Kapitel 18. GEOM: Modulares Framework zur Plattentransformation

Viele Plattensysteme speichern Metadaten am Ende der Platte. Alte Metadaten sollten vor der Wiederverwendung in einem Spiegel gelöscht werden, da die meisten Probleme aus zwei Arten von übrig gebliebenen Metadaten resultieren: GPT-Partitionstabellen und alte Metadaten aus einem vorherigen Spiegel.

GPT-Metadaten können mit gpart(8) gelöscht werden. Dieses Beispiel löscht sowohl die primären, als auch die GPT-Partitionstabelle von der Festplatte ada8:

Mit gmirror(8) kann eine Platte aus einem aktiven Spiegel entfernt und gleichzeitig die Metadaten gelöscht werden. In diesem Beispiel wird die Platte ada8 aus dem aktiven Spiegel gm4 entfernt:

Wenn der Spiegel nicht aktiv ist, sich jedoch noch alte Metadaten auf der Festplatte befinden, benutzen Sie gmirror clear, um die Metadaten zu entfernen:

gmirror(8) speichert einen Datenblock an Metadaten am Ende der Festplatte. Da das GPT-Partitionschema die Metadaten auch am Ende der Platte speichert, wird es nicht empfohlen, mit gmirror(8) einen Spiegel aus einem gesamten GPT-Datenträger zu erstellen. In diesen Fällen sollte eine MBR-Partitionierung benutzt werden, weil hier nur eine Partitionstabelle am Anfang der Platte gespeichert wird und somit nicht mit den Metadaten des Spiegels im Konflikt steht.

In diesem Beispiel wurde FreeBSD bereits auf der vorhandenen Festplatte ada0 installiert. Zwei neue Platten, ada1 und ada2, wurden bereits mit dem System verbunden. Ein neuer Spiegel soll mit diesen beiden Platten erzeugt und verwendet werden, um die alte vorhandene Platte zu ersetzen.

Das Kernelmodul geom_mirror.ko muss entweder in den Kernel eingebaut, oder zur Laufzeit geladen werden. Sie können das Modul manuell laden:

Erstellen Sie den Spiegel mit den beiden neuen Festplatten:

gm0 ist ein vom Benutzer gewählter Name, der dem neuen Spiegel zugeordnet wird. Nachdem der Spiegel gestartet wurde, erscheint dieser Gerätename in /dev/mirror/.

MBR- und bsdlabel-Partitionstabellen können jetzt auf dem neuen Spiegel erzeugt werden. Dieses Beispiel verwendet das herkömmliche Dateisystem-Layout für /, swap, /var, /tmp und /usr. Eine einzelne Root- und Swap-Partition würde ebenfalls funktionieren.

Die Partitionen auf dem Spiegel müssen nicht zwingend die gleiche Größe wie die auf der Festplatte haben, aber sie müssen groß genug sein, um alle Daten aufnehmen zu können, die bereits auf ada0 gespeichert sind.

Damit von dem Spiegel gebootet werden kann, muss der Bootcode in den MBR installiert, ein bsdlabel erstellt und die aktive Partition gesetzt werden:

Erstellen Sie die Dateisysteme auf dem neuen Spiegel und aktivieren Sie Soft-Updates:

Die Dateisysteme der vorhandenen Platte ada0 können jetzt mit dump(8) und restore(8) auf den Spiegel kopiert werden.

Fügen Sie die Dateisysteme für den Spiegel in /etc/rc.conf hinzu:

Wenn das Modul geom_mirror.ko nicht im Kernel enthalten ist, können Sie /mnt/boot/loader.conf bearbeiten, damit das Modul beim Systemstart geladen wird:

Starten Sie das System neu und überprüfen Sie, ob alle Daten erfolgreich kopiert wurden. Das BIOS wird den Spiegel vermutlich als zwei einzelne Laufwerke erkennen. Da beide Laufwerke jedoch identisch sind, spielt es keine Rolle, welches Laufwerk zum Booten ausgewählt wird.

Falls es Probleme beim Booten gibt, lesen Sie den Fehlerbehebung. Die alte Festplatte ada0 kann vom System getrennt und als Offline-Sicherung aufbewahrt werden.

Im laufenden Betrieb verhält sich der Spiegel genau wie ein einzelnes Laufwerk.

In diesem Beispiel wurde FreeBSD bereits auf der Festplatte ada0 installiert und eine weitere Platte, ada1, wurde an das System angeschlossen. Zunächst wird ein Spiegel mit einer Festplatte erstellt, dann das vorhandene System auf den Spiegel kopiert. Zuletzt wird die alte Festplatte in den Spiegel eingefügt. Diese etwas komplexere Vorgehensweise ist erforderlich, da gmirror 512 Byte an Metadaten am Ende der Festplatte speichert, und die bestehende Platte, ada0, in der Regel den Platz bereits belegt hat.

Laden Sie das Kernelmodul geom_mirror.ko:

Prüfen Sie mit diskinfo die Mediengröße der vorhandenen Festplatte:

Jetzt können Sie den Spiegel auf der neuen Festplatte erzeugen. Um sicherzustellen, dass die Kapazität nicht größer ist, als die Kapazität der vorhandenen Platte ada0, benutzen Sie gnop(8) um eine Platte mit der exakt gleichen Größe zu imitieren. Diese Platte speichert keine Daten und wird nur verwendet, um die Größe des Spiegels zu begrenzen. gmirror(8) wird die Kapazität des Spiegels auf die Größe von gzero.nop beschränken, auch wenn die neue Festplatte ada1 mehr Platz zur Verfügung hätte. Beachten Sie, dass 1000204821504 in der zweiten Zeile der ermittelten Mediengröße von diskinfo entspricht.

Da gzero.nop keine Daten speichert, sieht der Spiegel sie als nicht verbunden an. Der Spiegel ist so konfiguriert, dass er nicht verbundene Komponenten einfach "vergisst". Das Ergebnis ist ein Spiegel mit nur einer einzigen Platte, ada1.

Sehen Sie sich nach der Erstellung von gm0 die Partitionstabelle von ada0 an. Diese Ausgabe stammt von einer 1 TB Festplatte. Falls am Ende der Platte noch freier Speicherplatz ist, kann der Inhalt von ada0 direkt auf den Spiegel kopiert werden.

Falls jedoch der gesamte Speicherplatz auf der Platte zugeordnet ist, dann gibt es keinen Platz mehr für die 512 Byte Metadaten für den Spiegel am Ende der Platte, wie in dieser Auflistung zu sehen.

In diesem Fall muss die Partitionstabelle bearbeitet werden, um die Kapazität von mirror/gm0 um einen Sektor zu reduzieren. Dieses Verfahren wird später erläutert.

In beiden Fällen sollte die Partitionstabelle der primären Platte mit gpart backup gesichert werden.

Diese Kommandos erstellen zwei Dateien, table.ada0 und table.ada0s1. Das Beispiel verwendet eine 1 TB Festplatte:

Wenn am Ende der Platte kein Platz vorhanden ist, muss die Größe des Slice und der letzten Partition verringert werden. Bearbeiten Sie die beiden Dateien, und verringern Sie die Größe der Slice und der Partition jeweils um eins. Dies bezieht sich auf die letzten Zahlen in der Liste.

Wenn mindestens ein Sektor der Platte nicht zugewiesen wurde, kann die Platte ohne Modifikation verwendet werden.

Jetzt kann die Partitionstabelle auf mirror/gm0 wiederhergestellt werden:

Prüfen Sie die Partitionstabellen mit gpart show. Dieses Beispiel nutzt gm0s1a für /, gm0s1d für /var, gm0s1e für /usr, gm0s1f für /data1 und gm0s1g für /data2.

Sowohl die Slice, als auch die letzte Partition, muss mindestens einen freien Block am Ende der Platte haben.

Erstellen Sie Dateisysteme auf diesen neuen Partitionen:

Damit Sie von dem Spiegel booten können, müssen Sie den Bootcode in den MBR installieren, ein bsdlabel anlegen und das aktive Slice setzen:

Bearbeiten Sie /etc/fstab, um die neuen Partitionen auf dem Spiegel nutzen zu können. Speichern Sie zunächst eine Kopie der Datei unter /etc/fstab.orig:

Ersetzen Sie in /etc/fstab /dev/ada0 durch mirror/gm0.

Wenn das Modul geom_mirror.ko nicht im Kernel enthalten ist, können Sie /boot/loader.conf bearbeiten, damit das Modul beim Systemstart geladen wird:

Die Dateisysteme der ursprünglichen Platte können jetzt mit dump(8) und restore(8) auf den Spiegel kopiert werden. Wenn Sie das Dateisystem mit dump -L sichern, wird zunächst ein Snapshot des Dateisystems erstellt, was einige Zeit dauern kann.

Starten Sie das System neu und booten Sie von ada1. Wenn alles funktioniert, wird das System von mirror/gm0 booten, welches jetzt die gleichen Daten enthält wie ada0. Lesen Sie Fehlerbehebung, falls es Probleme beim Booten gibt.

An dieser Stelle besteht der Spiegel immer noch aus der einzelnen Platte ada1.

Nachdem erfolgreich von mirror/gm0 gebootet wurde, besteht der letzte Schritt darin, ada0 in den Spiegel einzufügen.

Die Synchronisation zwischen den beiden Platten wird direkt gestartet. Verwenden Sie gmirror status um den Fortschritt zu beobachten.

Nach einer Weile wird die Wiederherstellung abgeschlossen sein.

mirror/gm0 besteht nun aus den beiden Platten ada0 und ada1. Der Inhalt der beiden Platten wird automatisch miteinander synchronisiert. Im laufenden Betrieb verhält sich mirror/gm0 wie eine einzelne Festplatte.

Falls das System nicht mehr startet, müssen möglicherweise die BIOS-Einstellungen geändert werden, um von dem neuen gespiegelten Laufwerk zu booten. Beide Platten des Spiegels können zum Booten verwendet werden, da sie als Komponenten des Spiegels identische Daten enthalten.

Wenn der Bootvorgang mit der folgenden Meldung abbricht, ist irgendwas mit dem Spiegel nicht in Ordnung:

Dieses Problem kann durch ein nicht geladenes Kernelmodul geom_mirror.ko in /boot/loader.conf verursacht werden. Um das Problem zu beheben, booten Sie von einem FreeBSD-Installationsmedium und wählen Sie Shell an der Eingabeaufforderung. Laden Sie dann das Modul und hängen Sie den Spiegel ein:

Bearbeiten Sie dann /mnt/boot/loader.conf und fügen Sie eine Zeile für das Kernelmodul hinzu:

Speichern Sie die Datei und starten Sie das System neu.

Andere Probleme, die error 19 verursachen können, sind nur mit mehr Aufwand zu beheben. Obwohl das System von ada0 booten sollte, wird ein weiterer Prompt erscheinen, wenn /etc/fstab fehlerhaft ist. Geben Sie am Loader-Prompt ufs:/dev/ada0s1a ein und drücken Sie Enter. Machen Sie die Änderungen an /etc/fstab rückgängig und hängen Sie anstelle des Spiegels die originale Festplatte (ada0) ein. Starten Sie dann das System neu und versuchen Sie den Vorgang erneut.

Der Vorteil der Plattenspiegelung ist, dass eine Platte ausfallen kann, ohne dass Sie dabei Daten verlieren. Falls ada0 aus dem obigen Beispiel ausfällt, steht der Spiegel weiterhin zur Verfügung und bietet die Daten von der verbleibenden Platte ada1 an.

Um das ausgefallene Laufwerk zu ersetzen, muss das System heruntergefahren werden und das ausgefallene Laufwerk durch ein neues Laufwerk von gleicher oder größerer Kapazität ersetzt werden. Hersteller verwenden oft etwas willkürliche Werte für die Kapazität. Der einzige Weg, um wirklich sicher zu sein, ist die Gesamtzahl der Sektoren von diskinfo -V zu vergleichen. Ein Laufwerk mit größerer Kapazität wird funktionieren, allerdings wird der zusätzliche Platz ungenutzt bleiben.

Nachdem der Rechner wieder eingeschaltet ist, wird der Spiegel im "degraded" Modus ausgeführt werden. Der Spiegel wird angewiesen, Laufwerke zu vergessen, die noch nicht verbunden sind:

Alte Metadaten sollten von der Ersatzfestplatte nach den Anweisungen in Probleme mit Metadaten gelöscht werden. Anschließend kann die Ersatzfestplatte, in diesem Beispiel ada4, in den Spiegel eingefügt werden:

Die Wiederherstellung beginnt, sobald das neue Laufwerk in den Spiegel eingesetzt wird. Das Kopieren der Daten vom Spiegel auf das neue Laufwerk kann eine Weile dauern. Die Leistung des Spiegels ist während dieser Zeit stark reduziert, deswegen sollten neue Laufwerke idealerweise dann eingefügt werden, wenn der Rechner nicht benötigt wird.

Der Fortschritt der Wiederherstellung kann mit gmirror status überwacht werden. Während der Wiederherstellung ist der Status DEGRADED. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, wechselt der Status zu COMPLETE.

In FreeBSD wird die Unterstützung für RAID3 über die GEOM-Klasse graid3(8) implementiert. Zum Erstellen eines dedizierten RAID3-Arrays sind folgende Schritte erforderlich.

Weitere Konfigurationsschritte sind erforderlich, um die Einstellungen nach einem Systemneustart zu erhalten.

Geräte mit Software-RAID haben oft ein Menü, das über eine bestimmte Tastenkombination beim Booten aufgerufen werden kann. Das Menü kann verwendet werden, um RAID-Arrays zu erstellen und zu löschen. Mit graid(8) können Arrays auch direkt von der Kommandozeile erstellt werden.

graid label wird verwendet, um ein neues Array zu erstellen. Das Motherboard in diesem Beispiel besitzt einen Intel® Software-RAID Chipsatz, so dass das Metadatenformat von Intel® angegeben wird. Das neue Array bekommt den Namen (Label) gm0, verhält sich als Spiegel (RAID1) und verwendet die Laufwerke ada0 und ada1.

Eine Statusabfrage zeigt, dass der neue Spiegel einsatzbereit ist:

Das Array-Gerät erscheint in /dev/raid/. Das erste Gerät heißt r0. Falls weitere Geräte vorhanden sind heißen diese r1, r2 und so weiter.

Das BIOS-Menü einiger Geräte erstellt Arrays mit Sonderzeichen im Namen. Um Probleme mit diesen Sonderzeichen zu vermeiden, werden einfache numerische Namen wie r0 vergeben. Um das tatsächliche Label anzuzeigen, wie gm0 im obigen Beispiel, benutzen Sie sysctl(8):

Einige Software-RAID Geräte unterstützen mehr als ein Volume pro Array. Volumes funktionieren wie Festplatten, dass heißt der Platz auf den Laufwerken kann auf unterschiedliche Weise geteilt und genutzt werden. Intels Software-RAID Geräte unterstützen beispielsweise zwei Volumes. In diesem Beispiel wird ein 40 GB Spiegel verwendet um das Betriebssystem zu speichern, gefolgt von einem 20 GB RAID0 (Stripe) Volume für die schnelle Speicherung von temporären Daten.

Volumes erscheinen unter /dev/raid/ als zusätzliche Einträge rX. Ein Array mit Volumes wird als r0 und r1.

Lesen Sie graid(8) um die Anzahl der Volumes zu ermitteln, die von den verschiedenen Software-RAID Geräten unterstützt wird.

Unter bestimmten Umständen ist es möglich, ein bestehendes Laufwerk ohne Neuformatierung zu einem graid(8) Array zu konvertieren. Um Datenverlust bei der Konvertierung zu vermeiden, müssen die vorhandenen Laufwerke folgende Mindestanforderungen erfüllen:

Wenn das Laufwerk diese Anforderungen erfüllt, erstellen Sie zuerst eine vollständige Sicherung. Erzeugen Sie dann einen Spiegel mit diesem einen Laufwerk:

Die Metadaten von graid(8) werden in den ungenutzten Raum am Ende des Laufwerks geschrieben. Ein zweites Laufwerk kann nun in den Spiegel eingefügt werden:

Die Daten von dem ersten Laufwerk werden direkt auf das zweite Laufwerk kopiert. Der Spiegel wird im eingeschränkten Zustand laufen, bis der Kopiervorgang abgeschlossen ist.

Laufwerke in einem Array können für ausgefallene oder fehlende Laufwerke eingesetzt werden. Falls es keine ausgefallenen oder fehlenden Laufwerke gibt, wird das neue Laufwerk als Ersatz (Spare) verwendet.

Das Array in diesem Beispiel beginnt sofort damit, die Daten auf das neu hinzugefügte Laufwerk zu kopieren. Alle vorhandenen Daten auf dem neuen Laufwerk werden überschrieben.

Einzelne Laufwerke können permanent aus dem Array entfernt werden. Die Metadaten werden dabei gelöscht:

Ein Array kann angehalten werden, ohne die Metadaten von den Laufwerken zu löschen. Das Array wird wieder anlaufen, wenn das System neu gestartet wird.

Der Status des Arrays kann jederzeit überprüft werden. Nachdem ein Laufwerk zum Array hinzugefügt wurde, werden die Daten vom ursprünglichen Laufwerk auf das neue Laufwerk kopiert:

Andere Arten von Arrays, wie RAID0 oder CONCAT, werden den Status eines fehlgeschlagenen Laufwerks vielleicht nicht anzeigen. Um diese teilweise ausgefallenen Arrays anzuzeigen, fügen Sie -ga hinzu:

Arrays werden zerstört, indem alle Volumes gelöscht werden. Wenn das letzte Volume gelöscht wird, wird das Array gestoppt und die Metadaten von den Laufwerken entfernt:

Laufwerke können unerwartete graid(8) Metadaten enthalten, entweder aus früherer Nutzung oder aus Tests des Herstellers. graid(8) würde diese Metadaten erkennen und daraus ein Array erstellen, was den Zugriff auf die einzelnen Laufwerke beeinträchtigen würde. Um die unerwünschten Metadaten zu entfernen:

Permanente Label können generische Label oder Dateisystem-Label sein. Permanente Dateisystem-Label können mit tunefs(8) oder newfs(8) erzeugt werden. Dieser Typ von Label wird in einem Unterverzeichnis von /dev angelegt und wird dem Dateisystem entsprechend benannt. UFS2-Dateisystem-Label werden zum Beispiel in /dev/ufs angelegt. Permanente Label können außerdem durch den Befehl glabel label erzeugt werden. Diese Label sind nicht dateisystemspezisch und werden im Unterverzeichnis /dev/label erzeugt.

Temporäre Label werden beim nächsten Systemstart zerstört. Diese Label werden im Verzeichnis /dev/label erzeugt und sind ideal für Testzwecke. Ein temporäres Label kann mit glabel create erzeugt werden.

Um ein permanentes Label auf einem UFS2-Dateisystem ohne Löschung von Daten zu erzeugen, kann man folgenden Befehl verwenden:

In /dev/ufs sollte nun ein Label vorhanden sein, welches zu /etc/fstab hinzugefügt werden kann:

Nun kann das Dateisystem eingehängt werden:

Von nun an kann der Geräte-Knotenpunkt sich ohne negative Effekte auf das System ändern, solange das Kernelmodul geom_label.ko beim Systemstart mittels /boot/loader.conf geladen wird oder die GEOM_LABEL-Kernel-Option aktiv ist.

Dateisysteme können auch mit einem Standard-Label erzeugt werden (mittels des Flags -L in newfs). Lesen Sie newfs(8) für weitere Informationen.

Der folgende Befehl kann genutzt werden, um das Label zu beseitigen:

Das folgende Beispiel zeigt Ihnen, wie Sie Label für die Partitionen einer Bootplatte erzeugen.

glabel(8) unterstützt einen Labeltyp für UFS-Dateisysteme. Dieser basiert auf der eindeutigen Dateisystem-ID ufsid. Derartige Label finden sich in /dev/ufsid und werden während des Systemstarts automatisch erzeugt. Es ist möglich, diese ufsid-Label zum automatischen Einhängen von Partitionen in /etc/fstab einzusetzen. Verwenden Sie glabel status, um eine Liste aller Dateisysteme und ihrer ufsid-Label zu erhalten:

In diesem Beispiel repräsentiert ad4s1d das /var-Dateisystem, während ad4s1f dem /usr-Dateisystem entspricht. Wenn Sie die angegebenen ufsid-Werte verwenden, können diese Dateisysteme durch die folgenden Einträge in der Datei /etc/fstab gemountet werden:

Jede Partition, die ein ufsid-Label aufweist, kann auf diese Art gemountet werden. Dies hat den Vorteil, dass Sie die permanenten Label nicht manuell anlegen müssen, wobei sich die Platten nach wie vor über geräteunabhängige Namen ansprechen und einhängen lassen.