Hoofdstuk 20. GEOM: Modulair schijftransformatie raamwerk

Veel schijfsystemen slaan meta-gegevens op aan het einde van elke schijf. Oude meta-gegevens dienen gewist te worden voordat de schijf herbruikt wordt voor een spiegel. De meeste problemen worden veroorzaakt door twee soorten van achtergebleven meta-gegevens: GPT-partitietabellen en oude meta-gegevens van gmirror(8) van een vorige spiegel.

GPT-meta-gegevens kunnen gewist worden met gpart(8). Dit voorbeeld wist zowel de primaire als de back-up GPT-partitietabellen van schijf ada8:

gmirror(8) kan in één stap een schijf uit een actieve spiegel halen en de meta-gegevens wissen. Hier wordt de voorbeeldschijf ada8 uit de actieve spiegel gm4 gehaald:

Gebruik, als de spiegel niet draait maar er nog oude meta-gegevens van de spiegel op de schijf staan, gmirror clear om deze te verwijderen:

gmirror(8) slaat één blok aan meta-gegevens aan het einde van de schijf op. Omdat GPT-partitieschema’s ook meta-gegevens aan het einde van de schijf opslaan, wordt het spiegelen van volledige GPT-schijven met gmirror(8) niet aangeraden. Hier wordt MBR-partitionering gebruikt omdat het alleen een partitietabel aan het begin van de schijf opslaat en niet conflicteert met gmirror(8).

In dit voorbeeld is FreeBSD reeds op een enkele schijf ada0 geïnstalleerd. Twee nieuwe schijven, ada1 en ada2 zijn met het systeem verbonden. Er zal een nieuwe spiegel op deze twee schijven aangemaakt worden die de oude enkele schijf zal vervangen.

gmirror(8) heeft een kernelmodule geom_mirror.ko nodig, ingebouwd in de kernel of geladen tijdens het opstarten of draaien. Laadt nu handmatig de kernelmodule:

Maak de spiegel aan met de twee nieuwe schijven:

gm0 is een door de gebruiker gekozen apparaatnaam die aan de nieuwe spiegel wordt toegekend. Nadat de spiegel is gestart, zal deze apparaatnaam verschijnen in de map /dev/mirror/.

Nu kunnen er met gpart(8) MBR- en bsdlabel-partitietabellen op de spiegel worden aangemaakt. Hier wordt er een traditioneel schema van een gesplitst bestandssysteem getoond, met partities voor /, swap, /var, /tmp en /usr. Dit werkt ook voor een enkel bestandssysteem met enkel / en een wisselpartitie.

Partities op de spiegel hoeven niet dezelfde grootte te hebben als die op de bestaande schijf, maar moeten groot genoeg zijn om alle gegevens die reeds op ada0 staan te kunnen bevatten.

Maak de spiegel opstartbaar door opstartcode in het MBR en bsdlabel te installeren en de actieve slice in te stellen:

Formatteer de bestandssystemen op de nieuwe spiegel en zet daarbij soft-updates aan.

Bestandssystemen van de originele schijf (ada0) kunnen nu met dump(8) en restore(8) naar de spiegel gekopieerd worden:

/mnt/etc/fstab moet bewerkt worden om naar de nieuwe bestandssystemen op de spiegel te wijzen:

Als de kernelmodule gmirror(8) niet in de kernel is ingebouwd, wordt /mnt/boot/loader.conf bewerkt om de module tijdens het opstarten te laden:

Herstart het systeem om de nieuwe spiegel te testen en te verifiëren dat alle gegevens zijn gekopieerd. Het BIOS zal de spiegel als twee individuele schijven zien in plaats van als een spiegel. Omdat de schijven identiek zijn, maakt het niet uit vanaf welke schijf wordt opgestart.

Bekijk de sectie Problemen oplossen als er problemen zijn tijdens het opstarten. Door de originele ada0 uit te schakelen en los te koppelen kan het als offline back-up bewaard worden.

Tijdens het gebruik zal de spiegel zich net zoals de originele enkele schijf gedragen.

In dit voorbeeld is FreeBSD reeds geïnstalleerd op een enkele schijf, ada0. Een nieuwe schijf, ada1, is met het systeem verbonden. Er zal een spiegel van één schijf worden aangemaakt op de nieuwe schijf, het bestaande systeem zal ernaar worden gekopieerd, en daarna zal de oude schijf in de spiegel worden geplaatst. Deze enigszins complexe procedure is nodig omdat gmirror(8) een blok van 512 bytes aan meta-gegevens aan het einde van elke schijf moet plaatsen en de bestaande ada0 meestal alle ruimte reeds heeft toegewezen.

Laadt de kernelmodule gmirror(8):

Controleer de mediagrootte van de originele schijf met diskinfo(8):

Maak een spiegel aan op de nieuwe schijf. Om er zeker van te zijn dat de capaciteit van de spiegel niet groter is dan die van de originele schijf, wordt gnop(8) gebruikt om een nepschijf van precies dezelfde grootte aan te maken. Deze schijf slaat geen gegevens op, maar wordt alleen gebruikt om de grootte van de spiegel te begrenzen. Wanneer gmirror(8) de spiegel aanmaakt, zal het de capaciteit beperken tot de grootte van gzero.nop zelfs als de nieuwe schijf (ada1) meer ruimte heeft. Merk op dat de 1000204821504 op de tweede regel gelijk moet zijn aan de mediagrootte van ada0 zoals hierboven door diskinfo(8) is getoond.

gzero.nop slaat geen gegevens op, dus ziet de spiegel het niet als verbonden. De spiegel wordt verteld om componenten die niet verbonden zijn te "vergeten", waarbij referenties naar gzero.nop worden verwijderd. Het resultaat is een spiegelapparaat dat slechts één enkele schijf, ada1, bevat.

Bekijk de partitietabel van ada0 nadat gm0 is aangemaakt.

Deze uitvoer komt van een schijf van 1 TB. Als er wat niet-toegewezen ruimte aanwezig is aan het einde van de schijf, kan de inhoud direct van ada0 naar de nieuwe spiegel worden gekopieerd.

Als de uitvoer echter toont dat alle ruimte op de schijf is toegewezen zoals in de volgende lijst, is er geen ruimte over voor de 512 bytes aan meta-gegevens van gmirror(8) aan het einde van de schijf.

In dit geval moet de partitietabel worden bewerkt om de capaciteit op mirror/gm0 met één sector te verminderen. De procedure hiervoor wordt later uitgelegd.

In beide gevallen dienen de partitietabellen op de primaire schijf eerst gekopieerd te worden. Dit kan gedaan worden met de subcommando’s backup en restore van gpart(8).

Deze subcommando’s maken twee bestanden aan, table.ada0 en table.ada0s1. Dit voorbeeld komt van een schijf van 1 TB af:

Als de gehele schijf was gebruikt in de uitvoer van gpart(8) show, dan moet de capaciteit in deze partitietabellen met één sector verminderd worden. Bewerk de twee bestanden zodat de grootte van zowel de slice als de laatste partitie met één verminderd wordt. Dit zijn de laatste getallen in elke lijst.

Als er tenminste één sector aan het einde van de schijf niet was toegewezen, kunnen deze twee bestanden ongewijzigd gebruikt worden.

Herstel nu de partitietabel naar mirror/gm0.

Controleer de partitietabel met gpart(8) show. Dit voorbeeld heeft gm0s1a voor /, gm0s1d voor /var, gm0s1e voor /usr, gm0s1f voor /data1 en gm0s1g voor /data2.

Zowel de slice als de laatste partitie dienen wat vrije ruimte aan het einde van elke schijf te hebben.

Maak bestandssystemen aan op deze nieuwe partities. Het aantal partities zal variëren, overeenkomend met de partities op de originele schijf, ada0.

Maak de spiegel opstartbaar door opstartcode in het MBR en bsdlabel te installeren en de actieve slice in te stellen:

Pas /etc/fstab aan zodat het de nieuwe partities op de spiegel gebruikt. Maak eerst een kopie van dit bestand als /etc/fstab.orig.

Wijzig /etc/fstab door /dev/ada0 door mirror/gm0 te vervangen.

Als de kernelmodule gmirror(8) niet in de kernel is gebouwd, wijzig dan /boot/loader.conf om het te laden:

Bestandssystemen van de originele schijf kunnen nu met dump(8) en restore(8) naar de spiegel gekopieerd worden. Merk op dat het maken van een snapshot voor elk bestandssysteem dat met dump -L gedumpt is even kan duren.

Start het systeem opnieuw op vanaf ada1. Als alles werkt, zal het systeem opstarten vanaf mirror/gm0, wat nu dezelfde gegevens bevat die ada0 eerder bevatte. Zie de sectie Problemen oplossen als er problemen zijn met het opstarten.

Op dit moment bestaat de spiegel nog steeds alleen uit de enkele schijf ada1.

Nadat er succesvol van mirror/gm0 is opgestart, is de laatste stap het plaatsen van ada0 in de spiegel.

De synchronisatie tussen de twee schijven zal onmiddellijk beginnen. gmirror(8) status toont de voortgang.

Na een tijd zal de synchronisatie voltooid zijn.

mirror/gm0 bestaat nu uit de twee schijven ada0 en ada1, en de inhoud wordt automatisch met elkaar gesynchroniseerd. In het gebruik zal mirror/gm0 zich net zo gedragen als de originele enkele schijf.

Het mooie aan het spiegelen van schijven is dat een individuele schijf kan falen zonder dat de spiegel gegevens verliest.

ada0 is één van de twee schijven die de spiegel in het vorige voorbeeld vormen. Als ada0 faalt zal de spiegel blijven werken en gegevens leveren van de overgebleven werkende schijf, ada1.

Om de kapotte schijf te vervangen wordt de computer uitgezet en de kapotte schijf fysiek vervangen door een nieuwe schijf van gelijke of grotere capaciteit. Fabrikanten passen enigszins willekeurige waarden toe om schijven in gigabytes aan te duiden, de enige manier om er echt zeker van te zijn is om de totale hoeveelheid aan sectors aangegeven door diskinfo -v te vergelijken. Een schijf met een grotere capaciteit dan in de spiegel zal werken, alhoewel de extra ruimte op de nieuwe schijf niet gebruikt zal worden.

Nadat de computer opnieuw is aangezet, zal de spiegel in een "degraded" toestand met slechts één schijf draaien. De spiegel wordt verteld om schijven die momenteel niet verbonden zijn te vergeten:

Alle oude meta-gegevens zouden van de vervangende schijf gewist moeten zijn. Daarna wordt de schijf, in dit voorbeeld ada4, in de spiegel geplaatst:

De hersynchronisatie begint wanneer de nieuwe schijf in de spiegel wordt geplaatst. Het kopiëren van gegevens van de spiegel naar een nieuwe schijf kan een tijd duren. De prestaties van de spiegel zullen tijdens het kopiëren sterk verminderd zijn, dus is het het beste om nieuwe schijven in te voegen wanneer de vraag op de computer laag is.

De voortgang kan met gmirror status gevolgd worden, wat de schijven die gesynchroniseerd en het percentage van de voltooiing laat zien. Tijdens de hersynchronisatie zal de status DEGRADED zijn en veranderen in COMPLETE wanneer het proces is voltooid.

In FreeBSD is ondersteuning voor RAID3 geïmplementeerd in de GEOM-klasse graid3(8). Voor het aanmaken van een toegewijde RAID3-rij op FreeBSD zijn deze stappen nodig.

Aanvullende configuratie is nodig om de bovenstaande opstelling te behouden tussen het opnieuw starten van het systeem.

Er zijn twee type labels: een generiek label en een bestandssysteemlabel. Labels kunnen permanent of tijdelijk zijn. Permanente labels kunnen met de commando’s tunefs(8) of newfs(8) aangemaakt worden. Ze zullen vervolgens worden aangemaakt in een submap van /dev, welke genoemd wordt naar het bestandssysteemtype. Bijvoorbeeld UFS2 labels worden geplaatst in de map /dev/ufs. Permanente labels kunnen ook worden aangemaakt met het commando glabel label. Deze zijn niet specifiek voor het bestandssysteem, en zullen in de map /dev/label aangemaakt worden.

Een tijdelijk label verdwijnt na een herstart van het systeem. Deze labels worden gecreëerd in /dev/label en zijn perfect voor experimenten. Een tijdelijk kan met het commando glabel create worden aangemaakt. Lees voor meer informatie de handleidingpagina van glabel(8).

Om een permanent label te schrijven voor een UFS2-bestandssysteem zonder de huidige data te vernietigen:

Er zou nu een label moeten bestaan in /dev/ufs, welke toegevoegd kan worden aan het /etc/fstab bestand:

Nu kan het bestandssysteem net als normaal worden gekoppeld:

Vanaf dit moment is het mogelijk om, zolang de geom_label.ko geladen wordt tijdens het opstarten van het systeem, of als deze is meegecompileerd door middel van de GEOM_LABEL optie in de kernel, het apparaatknooppunt te wijzigen zonder ernstige gevolgen voor het systeem.

Bestandssystemen kunnen ook een standaard label mee krijgen door gebruik te maken van de -L optie met het newfs commando. Zie de newfs(8) handleiding voor meer informatie.

Het volgende commando kan worden gebruikt om een label te verwijderen:

Het volgende voorbeeld laat zien hoe de partities van een opstartschijf gelabeld worden.

Beginnend met FreeBSD 7.2 ondersteunt de klasse glabel(8) een nieuw labeltype voor UFS-bestandssystemen, gebaseerd op het unieke id van het bestandssysteem, ufsid. Deze labels kunnen in de map /dev/ufsid gevonden worden en worden automatisch tijdens het opstarten aangemaakt. Het is mogelijk om de ufsid-labels te gebruiken om partities aan te koppelen door middel van de faciliteit /etc/fstab. Gebruik glabel status om een lijst van bestandssystemen en hun overeenkomende ufsid-labels te ontvangen:

In het bovenstaande voorbeeld representeert ad4s1d het bestandssysteem /var, terwijl ad4s1f het bestandssysteem /usr representeert. Door gebruik te maken van de gegeven ufsid-waarden kunnen deze partities nu aangekoppeld worden met de volgende regels in /etc/fstab:

Elke partitie met een ufsid-label kan op deze manier worden aangekoppeld, waardoor het niet meer nodig is om handmatig permanente labels voor ze aan te maken, terwijl er nog steeds van de voordelen van apparaatnaam-onafhankelijk aankoppelen genoten kan worden.