Introduzione

Per Linux Software RAID si intende una particolare tipologia di RAID il cui funzionamento dipende da un driver software e non richiede hardware dedicato. Per contro, i sistemi fake RAID possono essere realizzati solo in presenza di una scheda madre compatibile, e gli hardware RAID richiedono specifici controller dedicati.

Il tool software che consente la creazione e la gestione degli array Linux Software RAID è mdadm, la cui installazione comprende il driver md. Questo pacchetto non è preinstallato in Ubuntu desktop ma è presente nei repository ufficiali.

Gli elementi che compongono un array possono essere interi dischi, ad esempio sda ed sdb, oppure singole partizioni, ad esempio sda1 ed sdb1. Ciò significa che sugli stessi dischi possono coesistere diversi array con diversi livelli RAID. Ad esempio utilizzando i dischi sda ed sdb è possibile creare un RAID 1 con le partizioni sda1 ed sdb1 e un RAID 0 con le partizioni sda2 ed sdb2.

I dischi coinvolti in un array dovrebbero avere le medesime caratteristiche hardware. L'ideale è che siano della stessa marca e modello. Inoltre tutti gli elementi dell'array, anche se si tratta di partizioni, devono avere la medesima dimensione. Fanno eccezione gli array di livello Linear (o JBOD) che possono includere elementi con caratteristiche differenti.

Nomenclatura degli array

Gli array software vengono visti dal sistema come dispositivi virtuali detti multi-disk (md) e assumono una nomenclatura del tipo mdN, dove N è un numero maggiore o uguale zero, ad esempio md0, md1, ecc...
Le partizioni all'interno di un array vengono indicate come pN, dove N è un numero maggiore o uguale a 1, ad esempio md0p1, md0p2, ecc... Tuttavia, in casi particolari, l'array può essere privo di tabella delle partizioni, pertanto il solo nome dell'array (mdN senza pN) sì riferirsi all'unica partizione presente nell'array. Per maggiori dettagli consultare il paragrafo Metadati.

Livelli RAID supportati

• Linear (o JBOD)

• RAID 0 (eccetto metadati versione 0.90)

• RAID 1

• RAID 4

• RAID 5

• RAID 6

• RAID 10

Oltre a quasti livelli RAID sono supportate ulteriori modalità, come Container, Faulty e Multipath. Per maggiori informazioni consultare il manuale di md.

Metadati

I metadati sono una piccola quantità di dati memorizzata nel superblocco. Il loro scopo è conservare informazioni sulla struttura e sullo stato dell'array. Le versioni di metadati supportate sono le seguenti:

• Versione originale (0.90): supporta array composti da un massimo di 28 elementi con una dimensione massima di 2 TB per elemento. Non supporta il livello 0. Il superblocco si trova alla fine del disco. Il modo in cui vengono memorizzati i metadati dipende dal processore, pertanto gli array non possono essere facilmente spostati fra computer con processori diversi.

• Nuova versione (1.x): supporta array composti da centinaia di elementi. Il modo in cui vengono memorizzati i metadati è indipendente dal processore. Il superblocco può trovarsi in una delle seguenti posizioni:
  1.0: Alla fine del disco.
  1.1: All'inizio del disco.
  1.2: A 4 KiB dall'inizio del disco.

Per impostazione predefinita vengono usati i metadati versione 1.2. Per specificare una versione diversa utilizzare il parametro --metadata= (oppure -e) al momento della creazione . Per utilizzare la versione 1.0 specificare 1.0 e non 1.

Peculiarità dei metadati versione 0.90 e 1.0

I metadati versione 0.90 e 1.0 sono accomunati dal fatto che il superblocco si trova alla fine del disco. Da questa caratteristica derivano alcune peculiarità.

Se il primo elemento dell'array è una partizione, l'array sarà esso stesso una partizione, senza una tabella delle partizioni. In questo caso il nome dell'array (ad esempio md0) si riferisce a quell'unica partizione. Per tutti i livelli RAID eccetto il livello 1 è necessario formattare l'array con un file system oppure assegnargli una tabella e suddividerlo in partizioni. Gli array di livello 1 invece mantengono inalterato il file system e tutti i dati della prima partizione che li costituisce.
Ad esempio, se sda1 ed sdb1 sono il primo e secondo elemento di un array di livello 1, questo sarà privo di tabella delle partizioni e avrà lo stesso file system e i dati di sda1. Trattandosi di un array di livello 1, file system e dati verranno replicati perfettamente su sdb1. Di conseguenza l'eventuale file system e i dati di sdb1 verranno distrutti.

Sempre in riferimento agli array di livello 1, quando l'array non è attivo le partizioni che lo compongono sono accessibili in lettura e scrittura singolarmente, in modo indipendente. Se viene modificato il contenuto della partizione che funge da primo elemento, quando l'array viene riassemblato queste modifiche vengono replicate sugli altri elementi dell'array. Al contrario se viene modificato il contenuto di un altro elemento, quando l'array viene riassemblato queste modifiche non vengono mantenute e viene ripristinata una perfetta replica del primo elemento dell'array.
Ad esempio, se sda1 ed sdb1 sono il primo e secondo elemento di un array di livello 1, quando l'array non è attivo è possibile accedere in lettura e scrittura alle due partizioni in modo indipendente. Essendo sda1 il primo elemento dell'array, qualsiasi modifica apportata al suo contenuto verrà poi replicata su sdb1 quando l'array verrà riassemblato. Al contrario le modifiche apportate a sdb1 andranno perse, rimpiazzate da una perfetta replica di sda1.

Prendendo in considerazione una situazione reale, in un sistema UEFI il firmware della scheda madre all'avvio deve poter accedere alla partizione EFI. Pertanto un'eventuale array EFI dovrà essere necessariamente di livello 1 e utilizzare i metadati versione 0.90 o 1.0. Inoltre se nel sistema è già presente una partizione EFI e questa contiene i file di avvio di altri sistemi operativi (multiboot), questa partizione dovrà essere indicata come primo elemento dell'array. In caso contrario i file di avvio degli altri sistemi andrebbero distrutti.

Creare un array

Il comando per creare un array è il seguente:

sudo mdadm --create /dev/<nome array> --level=<livello raid> --raid-devices=<numero elementi> /dev/<primo elemento> /dev/<ennesimo elemento>

Seguono alcuni esempi pratici:

• Per creare un array denominato md0 di livello 1 composta da 3 elementi, ovvero le partizioni sda1, sdb1 ed sdc1, digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=3 /dev/sd[a-c]1

  Notare che la formula /dev/sd[a-c]1 equivale a /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1.

• Per creare un array denominato md1 di livello 0 composta da 2 elementi, ovvero le partizioni sda1 ed sdb3, digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --create /dev/md1 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sda1 /dev/sdb3

  Notare che le partizioni che compongono l'array possono avere numeri diversi, in questo esempio 1 e 3.

• Per creare un array denominato md2 di livello 5 composta da 3 elementi, ovvero i dischi sda, sdb ed sdc, digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --create /dev/md2 --level=5 --raid-devices=3 /dev/sda /dev/sdb /dev/sdc

  Notare che gli elementi di un array possono essere anche interi dischi, in questo esempio sda, sdb ed sdc.

• Per creare un array EFI denominato md3 in un sistema in cui è già presente la partizione EFI sda1 che si intende mettere in RAID con la partizione sdb1, digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --create /dev/md3 --level=1 --metadata=1.0 --raid-devices=2 /dev/sda1 /dev/sdb1

  Notare che, come specificato nel paragrafo Peculiarità dei metadati versione 0.90 e 1.0, l'array EFI deve necessariamente essere di livello 1 ed è necessario specificare il parametro --metadata= (oppure -e) con valore 0.90 oppure 1.0. Inoltre il primo elemento dell'array deve essere l'eventuale partizione EFI preesistente, in questo esempio sda1.

Eliminare un array

1. Se montato, smontare l'array digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo umount /dev/mdN

2. Disattivare l'array digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo mdadm --stop /dev/mdN

3. Rimuovere i metadati presenti sui dispositivi o partizioni che compongono l'array digitando per ciascuno di essi il seguente comando nel terminale:

   sudo mdadm --zero-superblock /dev/sdX

4. Aprire con un editor di testo e con i privilegi di amministrazione il file /etc/mdadm/mdadm.conf.

5. Se presente, rimuovere o commentare la riga che fa riferimento all'array che si intende eliminare. La riga avrà un formato di questo tipo:

   ARRAY /dev/mdN metadata=N.N name=mdadmwrite:N UUID=XXXXXXXX:XXXXXXXX:XXXXXXXX:XXXXXXXX

6. Salvare il file e chiudere l'editor di testo.

7. Aggiornare initramfs digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo update-initramfs -u

8. Se in fstab sono presenti riferimenti all'array o a sue partizioni, rimuoverli.

Accedere ad un array da una sessione live

1. Installare il pacchetto mdadm.

2. Assemblare l'array digitando uno dei seguenti comandi nel terminale:

   • Per assemblare tutti gli array presenti nel sistema:

     sudo mdadm --assemble --scan

   • Per assemblare un singolo array:

     sudo mdadm --assemble /dev/<nome array>

     Sostituire <nome array> con il nome dell'array da assemblare, ad esempio md0.

Ottenere informazioni su un array

• Per ottenere informazioni su tutti gli array presenti nel sistema digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --detail --scan

• Per ottenere informazioni su uno specifico array digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --detail /dev/<nome array>

  Sostituire <nome array> con il nome dell'array di cui si desidera visualizzare i dettagli, ad esempio md0.

• Per ottenere informazioni su un singolo elemento di un array digitare il seguente comando nel terminale:

  sudo mdadm --examine /dev/<nome elemento>

  Sostituire <nome elemento> con il nome dell'elemento di cui si desidera visualizzare i dettagli, ad esempio sda o sda1.

Montare un elemento di un array in modo indipendente dall'array

1. Se montato, smontare l'array digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo umount /dev/mdN

2. Disattivare l'array digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo mdadm --stop /dev/mdN

3. Montare la partizione digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo mount -t <file system> /dev/mdN <punto di montaggio>

   Sostituire <file system> con il file system in cui è formattata la partizione, ad esempio ext4, e <punto di montaggio> con il percorso in cui montare la partizione, ad esempio /mnt.

Risoluzione dei problemi

Gli array non sono visibili da altri altri sistemi operativi

Perché un sistema operativo possa gestire gli array Linux software RAID è necessario che sia installato il tool mdadm e il driver md. Per Ubuntu e derivate valgono le istruzioni esposte nel paragrafo Accedere ad un array da una sessione live. Sistemi operativi non Linux potrebbero non essere compatibili, se non mediante software di recupero dati o altri tool di terze parti.

== Nel menù di avvio di Grub non compare Windows (UEFI)==

Per rilevare altri sistemi operativi il comando update-grub si serve di os-prober, il quale fa una ricerca nelle altre partizioni del sistema.

Il boot loader di Windows risiede nella partizione EFI, ma se questa fa parte di un array Linux software RAID (come spiegato in questa guida) non è possibile accedervi mentre l'array è attivo. Inoltre os-prober non cerca il boot loader di Windows all'interno di array Linux software RAID ma solo in partizioni EFI standard.

Per risolvere questo problema è quindi necessario smontare e disattivare l'array EFI prima che update-grub invochi os-prober. In seguito è necessario riattivare l'array EFI e rimontarlo.

L'operazione può essere automatizzata apportando una modifica al file /etc/grub.d/30_os-prober, come spiegato di seguito:

1. Creare una copia di backup del file /etc/grub.d/30_os-prober digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo cp /etc/grub.d/30_os-prober /etc/grub.d/.30_os-prober.bak

   In caso di problemi sarà possibile ripristinare la copia di backup digitando il comando sudo mv /etc/grub.d/.30_os-prober.bak /etc/grub.d/30_os-prober

2. Aprire con un editor di testo e con i privilegi di amministrazione il file /etc/grub.d/30_os-prober.

3. Sostituire la seguente riga:

   OSPROBED="`os-prober | tr ' ' '^' | paste -s -d ' '`"

   con

   md=false
   esp="$(findmnt -nosource /boot/efi)"
   if [[ "$esp" == '/dev/md'* ]]; then
     md=true
     umount '/boot/efi'
     mdadm -S $esp
   fi
   
   OSPROBED="`os-prober | tr ' ' '^' | paste -s -d ' '`"
   
   if $md; then
     mdadm -A $esp
     sleep 1
     mount '/boot/efi'
   fi

4. Salvare il file e chiudere l'editor.

5. Aggiornare la configurazione di Grub digitando il seguente comando nel terminale:

   sudo update-grub

   Verrà rilevata una voce Windows Boot Manager per ciascuna partizione facente parte dell'array EFI.

Uno o più dischi hanno smesso di funzionare

La tolleranza ai guasti degli array RAID varia in base al livello. La tabella seguente illustra i casi in cui l'array è completamente ripristinabile, parzialmente ripristinabile o non ripristinabile:

Nei casi in cui è possibile un ripristino completo, l'array continua a funzionare nonostante il guasto e tutti i dati sono integri ed accessibili. Una volta sostituiti i dischi guasti e, se opportuno, create le partizioni necessarie, sarà possibile aggiungere i nuovi elementi all'array, in modo da ripristinarne le struttura, la ridondanza e le prestazioni.

Per gli array di livello Linear è possibile un ripristino parziale, nel senso che vengono compromessi solo i dati presenti nei dischi danneggiati. Inoltre la dimensione dell'array si riduce alla somma degli elementi funzionanti restanti. Una volta sostituiti i dischi guasti e, se opportuno, create le partizioni necessarie, sarà possibile aggiungere i nuovi elementi all'array, in modo da ripristinarne le dimensioni originali.

Nei casi in cui il ripristino non è possibile, l'array smette di funzionare e tutti i dati sono compromessi. Una volta sostituiti i dischi guasti e, se opportuno, create le partizioni necessarie, sarà possibile ricreare l'array da zero.