Capítulo 18. GEOM: Framework de Transformação de Disco Modular

Muitos sistemas de disco armazenam metadados no final de cada disco. Metadados antigos devem ser apagados antes de reutilizar o disco em um espelhamento. A maioria dos problemas é causada por dois tipos particulares de metadados residuais: tabelas de partição GPT e metadados antigos de um espelhamento anterior.

Os metadados GPT podem ser apagados com gpart(8). Este exemplo apaga as tabelas de partições primárias e de backup do GPT do disco ada8:

Um disco pode ser removido de um espelhamento ativo e os metadados apagados em uma etapa usando gmirror(8). Aqui, o disco de exemplo ada8 é removido do espelhamento ativo gm4:

Se o espelhamento não estiver em execução, mas os metadados do espelhamento antigo ainda estiverem no disco, use o comando gmirror clear para removê-lo:

O gmirror(8) armazena um bloco de metadados no final do disco. Como os esquemas de partição GPT também armazenam metadados no final do disco, espelhar discos GPT inteiros com gmirror(8) não é recomendado. O particionamento MBR é usado aqui porque armazena apenas uma tabela de partição no início do disco e não entra em conflito com os metadados espelhados.

Neste exemplo, o FreeBSD já foi instalado em um único disco, ada0. Dois novos discos, ada1 e ada2, foram conectados ao sistema. Um novo espelhamento será criado nesses dois discos e usado para substituir o antigo disco único.

O módulo do kernel geom_mirror.ko deve ser compilado no kernel ou carregado no boot ou em tempo de execução. Carregue manualmente o módulo do kernel agora:

Crie o espelho com as duas novas unidades:

O gm0 é um nome de dispositivo escolhido pelo usuário atribuído ao novo espelhamento. Depois que o espelhamento for iniciado, o nome desse dispositivo aparecerá em /dev/mirror/.

As tabelas de partição MBR e bsdlabel agora podem ser criadas no mirror com o gpart(8). Este exemplo usa um layout de sistema de arquivos tradicional, com partições para /, swap, /var, /tmp e /usr. Um único / e uma partição swap também funcionarão.

As partições no espelho não precisam ser do mesmo tamanho que as do disco existente, mas devem ser grandes o suficiente para conter todos os dados já presentes no disco ada0.

Torne o espelhamento inicializável instalando o bootcode no MBR e no bsdlabel e definindo a slice ativa:

Formate os sistemas de arquivos no novo espelhamento, habilitando as atualizações simples.

Os sistemas de arquivos do disco original ada0 agora podem ser copiados para o espelho com o dump(8) e o restore(8).

Edite o arquivo /mnt/etc/fstab para apontar para os novos sistemas de arquivos espelhados:

Se o módulo do kernel geom_mirror.ko não foi compilado no kernel, o /mnt/boot/loader.conf é editado para carregar o módulo na inicialização:

Reinicialize o sistema para testar o novo espelhamento e verifique se todos os dados foram copiados. A BIOS verá o espelhamento como duas unidades individuais em vez de um espelhamento. Como as unidades são idênticas, não importa qual seja selecionado para inicializar.

Veja Solução de problemas se houver problemas ao inicializar. Desligar e desconectar o disco original ada0 permitirá que ele seja mantido como um backup offline.

Em uso, o espelhamento se comportará exatamente como a unidade original.

Neste exemplo, o FreeBSD já foi instalado em um único disco, ada0. Um novo disco, ada1, foi conectado ao sistema. Um espelhamento de um disco será criado no novo disco, o sistema existente será copiado para ele e, em seguida, o disco antigo será inserido no espelho. Esse procedimento um pouco complexo é necessário porque o gmirror precisa colocar um bloco de metadados de 512 bytes no final de cada disco, e o ada0 geralmente possui todo o seu espaço já alocado.

Carregue o módulo do kernel geom_mirror.ko:

Verifique o tamanho da mídia do disco original com diskinfo:

Crie um espelhamento no novo disco. Para garantir que a capacidade do espelhamento não seja maior do que a unidade ada0 original, gnop(8) é usado para criar uma unidade falsa exatamente do mesmo tamanho. Esta unidade não armazena dados, mas é usada apenas para limitar o tamanho do espelhamento. Quando o gmirror(8) cria o espelhamento, ele irá restringir a capacidade ao tamanho de gzero.nop, mesmo se a nova unidade ada1 tiver mais espaço. Note que o 1000204821504 na segunda linha é igual ao tamanho de mídia do ada0 como mostrado pelo comando diskinfo acima.

Como o gzero.nop não armazena nenhum dado, o espelhamento não o vê como conectado. É dito para o espelhamento "esquecer" os componentes desconectados, removendo referências para gzero.nop. O resultado é um dispositivo espelhado contendo apenas um único disco, ada1.

Depois de criar o gm0, veja a tabela de partições em ada0. Esta saída é de uma unidade de 1 TB. Se houver algum espaço não alocado no final da unidade, o conteúdo pode ser copiado diretamente de ada0 para o novo espelho.

No entanto, se a saída mostrar que todo o espaço no disco está alocado, como na listagem a seguir, não há espaço disponível para os 512-bytes de metadados de espelhamento no final do disco.

Neste caso, a tabela de partição deve ser editada para reduzir a capacidade de um setor em mirror/gm0. O procedimento será explicado mais tarde.

Em qualquer um dos casos, as tabelas de partição no disco principal devem ser primeiro copiadas usando gpart backup e gpart restore.

Esses comandos criam dois arquivos, table.ada0 e table.ada0s1. Este exemplo é de uma unidade de 1 TB:

Se nenhum espaço livre for exibido no final do disco, o tamanho da slice e da última partição deve ser reduzido por um setor. Edite os dois arquivos, reduzindo o tamanho da fatia e da última partição em um. Estes são os últimos números em cada listagem.

Se pelo menos um setor não foi alocado no final do disco, esses dois arquivos podem ser usados sem modificação.

Agora restaure a tabela de partições em mirror/gm0:

Verifique a tabela de partições com o comando gpart show. Este exemplo tem gm0s1a para /, gm0s1d para /var, gm0s1e para /usr, gm0s1f para /data1 e gm0s1g para /data2.

Tanto a fatia quanto a última partição devem ter pelo menos um bloco livre no final do disco.

Crie sistemas de arquivos nessas novas partições. O número de partições varia de acordo com o disco original, ada0.

Torne o espelhamento inicializável instalando o bootcode no MBR e no bsdlabel e definindo a slice ativa:

Ajuste o arquivo /etc/fstab para usar as novas partições no espelhamento.Primeiro faça o backup deste arquivo copiando ele para /etc/fstab.orig.

Edite o arquivo /etc/fstab, substituindo /dev/ada0 por mirror/gm0.

Se o módulo do kernel geom_mirror.ko não foi carregado no kernel, edite o arquivo /boot/loader.conf para carregá-lo no boot:

Os sistemas de arquivos do disco original agora podem ser copiados para o espelhamento com o dump(8) e o restore(8). Cada sistema de arquivos copiados com o dump -L irá primeiro criar um snapshot, o que pode levar algum tempo.

Reinicie o sistema, inicializando a partir do ada1. Se tudo estiver funcionando, o sistema irá inicializar a partir de mirror/gm0, que agora contém os mesmos dados que o ada0 tinha anteriormente. Veja Solução de problemas se houver problemas ao inicializar.

Neste ponto, o espelhamento ainda consiste apenas no único disco ada1.

Após inicializar a partir de mirror/gm0 com sucesso, a etapa final é inserir ada0 no espelhamento.

A sincronização entre os dois discos será iniciada imediatamente. Use gmirror status para visualizar o progresso.

Depois de um tempo, a sincronização será concluída.

O mirror/gm0 agora consiste de dois discos ada0 e ada1, e o conteúdo é automaticamente sincronizado entre eles. Em uso, o mirror/gm0 irá se comportar como a única unidade original.

Se o sistema não inicializar mais, as configurações da BIOS podem ter que ser alteradas para inicializar a partir de uma das novas unidades espelhadas. Qualquer uma das unidades espelhadas pode ser usada para inicializar, pois elas contêm dados idênticos.

Se a inicialização parar com esta mensagem, algo está errado com o dispositivo espelhado:

Esquecer de carregar o módulo geom_mirror.ko no arquivo /boot/loader.conf pode causar este problema. Para consertá-lo, inicialize a partir de uma mídia de instalação do FreeBSD e escolha Shell no primeiro prompt. Em seguida, carregue o módulo de espelhamento e monte o dispositivo espelhado:

Edite o arquivo /mnt/boot/loader.conf, adicionando uma linha para carregar o módulo de espelhamento:

Salve o arquivo e reinicie.

Outros problemas que causam o error 19 requerem mais esforço para serem corrigidos. Embora o sistema deva inicializar a partir de ada0, outro prompt para selecionar um shell aparecerá se o arquivo /etc/fstab estiver incorreto. Digite ufs:/dev/ada0s1a no prompt do carregador de boot e pressione Enter. Desfaça as edições no arquivo /etc/fstab e monte os sistemas de arquivos a partir do disco original (ada0) em vez do espelhado. Reinicialize o sistema e tente o procedimento novamente.

O benefício do espelhamento de disco é que um disco individual pode falhar sem fazer com que o espelho perca qualquer dado. No exemplo acima, se ada0 falhar, o espelho continuará funcionando, fornecendo dados a partir do disco que continua operacional, ada1.

Para substituir a unidade com falha, desligue o sistema e substitua fisicamente a unidade com falha por uma nova unidade com capacidade igual ou maior. Os fabricantes usam valores um tanto arbitrários ao classificar drives em gigabytes, e a única maneira de realmente ter certeza é comparar a contagem total de setores mostrados por diskinfo -v. Uma unidade com maior capacidade que o espelho funcionará, embora o espaço extra na nova unidade não seja usado.

Depois que o computador for ligado novamente, o espelho será executado em um modo "degradado" com apenas uma unidade. O espelho é avisado para esquecer as unidades que não estão conectadas no momento:

Quaisquer metadados antigos devem ser apagados do disco de substituição usando as instruções em Problemas de Metadados. Em seguida, o disco de substituição, ada4 para este exemplo, é inserido no espelho:

A ressincronização começa quando a nova unidade é inserida no espelho. Esse processo de copiar dados espelhados para uma nova unidade pode demorar um pouco. O desempenho do espelho será bastante reduzido durante a cópia, portanto, a inserção de novos discos é deve ser executada quando houver pouca demanda no computador.

O progresso pode ser monitorado com o comando gmirror status, que mostra as unidades que estão sendo sincronizadas e a porcentagem de conclusão. Durante a ressincronização, o status será DEGRADED, mudando para COMPLETE quando o processo for concluído.

No FreeBSD, o suporte para RAID3 é implementado pela classe GEOMgraid3(8). Criar um array dedicado de RAID3 no FreeBSD requer os seguintes passos.

Uma configuração adicional é necessária para manter essa configuração nas reinicializações do sistema.

Os dispositivos de RAID via software geralmente têm um menu que pode ser acessado pressionando teclas especiais quando o computador está inicializando. O menu pode ser usado para criar e excluir arrays RAID. O graid(8) também pode criar arrays diretamente a partir da linha de comando.

O graid label é usado para criar um novo array. A placa-mãe usada neste exemplo tem um chipset RAID da Intel, portanto, o formato de metadados da Intel é especificado. A nova matriz recebe um rótulo de gm0, é um espelhamento (RAID1) e usa as unidades ada0 e ada1.

Uma verificação de status mostra que o novo espelhamento está pronto para uso:

O dispositivo de array aparece em /dev/raid/. O primeiro array é chamado de r0. Arrays adicionais, se presentes, serão r1, r2 e assim por diante.

O menu da BIOS em alguns desses dispositivos pode criar arrays com caracteres especiais em seus nomes. Para evitar problemas com esses caracteres especiais, os arrays recebem nomes numerados simples como r0. Para mostrar os rótulos reais, como gm0 no exemplo acima, use o sysctl(8):

Alguns dispositivos de RAID via software suportam mais de um volume em um array. Os volumes funcionam como partições, permitindo que o espaço nas unidades físicas seja dividido e usado de diferentes maneiras. Por exemplo, os dispositivos RAID via software Intel suportam dois volumes. Este exemplo cria um espelho de 40 G para armazenar com segurança o sistema operacional, seguido por um volume de 20 G RAID0 (stripe) para armazenamento temporário rápido:

Os volumes aparecem como entradas adicionais rX em /dev/raid/. Um array com dois volumes mostrará r0 e r1.

Veja graid(8) para o número de volumes suportados por diferentes dispositivos RAID via software.

Sob certas condições específicas, é possível converter uma única unidade existente em um array graid(8) sem reformatar. Para evitar a perda de dados durante a conversão, a unidade existente deve atender a esses requisitos mínimos:

Se a unidade atender a esses requisitos, comece fazendo um backup completo. Em seguida, crie um espelhamento de unidade única com essa unidade:

Os metadados do graid(8) foram gravados no final da unidade no espaço não utilizado. Uma segunda unidade pode agora ser inserida no espelhamento:

Os dados da unidade original começarão imediatamente a ser copiados para a segunda unidade. O espelhamento operará em status degradado até que a cópia seja concluída.

As unidades podem ser inseridas em uma matriz como substitutos de unidades que falharam ou estão faltando. Se não houver unidades com falha ou ausentes, a nova unidade se tornará uma reserva. Por exemplo, inserir uma nova unidade em um espelhamento de duas unidades de trabalho resulta em um espelhamento de duas unidades com uma unidade sobressalente, não em um espelhamento de três unidades.

No array de espelho do exemplo, os dados começam a ser copiados imediatamente para a unidade recém-inserida. Qualquer informação existente na nova unidade será substituída.

Discos individuais podem ser permanentemente removidos de um array e seus metadados apagados:

Um array pode ser interrompido sem remover os metadados das unidades. O array será reiniciado quando o sistema for inicializado.

O status do array pode ser verificado a qualquer momento. Depois que um disco foi adicionado ao espelho no exemplo acima, os dados estarão sendo copiados do disco original para o novo disco:

Alguns tipos de arrays, como RAID0 ou CONCAT, podem não ser mostrados no relatório de status se os discos falharem. Para ver esses arrays com falhas parciais, adicione -ga:

Arrays são destruídos, excluindo todos os volumes deles. Quando o último volume presente é excluído, o array é interrompido e os metadados são removidos dos discos:

Os discos podem conter metadados graid(8) inesperados, originados no seu uso anterior ou em testes do fabricante. O graid(8) detectará estes discos e criará um array, interferindo no acesso ao disco individual. Para remover os metadados indesejados:

Os rótulos permanentes podem ser um rótulo genérico ou de um sistema de arquivos. Rótulos de sistema de arquivos permanentes podem ser criados com tunefs(8) ou newfs(8). Esses tipos de rótulos são criados em um subdiretório /dev e serão nomeados de acordo com o tipo de sistema de arquivos. Por exemplo, os rótulos do sistema de arquivos UFS2 serão criados em /dev/ufs. Rótulos permanentes genéricos podem ser criados com o glabel label. Estes não são específicos do sistema de arquivos e serão criados em /dev/label.

Os rótulos temporários são destruídos na próxima reinicialização. Esses rótulos são criados em /dev/label e são adequados para experimentação. Um rótulo temporário pode ser criado usando glabel create.

Para criar um rótulo permanente para um sistema de arquivos UFS2 sem destruir nenhum dado, emita o seguinte comando:

Um rótulo deve agora existir em /dev/ufs que pode ser adicionado ao arquivo /etc/fstab:

Agora o sistema de arquivos pode ser montado:

A partir deste ponto, desde que o módulo do kernel geom_label.ko seja carregado na inicialização com o /boot/loader.conf ou com a opção do kernel GEOM_LABEL estando presente, o nó do dispositivo pode mudar sem qualquer efeito negativo no sistema.

Os sistemas de arquivos também podem ser criados com um rótulo padrão usando a flag -L com o comando newfs. Consulte newfs(8) para obter maiores informações.

O seguinte comando pode ser usado para destruir o rótulo:

O exemplo a seguir mostra como rotular as partições de um disco de inicialização.

A classe glabel(8) suporta um tipo de rótulo para sistemas de arquivos UFS, com base no ID do sistema de arquivos exclusivo ufsid. Esses rótulos podem ser encontrados em /dev/ufsid e são criados automaticamente durante a inicialização do sistema. É possível usar rótulos ufsid para montar partições usando o /etc/fstab. Use o glabel status para receber uma lista de sistemas de arquivos e seus rótulos ufsid correspondentes:

No exemplo acima, ad4s1d representa /var, enquanto ad4s1f representa /usr. Usando os valores ufsid mostrados, essas partições podem agora ser montadas com as seguintes entradas em /etc/fstab:

Quaisquer partições com rótulos ufsid podem ser montadas dessa forma, eliminando a necessidade de criar manualmente rótulos permanentes, enquanto ainda desfruta dos benefícios da montagem independente do nome do dispositivo.