Software RAID no Linux

O Linux suporta algumas configurações de disco utilizando Software RAID. A sigla RAID atualmente é a designação de “Redundant Array of Independent Disks”. O RAID de software no Linux são implementados através do driver de dispositivo chamado md.

O RAID possibilita que dispositivos virtuais sejam criados a partir de dois ou mais discos reais. Isso permite que várias unidades de disco ou partições sejam combinados num único dispositivo virtual.

A combinação de discos no RAID podem permitir a redundância de dados, bem como o agrupamento de discos para formar um só volume, ou os dois. Com isso, o uso do RAID permite:

1. Ganho de desempenho: uma vez que os dados podem ser espalhados em vários discos, permitindo a leitura de forma paralela;
2. Redundância: os dados podem ser espelhados, ou espalhados pelos discos, de forma que a falha de um disco físico não compromete, sem a perda de dados;
3. Aumento da capacidade: O RAID permite combinar os discos de várias formas, gerando um aumento da capacidade de armazenamento, da confiabilidade e segurança dos dados;
4. Facilidade em recuperar dados perdidos: em caso de falha em um disco do conjunto do RAID, os dados podem ser recuperados através de esquemas de espelhamento, ou recuperação através da paridade matemática dos dados nos discos remanescentes;
5. Aumento de segurança: os dados podem ser recuperados, aumentando a confiabilidade do sistema.

Existem basicamente 5 tipos de RAID:

• RAID 0: É conhecido como espelhamento. É necessário pelo menos 2 discos, e os dados são espelhados. Ele é o nível com melhor garantia contra falhas, mas consome muito espaço em disco, uma vez que somente metade da capacidade dos discos é aproveitada;
• RAID 1: É conhecido como agrupamento. É necessário pelo menos 2 discos, e os dados são espalhados. Ele é o nível com melhor aproveitamento de discos, uma vez que a capacidade total do volume será a soma dos discos. Porém, este nível não há nenhuma proteção contra falhas.
• RAID 1+0 ou RAID 10: É o uso do RAID 0 e do RAID 1 em conjunto. São necessários pelo menos 4 discos, e deve-se adicionar discos sempre em pares. Ele forma um agrupamento com espelhamento. 
• RAID 5: É conhecido como agrupamento com paridade. Precisa de pelo menos 3 discos. Neste esquema os dados são espalhados, e um cálculo de paridade é feito, de forma a garantir que a perda de um disco não afetará o sistema e não haverá perda de dados, uma vez que os dados podem ser recuperados pela paridade.
• RAID 6: é conhecido como agrupamento com paridade dupla. Precisa de N+2 discos para garantir a dupla paridade. Neste esquema é possível “perder” até 2 discos sem perda de dados.

A Eficiência do Software RAID em Ambientes Virtuais

O RAID de software, uma técnica para gerenciar múltiplos discos rígidos em um sistema computacional, tem se mostrado uma opção eficiente e confiável em ambientes virtuais, como em Máquinas Virtuais (VMs). Com a crescente popularidade da virtualização, o uso de RAID de software em VMs oferece várias vantagens significativas.

Flexibilidade e Facilidade de Configuração

Um dos maiores benefícios do RAID de software em VMs é a sua flexibilidade. Administradores de sistemas podem configurar arrays RAID sem a necessidade de hardware específico, como controladores RAID dedicados. Isso permite que eles ajustem a configuração para atender às necessidades específicas de desempenho e redundância de cada VM. Além disso, mudanças na configuração do RAID podem ser feitas facilmente através de comandos de software, sem a necessidade de intervenção física.

Custo-Efetividade

O RAID de software em VMs é uma solução altamente econômica. Em muitos casos, ele elimina a necessidade de hardware RAID dedicado, que pode ser caro. Isso é particularmente vantajoso para pequenas e médias empresas que buscam implementar soluções de redundância e desempenho sem um grande investimento em hardware.

Desempenho Apropriado

Embora o RAID de hardware possa oferecer melhor desempenho em alguns cenários, o RAID de software em VMs geralmente oferece desempenho suficiente para a maioria das aplicações. Com os avanços na tecnologia de processadores e discos, a diferença de desempenho entre software e hardware RAID tem diminuído. Em ambientes virtuais, onde os recursos são compartilhados e a flexibilidade é essencial, o RAID de software muitas vezes atende bem às necessidades.

Facilidade de Backup e Recuperação

A configuração de RAID de software dentro de VMs facilita a realização de backups e recuperação de dados. A capacidade de criar instantâneos (snapshots) do estado completo da VM, incluindo a configuração do RAID, simplifica o processo de backup e recuperação em comparação com soluções baseadas em hardware.

Compatibilidade e Portabilidade

O RAID de software oferece excelente compatibilidade e portabilidade em ambientes virtuais. Sistemas baseados em diferentes plataformas de virtualização podem facilmente suportar RAID de software, permitindo que os administradores migrem VMs entre hosts sem preocupações com incompatibilidades de hardware.

Ferramenta mdadm

A ferramenta mdadm pode ser utilizada para criar software RAID, nas configurações RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 e RAID 10.

As opções obrigatórias para se criar um RAID são:

• -C : Cria um conjunto de discos em RAID;
• -l : especifica o tipo de RAID. As opções são: raid0, 0, stripe,  raid1, 1, mirror, raid4, 4, raid5, 5, raid6, 6, raid10, 10;
• -n : especifica o número de dispositivos que compõe o conjunto RAID;

Exemplo:

Para criar um RAID 5 com quatro discos:

# mdadm -C /dev/md0 -l 5 -n 4 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

O comando mdadm -C /dev/md0 -l 5 -n 4 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde é usado no Linux para criar um array RAID (Redundant Array of Independent Disks) usando o mdadm, que é uma ferramenta para gerenciar RAID no Linux. Vamos destrinchar cada parte do comando:

1. mdadm: Este é o comando em si, que invoca a ferramenta de gerenciamento de RAID.
2. -C: Esta opção significa “Create” (Criar). Ela é usada para criar um novo array RAID.
3. /dev/md0: Este é o nome do dispositivo que será criado para o array RAID. /dev/md0 é um nome comum para o primeiro array RAID criado em um sistema.
4. -l 5: Esta opção define o nível do RAID. O número 5 indica que você está criando um RAID 5. O RAID 5 é popular por fornecer um bom equilíbrio entre eficiência no armazenamento, desempenho e segurança dos dados, pois usa a paridade para proteger contra a falha de um único disco.
5. -n 4: Esta opção especifica o número de dispositivos que farão parte do array RAID. Aqui, -n 4 indica que haverá quatro dispositivos no array.
6. /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde: Estes são os dispositivos de armazenamento que serão incluídos no array RAID. Cada um deles é um disco separado (sdb, sdc, sdd, sde) que contribuirá para o array RAID 5.

A opção -D do mdadm mostra detalhes sobre o RAID:

# mdadm -D /dev/md0
/dev/md0:
     Raid Level : raid5
     Array Size : 2056192 (2008.34 MiB 2105.54 MB)
  Used Dev Size : 2056192 (2008.34 MiB 2105.54 MB)
   Raid Devices : 4
  Total Devices : 5
Preferred Minor : 0
   ( … )

Instalação do mdadm

Para instalar o mdadm, que é uma ferramenta para gerenciar MD (Multi Disk) dispositivos RAID, no Linux, você pode seguir os seguintes passos. Os comandos exatos podem variar ligeiramente dependendo da distribuição Linux que você está utilizando. Aqui estão os comandos para algumas das distribuições mais populares:

Debian/Ubuntu

1. Atualizar Lista de Pacotes:

   sudo apt update

2. Instalar mdadm:

   sudo apt install mdadm

Fedora

1. Instalar mdadm:

   sudo dnf install mdadm

CentOS/RHEL

1. Instalar mdadm:

   sudo yum install mdadm

openSUSE

1. Instalar mdadm:

   sudo zypper install mdadm

Arch Linux

1. Instalar mdadm:

   sudo pacman -S mdadm

Após a instalação, você pode verificar se o mdadm foi instalado corretamente usando:

mdadm --version

ou

man mdadm

para acessar o manual do usuário.

Lembre-se de que gerenciar RAID é uma tarefa avançada e requer um bom entendimento de como os discos e sistemas de arquivos funcionam no Linux. Sempre faça backup dos seus dados antes de modificar configurações de disco.

Veja dois exemplos de como configurar RAID 0 e RAID 1 usando o mdadm no Linux. Lembre-se que o RAID 0 oferece melhor desempenho e maior capacidade total, mas sem redundância, enquanto RAID 1 oferece espelhamento de dados para maior segurança.

Exemplo de RAID 0 (espelhamento) com mdadm

RAID 0 combina dois ou mais discos para formar um único volume lógico maior com striping, mas sem redundância. Isso aumenta o desempenho, mas se um disco falhar, todos os dados no volume RAID são perdidos.

1. Instalar mdadm (se ainda não estiver instalado).
2. Criar um Array RAID 0: Supondo que você tenha dois discos, /dev/sdb e /dev/sdc, o comando seria:

   sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=0 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

3. Criar um Sistema de Arquivos: Por exemplo, para criar um sistema de arquivos ext4:

   sudo mkfs.ext4 /dev/md0

4. Montar o Array RAID: Primeiro, crie um ponto de montagem, por exemplo, /mnt/raid0, e depois monte o array:

   sudo mkdir /mnt/raid0
   sudo mount /dev/md0 /mnt/raid0

Exemplo de RAID 1 (agrupamento) com mdadm

RAID 1 cria um espelho exato dos dados em dois ou mais discos. Isso proporciona redundância total; se um disco falhar, os dados ainda estarão seguros no outro.

1. Instalar mdadm (se ainda não estiver instalado).
2. Criar um Array RAID 1: Supondo que você tenha dois discos, /dev/sdb e /dev/sdc, o comando seria:

   sudo mdadm --create --verbose /dev/md1 --level=1 --raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdc

3. Criar um Sistema de Arquivos: Por exemplo, para criar um sistema de arquivos ext4:

   sudo mkfs.ext4 /dev/md1

4. Montar o Array RAID: Primeiro, crie um ponto de montagem, por exemplo, /mnt/raid1, e depois monte o array:

   sudo mkdir /mnt/raid1
   sudo mount /dev/md1 /mnt/raid1

Configurar um RAID 6 com mdadm no Linux oferece uma combinação robusta de desempenho e segurança de dados. O RAID 6 é semelhante ao RAID 5, mas usa dois discos de paridade, permitindo a falha de até dois discos sem perda de dados. Aqui está um exemplo de como configurar um RAID 6:

Exemplo de RAID 6 (agrupamento com paridade dupla) com mdadm

Suponha que você tenha quatro discos: /dev/sdb, /dev/sdc, /dev/sdd e /dev/sde. Aqui estão os passos para criar um array RAID 6:

1. Instalar mdadm:
   Certifique-se de que o mdadm está instalado em seu sistema. Caso contrário, você pode instalá-lo usando o gerenciador de pacotes da sua distribuição. Por exemplo, no Debian/Ubuntu, você usaria:

   sudo apt-get install mdadm

2. Criar o Array RAID 6:
   Utilize o seguinte comando para criar um array RAID 6:

   sudo mdadm --create --verbose /dev/md0 --level=6 --raid-devices=4 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde

Este comando inicializa um array RAID 6 no dispositivo /dev/md0 com quatro discos.

3. Criar um Sistema de Arquivos:
   Após a criação do array, você pode criar um sistema de arquivos nele. Por exemplo, para criar um sistema de arquivos ext4:

   sudo mkfs.ext4 /dev/md0

4. Montar o Array RAID:
   Crie um ponto de montagem (por exemplo, /mnt/raid6) e monte o array:

   sudo mkdir /mnt/raid6
   sudo mount /dev/md0 /mnt/raid6

5. Configurar a Persistência:
   Para garantir que o array RAID seja montado automaticamente na inicialização, adicione-o ao arquivo /etc/mdadm/mdadm.conf e atualize o arquivo /etc/fstab.

• Atualize mdadm.conf:
  bash sudo mdadm --detail --scan | sudo tee -a /etc/mdadm/mdadm.conf
• Adicione o array ao fstab:
  bash echo '/dev/md0 /mnt/raid6 ext4 defaults,nofail 0 2' | sudo tee -a /etc/fstab

Considerações Importantes:

• Escolha dos Discos: Certifique-se de que os discos selecionados estão livres de dados importantes, pois o processo de criação do RAID os formatará.
• Número de Discos: RAID 6 requer um mínimo de quatro discos.
• Backup de Dados: Sempre faça backup de dados importantes antes de realizar operações de partição ou disco.
• Monitoramento e Manutenção: Monitore regularmente a saúde do array RAID e substitua os discos com falha o mais rápido possível para manter a integridade e o desempenho do array.
• Verifique os Dispositivos: Sempre verifique se os nomes dos dispositivos (Exemplo: /dev/sdb, /dev/sdc, etc.) estão corretos antes de executar esses comandos.

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