利用软 RAID 实现系统盘高可用

HA RAID

一套完善的系统理论上是不应该存在任何的单点故障，但是系统盘往往被人所忽略，而系统盘又恰恰是最重要的一个点。本文主要讲解如何利用软RAID实现系统盘高可用，并且实现自动换盘、自动告警和自动恢复。

系统盘组成

所有挂载点全部采用RAID1方式保证数据冗余，即使其中一块盘损坏，也不会影响操作系统的正常运行，只需要替换一块新盘，即可重新进行数据同步。

Mount Point	Raid	Size
/	Raid1	100 GB
/boot	Raid1	512 MB
/boot/efi	Raid1	200 MB
swap	Raid1	50 GB
/var/log	Raid1	50 GB

系统盘软 RAID 配置

进入引导页面，选择UEFI安装方式，因为传统的BIOS方式在容量和分区上都存在限制，具体请阅读【聊聊 BIOS、UEFI、MBR、GPT、GRUB……】。

配置软raid阶段，UEFI存在一个ESP（EFI system partition），即/boot/efi分区，RAID等级设置为raid1。

<center> uefi partition </center>

其他的挂载点也都选择RAID1即可。

sda             8:0    0 447.1G  0 disk
├─sda4          8:4    0   201M  0 part
│ └─md123       9:123  0   201M  0 raid1 /boot/efi
├─sda2          8:2    0  50.1G  0 part
│ └─md127       9:127  0  50.1G  0 raid1 [SWAP]
├─sda5          8:5    0    50G  0 part
│ └─md124       9:124  0    50G  0 raid1 /var/log
├─sda3          8:3    0   513M  0 part
│ └─md126       9:126  0 512.4M  0 raid1 /boot
├─sda1          8:1    0  100.1G  0 part
  └─md125       9:125  0    100G  0 raid1 /
sdb             8:0    0 447.1G  0 disk
├─sdb4          8:4    0   201M  0 part
│ └─md123       9:123  0   201M  0 raid1 /boot/efi
├─sdb2          8:2    0  50.1G  0 part
│ └─md127       9:127  0  50.1G  0 raid1 [SWAP]
├─sdb5          8:5    0    50G  0 part
│ └─md124       9:124  0    50G  0 raid1 /var/log
├─sdb3          8:3    0   513M  0 part
│ └─md126       9:126  0 512.4M  0 raid1 /boot
├─sdb1          8:1    0  100.1G  0 part
  └─md125       9:125  0    100G  0 raid1 /

换盘流程

以系统盘为sda和sdb，并且sdb为更换的硬盘为例。

拔盘 & 插盘

因为所有挂载点都是RAID1，软RAID中拥有数据冗余的阵列是允许其中一块盘丢失的，所以不会存在磁盘占用的问题，进而不会导致磁盘乱序的问题。所以可以直接热插拔换盘。

克隆磁盘分区表信息

新插入的sdb理论上是没有分区的，需要将sda上面的分区完完全全的克隆过来。gpt磁盘分区表的磁盘应该采用parted或sgdisk工具。

# 将sda的分区信息克隆到sdb上
sgdisk -R /dev/sdb /dev/sda
sleep 5

最好sleep几秒，因为它克隆后底层同步工作并没有立即完成。

生成新的GUID

克隆分区信息后，为sdb生成新的GUID，否则会因为克隆分区表导致sdb和sda的GUID一样。

sgdisk -G /dev/sdb

内核重新加载分区表

partprobe /dev/sdb

复制引导程序

注意：

这一步非常关键，可以说这是所有流程中最关键并且最容易忽略的一个步骤。因为软RAID数据冗余，并不会对操作系统引导程序有效，即RAID1不会对BIOS中的MBR做冗余，也不会对UEFI中的ESP分区做冗余。这里说的不冗余是指软RAID不会对其做数据冗余，需要另外做冗余。

如果引导方式是传统的bios，则需要复制MBR，即硬盘的前512字节。

[root@ ~]# dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=512 count=1

需要注意的是，我们这里采用了UEFI的引导方式，跟BIOS是完全不一样的，所以如果同样拷贝硬盘的前512字节是不会生效的。UEFI的引导程序在ESP中，需要复制整个ESP分区。

[root@ ~]# dd if=/dev/sda of=/dev/sdb

你以为这就结束了吗？

UEFI引导方式仅仅复制ESP分区还不够，还需要将系统盘添加到启动项中。因为当一块磁盘拔了再插上后，原先这块盘就会从启动项中移除，插盘后需要将新盘再添加到启动项中。

[root@ ~]# efibootmgr -c -g -d /dev/sdb -p 1 -L "Centos #2" -l '\EFI\centos\grubx64.efi'

想对efibootmgr有更深入了解，可以阅读：

数据同步

将替换的磁盘的分区对应加入RAID1中，这样就可以将sda中的数据同步至sdb中，同步完成后，所有阵列又将拥有数据冗余的效果。

[root@ ~]# mdadm /dev/md123 -a /dev/sdb4
[root@ ~]# mdadm /dev/md124 -a /dev/sdb5
[root@ ~]# mdadm /dev/md125 -a /dev/sdb1
[root@ ~]# mdadm /dev/md126 -a /dev/sdb3
[root@ ~]# mdadm /dev/md127 -a /dev/sdb2

同步配置文件

每次修改软RAID后，都要实时更新配置文件，方便查看RAID配置或利用配置文件重新组装阵列。

[root@ ~]# mdadm -Ds > /etc/mdadm.conf

获取进度值

通过查看/proc/mdstat查看RAID当前信息，如果存在数据同步，会有recovery的字样，并且[1/2]表示还未同步，[_U]表示前面一个设备不是活跃状态，后一个设备为活跃状态。所以recovery同行的进度值并不是整体RAID同步进度值，只是当前的RAID的进度，所有阵列的同步进度值可以通过 Finish Blocks / All Blocks来计算。

[root@ ~]# cat /proc/mdstat
Personalities : [raid0] [raid1]
md123 : active raid1 sdb4[1] sda4[0]
      205760 blocks super 1.0 [1/2] [_U]
      bitmap: 0/1 pages [0KB], 65536KB chunk

md124 : active raid1 sda5[0] sdb5[1]
      20971520 blocks super 1.2 [1/2] [_U]
      bitmap: 1/1 pages [4KB], 65536KB chunk

md125 : active raid1 sda1[0] sdb1[1]
      83886080 blocks 64K chunks 2 near-copies [1/2] [_U] [=======>........]  recovery = 35.6% (29863444/83886080) finish=0.1min speed=93472K/sec
      bitmap: 1/1 pages [4KB], 65536KB chunk

md126 : active raid1 sdb3[1] sda3[0]
      524736 blocks super 1.2 [1/2] [_U]
      bitmap: 0/1 pages [0KB], 65536KB chunk

md127 : active raid1 sda2[0] sdb2[1]
      104923136 blocks super 1.2 [1/2] [_U]
      bitmap: 1/1 pages [4KB], 65536KB chunk

unused devices: <none>

监控 & 告警

要达到对系统盘更好的维护，监控和告警是必不可少的。

磁盘健康告警

可以通过smartctl工具获取磁盘健康状态，不同型号的磁盘获取到的健康信息可能会不一致，如果磁盘状态健康，一般会返回PASSED或OK，如果状态不健康，直接调用邮件接口即可。

[root@ ~]# smartctl -H /dev/sda
smartctl 6.2 2017-02-27 r4394 [x86_64-linux-4.14.78-201.1.el7.x86_64] (local build)
Copyright (C) 2002-13, Bruce Allen, Christian Franke, www.smartmontools.org

=== START OF READ SMART DATA SECTION ===
SMART STATUS RETURN: incomplete response, ATA output registers missing
SMART overall-health self-assessment test result: PASSED
Warning: This result is based on an Attribute check.

磁盘拔插告警

通过udev的机制，编写add和remove两个action的rules文件即可监听磁盘拔出或插入的事件，然后调用告警接口即可。

[root@ ~]# cat /etc/udev/rules.d/50-ssd-monitor.rules
KERNEL=="sd[a-z]+$", ACTION=="remove", SUBSYSTEM=="block", RUN+="/usr/bin/python /usr/lib/python2.7/site-packages/disk_watcher/os_disk.py %k pullout"
KERNEL=="sd[a-z]+$", ACTION=="add", SUBSYSTEM=="block", RUN+="/usr/bin/python /usr/lib/python2.7/site-packages/disk_watcher/os_disk.py %k insert"

总结

本文主要介绍了如何利用软RAID实现系统盘高可用，在其中一块系统盘损坏后如何换盘并数据同步做了详细描述，同时也对监控告警做了讲解。总体来说，整个流水线基本上覆盖到了，具体细节部分还需多实践。