crear una copia exacta (o espejo) de un conjunto de datos en dos o más discos. Esto resulta útil cuando el rendimiento en lectura es más importante que la capacidad. Un conjunto RAID 1 solo puede ser tan grande como el más pequeño de sus discos. Un RAID 1 clásico consiste en dos discos en espejo, lo que incrementa exponencialmente la fiabilidad respecto a un solo disco; es decir, la probabilidad de fallo del conjunto es igual al producto de las probabilidades de fallo de cada uno de los discos (pues para que el conjunto falle es necesario que lo hagan todos sus discos). Adicionalmente, dado que todos los datos están en dos o más discos, con hardware habitualmente independiente, el rendimiento de lectura se incrementa aproximadamente como múltiplo lineal del numero de copias; es decir, un RAID 1 puede estar leyendo simultáneamente dos datos diferentes en dos discos diferentes, por lo que su rendimiento se duplica. Para maximizar los beneficios sobre el rendimiento del RAID se recomienda el uso de controladoras de disco independientes, una para cada disco (practica que algunos denominan spliting o duplexing). Como en el RAID 0, el tiempo medio de lectura se reduce, ya que los sectores a buscar pueden dividirse entre los discos, bajando el tiempo de búsqueda y subiendo la tasa de transferencia, con el único limite de la velocidad soportada por la controladora RAID. Sin embargo, muchas tarjetas RAID 1 IDE antiguas leen solo un disco de la pareja, por lo que su rendimiento es igual al de un único disco. Algunas implementaciones RAID 1 antiguas también leen de ambos discos simultáneamente y comparan los datos para detectar errores. La detección y corrección de errores en los discos duros modernos hacen esta práctica poco útil. Al escribir, el conjunto se comporta como un único disco, dado que los datos deben ser escritos en todos los discos del RAID 1. Por lo tanto, el rendimiento no mejora. El RAID 1 tiene muchas ventajas de administración. Por ejemplo, en algunos entornos 24/7, es posible <<dividir el espejo>>: marcar un disco como inactivo, hacer una copia de seguridad de dicho disco y luego <<reconstruirlo>> el espejo. Esto requiere que la aplicación de gestión del conjunto soporte la recuperación de los datos del disco en el momento de la división. Este procedimiento es menos critico que la presencia de una característica de snapshot en algunos sistemas de archivos, en la que se reserva algún espacio para los cambios, presentando una vista estática en un punto temporal dado del sistema de archivos.
Alternativamente, unconjunto de discos puede ser almacenado de forma parecida a como se hace con las tradicionales cintas. Lógicamente no es recomendable utilizar un RAID 1 lógico por software para un sistema en producción del que queramos obtener una alta disponibilidad y redundancia, pues un RAID lógico está creado sobre el mismo disco duro físico, con lo cual, si éste falla, fallará todo el RAID. En esta ocasión vamos hacer raid1 sobre una máquina en funcionamiento, ya que nuestro raid es totalmente lógico. Lo primero que debemos hacer obviamente es abrir uan terminal. Para ello hacemos clic en el menú Aplicaciones de la Barra de Superior de Ubuntu, luego hacemos clic en Accesorios y por último elegimos la opción Terminal. Para poder ejecutar los comandos debemos registrarnos como Usuario Root. Esto lo hacemos con el comando Sudo -s.crearemos un fichero de tamaño 100MB llamado "fs1", que será el que simulará el disco físico 1, para ello utilizamos el comando: dd if=/dev/zero of=/fs1 bs=4k count=25000. Crearemos un fichero también de tamaño 100MB llamado "fs2", que será el que simulará el disco físico 2, para ello utilizamos el comando: dd if=/dev/zero of=/fs2 bs=4k count=25000.
Ejecutando el siguiente comando podremos ver los dos ficheros creados: ls /fs* -lah. A continuación asignaremos a estos ficheros sendas particiones, para que Linux los trate como discos duros. Para realizar esta acción ejecutaremos los siguientes comandos Linux: losetup /dev/loop0 /fs1 y losetup /dev/loop1 /fs2. A continuación, como hicimos anteriormente utilizaremos el comando "mdadm. lo que conseguiremos con este comando es crear el RAID 1 propiamente dicho,como ya sabemos el siguiente comando utilizará las dos particiones creadas anteriormente sobre los dos ficheros: mdadm --create /dev/md0 --level=raid1 --raid-devices=2 /dev/loop0 /dev/loop1. El siguiente paso será establecer el sistema de ficheros para el RAID 1 creado, para ello ejecutaremos el comando: mkfs -t ext4 /dev/md0. En este caso hemos utilizado ext4, que es el sistema de ficheros utilizado habitualmente por Linux.
Por último, para que el dispositivo creado sea accesible y utilizable por el sistema operativo Linux, deberemos montarlo, para ello en esta ocasión nos vamos a mover al directorio /mnt ejecutando el comando: cd /mnt. Luego crearemos una carpeta llamada raid1 con el comando mkdir. Luego procedemos a montar nuestro raid1 para ello utilizaremos el comando: mount -t ext4 /dev/md0 /mnt/raid1. En la siguiente imagen podremos nuestro RAID montado en el escritorio. Ahora vamos a realizar el RAID 5 por software. Para ello utilizaremos el mismo método que utilizamos para crear RAID0.
Un RAID 5 usa división de datos a nivel de bloques distribuyendo la información de paridad entre todos los discos miembros del conjunto. El RAID 5 ha logrado popularidad gracias a su bajo coste de redundancia. Generalmente, el RAID 5 se implementa con soporte hardware para el cálculo de la paridad. RAID 5 necesita un mínimo de 3 discos para ser implementado. Cada vez que un bloque de datos se escribe en un RAID 5, se genera un bloque de paridad dentro de la misma división (denominado stripe). Un bloque se compone a menudo de muchos sectores consecutivos de disco. Una series de bloques (un bloque de cada uno de los discos del conjunto) recibe el nombre colectivo de división, el bloque de paridad (o una parte del mismo) es recalculada y vuelta a escribir. El disco utilizado por el bloque de paridad esta escalonado de una división a la siguiente, de ahí el término <<bloques de paridad distribuidos>>. Las escrituras en un RAID 5 son costosas en términos de operaciones de disco y trafico entre los discos y la controladora. Los bloques de paridad no se leen en las operaciones de lectura de datos, ya que esto seria una sobrecarga innecesaria y disminuiría el rendimiento. Sin embargo, los bloques de paridad se leen cuando la lectura de un sector de datos provoca un error de CRC. En este caso, el sector en la misma posición relativa dentro de cada uno de los bloques de datos restantes de la división y dentro del bloque de paridad en la división se utiliza para reconstruir el sector erróneo. El error CRC se oculta asi al resto del sistema. De la misma forma, si falla un disco del conjunto, los bloques de datos de los discos restantes para reconstruir los datos del disco que ha fallado <<al vuelo>>. Lo anterior se denomina a veces Modo Interino de Recuperación de Datos (Interim Data Recovery Mode) Para realizar el particionado de disco vamos a utilizar la herramienta de linux Gparted que en mi caso ya viene instalada en ubuntu 10.04, tal y como lo hicimos anteriormente. Mi disco duro local lógico cuenta con una capacidad de 10 GB y no tiene ningún tipo de sistema instalado y hecho en el 4 particiones. No explico aquí el proceso ya que es el mismo que seguimos cuando creamos RAID0.
Como ya sabemos despues de instalar el el paquete mdadm para que nuestro sistema operativo pueda trabajar con RAID tenemos que cargar el modulo correspondiente, indicando que tipo de raid vamos a utilizar. Para ello utilizamos el comando modprobe seguido del tipo de raid que en este caso es raid5, es decir, sudo modprobe raid5. Ya tenemos todo lo necesario para empezar a crear los RAID, verifiquemos con el comando fdisk que nuestras particiones son reconocidas por el sistema.
Viendo que efectivamente están ahí. Notemos que están dentro del directorio /dev, este es el directorio es el encargado de almacenar todos los dispositivos registrados en nuestro sistema. Vamos a crear el RAID. Ahora procedemos a crear el md, que es en donde crearemos la RAID. Para implementar dicha acción utilizamos el comando mknod, es decir, sudo mknod /dev/md0 b 9 0. En este caso crearemos el md0 porque no tenemos otros pero puede ser 1,2,3... Ahora creamos la RAID para ello utilizamos la sintaxis de comando sudo mdadm -- create /dev/md0 -- level=raid5 -- raid-devices=4 /dev/sda1 /dev/sda2 /dev/sda3 /dev/sda4. Donde El comando principal es $ sudo mdadm Seguido representamos el md al que vamos a asignar el array, sería entonces -- create /dev/md0, luego agregamos que nivel de raid vamos a implementar, en este caso es el nivel 5. Luego especificamos el numero de discos a utilizar - - raid-devices=4. Y por último la ruta a cada uno de esos discos, por ejemplo: /dev/sda1 donde /dev es el directorio y /sda1 es el nombre del archivo del disco. Ahora procedemos a formatear los discos RAID, para especificarles en que sistema de archivos ellos escribirán. El comando utilizado en este casoi es mkfs. La sintaxis para la implementación de este comando es mkfs.[sistemas de archivos a implementar] /dev/md0.
Ahora procederemos a montar el RAID. Para ello en mi caso crearé una carpeta en mi directorio /home para que sea el punto de montaje y la llamaré RAID5. Luego el comando para montar el RAID es: sudo mount /dev/md0 /home/ubuntu/raid5. Donde sudo mount es el comando principal, /dev/md0 es nuestro RAID y /home/ubuntu/raid5 es el directoiro que n os servirá como punto de montaje. En la siguiente imagen podremos nuestro RAID montado en el escritorio.